La valorisation des boues d’épuration : un enjeu environnemental et économique

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Le volume de déchets produits par les stations d’épuration est en constante augmentation en raison de la hausse démographique et du développement de l’économie. La réutilisation de ces « boues » est essentielle et possède un intérêt à la fois financier, pour les collectivités, et environnemental. 

Caractéristiques des boues d’épuration

Le terme «  boues » désigne les résidus découlant du traitement des eaux usées par une station d’épuration (STEU).

Qu’est-ce qu’une station d’épuration (STEU) ?

Avant d’être rejetées dans le milieu naturel, les eaux usées (pluviales, domestiques, industrielles) doivent être assainies. C’est le rôle des STEU, qui peuvent être qualifiées d’urbaines, industrielles, privées ou mixtes, selon la provenance des effluents gérés. 

Une série d’opérations sert à nettoyer les eaux. D’abord, un dégrillage permet d’éliminer les gros déchets, suivi par des passages en bassins de dessablage, de dégraissage, de décantation et de clarification. 

Les résidus, appelés « boues  », sont ensuite traités pour faciliter leur stockage, leur transport et, dans l’idéal, leur valorisation.

Quelle est la composition des boues ? 

Elles contiennent à la fois des matières sèches (MS) et de l’eau, et sont chargées en éléments organiques et minéraux. En fonction du processus subit en STEU, on différencie 3 types de boues : 

  • Primaires : provenant de la décantation, et riches en matières organiques et minérales. 
  • Physico-chimiques : renferment des floculants (produits agglutinants).
  • Biologiques : issues du procédé bactérien. Leur concentration en matière organique dépend des micro-organismes qui leur ont été injectés. Elles peuvent aussi inclure les boues de déphosphatation.  

Comment la STEU traite-t-elle les boues ? 

Le but du traitement est de les déshydrater, pour réduire leur volume, stabiliser leur état et restreindre leur capacité fermentescible. Ainsi elles deviennent plus simples à stocker et à transporter, mais surtout moins susceptibles d’engendrer des contaminations biologiques.

Le critère principal étudié est leur siccité (leur non-contenance en eau) calculée en tonnes de matière sèche. Plusieurs phases permettent leur traitement : 

  • Épaississement : amène les boues à une siccité de 4 % à 6 %. Peut se faire par gravitation et écoulement ou flottation (injection de gaz).
  • Déshydratation mécanique, ou par géomembrane : permet d’atteindre un taux de 15 % à 40 % selon le procédé et le type de boue traité.
  • Séchage : la méthode thermique est la plus efficace, avec une siccité finale de 90 % à 95 %, tandis que les lits amènent à 35 % à 40 %.
  • Stabilisation : diminue la capacité fermentescible des boues, et supprime les odeurs. Elle peut être biologique, chimique ou thermique. 

Le choix des processus dépend des installations disponibles, mais surtout de la composition, de l’origine et de l’utilisation future des boues.

Quelle forme juridique ? 

Les boues d’épuration ont le statut de déchet du point de vue national et européen. Ceux qui les produisent sont donc entièrement responsables de leur gestion (transport, suivi, stockage, traitement…). C’est dans cette optique que les STEU ont un intérêt économique à leur revalorisation. 

Les boues sont aussi classées comme « matières fertilisantes » si elles entrent dans le cadre défini par le « Code rural et de la pêche maritime » selon lequel elles doivent « assurer ou améliorer la nutrition des végétaux ou les propriétés physiques, chimiques et biologiques des sols« .  

Une autre réglementation importante est celle de 2002, qui stipule que, pour être placés en décharge, les déchets doivent être qualifiés d' »ultimes », ce qui est le cas pour 10 % à 15 % des boues. 

Quelles valorisations possibles pour les boues ?

La valorisation désigne une forme de recyclage qui permet de transformer les déchets en matériaux ou en énergie. 

La valorisation organique 

Elle consiste à réutiliser les matières organiques produites, par exemple, en les réintégrant dans les sols. C’est le système de valorisation le plus répandu, on estime d’ailleurs que 60 % à 70 % des boues sont recyclées, en France, dans le domaine agricole, par épandage ou compostage. 

Quel est l’intérêt agronomique ? 

Les boues d’épuration sont bénéfiques pour les sols. Elles empêchent l’appauvrissement des terres et améliorent leur rendement grâce aux fertilisants qu’elles contiennent, comme l’azote ou le phosphore. De ce fait, elles peuvent remplacer, en partie, les engrais minéraux. 

Les agriculteurs y trouvent aussi un avantage économique, puisque les produits sont de bonne qualité pour un prix raisonnable. 

