La station d'épuration du futur - Veolia Eau Réunion

Le cahier des chroniquesscientifiques 3No. 17 / La station d'épuration du futur /juin 2010Recherche & Innovationépurer mieux et plus rapidement. L’autreélément à prendre en compte est la pressionsur les ressources naturelles, qui nese renouvellent pas au rythme où nousles consommons, du fait principalementde la croissance démographique et desmodes de production et de consommationdes sociétés industrialisées. »De quelles ressources naturelles parlez-vous ?« Il s’agit non seulement des ressourcesen eau douce – le stress hydrique étantamplifié par des phénomènes climatiques– mais aussi des combustibles fossileset des matières premières. Le tempsest venu de réduire notre empreinte écologique,de limiter nos rejets polluants dansla nature, et de réduire notre consommationde ressources naturelles par unfonctionnement moins dispendieux, plusconforme aux mécanismes de régulationnaturelle. Il s’agit de concevoir le traitementdes eaux usées selon une logique decycle. Ce que je reçois, comment puis-je letransformer à des fins utiles ? Autrementdit, comment recycler au maximum leseaux usées ? »Comment envisagez-vous les stations d’épurationde demain ?« À l’horizon 2020-2025, la station d’épurationproduira non seulement de l’eaupropre, pour partie directement réutilisable,mais aussi des bioénergies et desbiomatériaux. Cette mutation repose surun changement de regard. Plutôt que deconsidérer les eaux usées comme deseaux chargées en polluants, traitons lescomme des ressources ! Cela conduità faire évoluer nos procédés : au lieu d’enleverles polluants par étapes successivespour obtenir de l’eau propre, extrayonsles ressources les unes après les autres,à commencer par l’eau, pour les recycler etproduire et de l’eau propre, et de l’énergieet des matières organiques et minérales.Traitons les polluants en fin de chaîne,une fois qu’ils seront concentrés. »Vous parlez de recycler l’eau.Pour en faire quoi ?« La réutilisation des eaux usées se pratiquedéjà : à 100 % dans des situations extrêmes– station spatiale, station Concordia dansl’Antarctique ou théâtres d’opérationsmilitaires – et à 20 % environ dans despays soumis à un grand stress hydrique, enAustralie ou au Moyen-Orient par exemple.Il doit être possible de réutiliser les eauxusées à 80 %. Il semble difficile de dépasserce seuil pour des raisons économiques: le recyclage des derniers 20 % coûteraitplus cher que celui des premiers 80 %.Une fois le flux principal d’eau séparéet clarifié, il sera traité de façon plus oumoins poussée pour produire différentesqualités d’eau, adaptées à des usages spécifiques: nettoyage des bâtiments, utilisationsindustrielles (eau de chaudière,eau de refroidissement…), irrigation. Lebesoin de désinfection peut être moinspoussé que pour produire de l’eau potableou de l’eau pour l’industrie électronique.L’intérêt du recyclage est que pour unmême prélèvement dans les milieuxnaturels, on démultiplie l’usage de l’eau.Le pompage dans la ressource sera doncen priorité réservé à la production d’eaupotable. On économise ainsi la ressourceen eau. Les eaux usées dépolluées peuventaussi servir à recharger les nappes età accélérer ainsi leur reconstitution. Cettepratique a déjà cours en Australie (Cfarticle Sécuriser les réserves d’eau douce).Elle permet de maintenir les volumes disponiblespour satisfaire à la demande eneau potable, malgré la sécheresse. Cettetechnique peut être intéressante sous desclimats plus tempérés, pour faire face àdes pics de demande locaux en été dansles villes balnéaires par exemple.Quels seront les procédés mis en œuvredemain pour traiter les différents flux d’eau ?« Il s'agira de séparer les eaux usées endeux parties, par exemple par un tamisagetrès fin : un flux important d’eauclair et un flux faible d’eaux usées trèsconcentrées. On commencera donc parextraire une eau à très faible teneur enpolluants, de qualité proche de celled’une ressource en eau de surface avantpotabilisation. »Larve de grenouille génétiquement modifiéeLes perturbateursendocriniensOn retrouve dans les eaux usées, à desconcentrations infimes, des moléculesissues de produits chimiques oupharmaceutiques (solvants, certainsadditifs alimentaires pour le bétail,contraceptifs oraux, produits dechimiothérapie…). Malgré leur faiblequantité, certaines d’entre elles perturbentle fonctionnement du système hormonal,lequel guide la croissance, la reproductionet le comportement des êtres humains etdes animaux. Du fait de leur structuremoléculaire similaire à celle des hormonesnaturelles – qui sont en quelque sorte desmessagers chimiques qui circulent dansle sang – les perturbateurs endocriniensimitent leurs signaux et déclenchent dansl’organisme des réactions pathogènes. Ilsaffaiblissent les défenses immunitaires,altèrent le développement et provoquentdes troubles de la reproduction. Ils ontdes effets de long terme, irréversibles, quifranchissent la barrière des générations.« Fabriqués par l’homme, ils brouillentle système de communication interne(le système hormonal) mis au point parl’évolution des espèces. » (Développementdurable, avenirs incertains – ChristianLévêque, Yves Sciama – Dunod – 2005).En collaboration avec WatchFrog- une start-up adossée au CNRS etau Muséum d’histoire naturelle deParis – qui développe des procédésbiotechnologiques in vivo pour différentesapplications, dont l'évaluation des risquesenvironnementaux, Veolia a mis aupoint un outil qui permet de repérer laprésence de perturbateurs endocriniens(de type thyroïdien) dans les eaux usées.Avec ce test, les larves de grenouilledeviennent fluorescentes lorsqu’elles sontperturbées par un tel polluant. Le degréde fluorescence est mesuré par un outilspécifique, étalonné avec un niveau defluorescence de base établi sur une eaude référence. Cette méthode est 5 à 10 foisplus rapide que des tests conventionnels.La larve de grenouille génétiquement modifiéea changé de couleur au contact d'un effluentporteur d'un perturbateur endoctrinien.

Le cahier des chroniquesscientifiques 5No. 17 / La station d'épuration du futur /juin 2010Recherche & Innovation© Veolia VodaEn 10 ans, la station d'épuration (STEP) connaîtra une profonde mutationet le soufre seront extraits pour être livrésà des producteurs de fertilisants ou à desformulateurs