Quelles conditions pour l’épandage direct ?

Ce type de déversement de déchets est encadré par des réglementations strictes, que les préfets sont en charge de faire respecter, avec l’aide ponctuelle d’institutions départementales et indépendantes.

La composition des boues est surveillée ainsi que celle des sols qui accueilleront théoriquement les dépôts. En effet, il faut s’assurer que les besoins correspondent aux apports. La traçabilité doit être totale et garantie par la tenue de registres. Les mélanges de différentes provenances sont interdits, seules les petites communes peuvent bénéficier d’une dérogation pour grouper leurs boues. 

Le Conseil supérieur d’hygiène publique de France a fixé des taux limites pour deux catégories de produits potentiellement nocifs :

  • les Éléments Traces métalliques (ETM) : plomb, mercure, cuivre, zinc…
  • les Composés Traces Organiques (CTO) : HAP, PCB, phtalates…

Si la qualité des boues est confirmée et si le terrain est viable, la phase d’épandage peut débuter. La fréquence ainsi que le volume remis au sol sont déterminés selon la composition finale du produit. Par exemple, si la contenance en ETM atteint son plafond, la quantité versée sera de quinze tonnes par an, mais si elle est deux fois moins importante on pourra passer à trente tonnes. 

L’épandage direct est autorisé, selon la loi, de mars à avril et d’août à octobre. 

Pourquoi passer par le compostage ?

Le compostage est un système de fermentation contrôlée. Le procédé est récent, mais il dispose de nombreux atouts, notamment la suppression des odeurs ou la possibilité de mise sur le marché, si le produit final respecte les caractéristiques d’innocuité (non nuisible) définies par la norme AFNOR NF U 44-095. Or, ce sont exactement les mêmes critères que pour les autres types de composts. De plus, ils peuvent être répandus toute l’année sans contraintes. 

La valorisation énergétique

Les boues sont transformées en énergie, notamment en biogaz. La France s’est d’ailleurs fixé pour 2030 un objectif de production de biogaz équivalent à 10 % des volumes consommés. 

Le procédé d’incinération 

Il génère de la vapeur ou de l’électricité et concerne 15 % à 20 % des boues. Ce processus a un coût élevé, puisqu’il requiert une gestion des fumées produites (contenant des polluants), que seules quelques stations peuvent se permettre. Certaines utilisent la co-incinération pour abaisser les budgets, en mêlant les boues aux déchets ménagers.  

L’objectif est de faire s’évaporer l’eau et de laisser brûler les matières organiques. Ainsi, les odeurs et les volumes sont réduits. Le procédé Thermylis, par exemple, mis en place par Suez diminue le poids final de 93 %. 

En quoi consiste la méthanisation ?

Elle exploite le procédé naturel de fermentation des boues. Le but est de produire du biogaz qui pourra être valorisé ensuite en énergie renouvelable. Elle permet aussi de réduire l’odeur, le volume et les émissions de CO2.

Plusieurs villes de France utilisent déjà ce système comme Lyon, Nantes ou encore Artois. Les gaz générés alimentent ensuite les réseaux urbains. L’usine de Strasbourg-La Wantzenau, par exemple, dégage l’équivalent des besoins de 5000 logements par an. C’est donc une ressource et un gain économique non négligeable. 

Qu’est-ce que l’oxydation par voie humide ?

Utilisée en France depuis 1998, cette technique se rapproche de l’incinération dans son rendu, et consiste en une « oxydation » des boues, qui dégagent alors différents gaz ainsi que de la vapeur d’eau. Ce système est auto thermique, et donc ne requiert pas d’apport d’énergie. 

On peut aussi en tirer du «  technosable », potentiellement valorisant (remblais, céramique…). 

Quelles sont les solutions alternatives ? 

Dans le cadre du développement durable, les méthodes de traitement des déchets sont repensées en permanence. Les boues d’épuration ne dérogent pas à la règle, et d’autres processus sont exploités : 

  • Pyrolyse ou thermolyse : pour produire de la vapeur ou de l’électricité. 
  • Technique mycélienne : procédé naturel, permet l’oxydation en gaz et en eau.
  • Création de plastique biodégradable : initiative lancée par Véolia. 
  • Gazéification
  • Récupération des minéraux valorisables
  • Végétalisation urbaine : intégration aux espaces urbains (friches, talus…)
     

À grande échelle, l’Europe s’est fixé comme objectif de multiplier par 6 la quantité d’eaux usées réutilisées. Tous les acteurs de la filière doivent donc continuer d’améliorer les procédés existants et d’en découvrir d’autres qui permettront, à terme, de valoriser l’ensemble des boues.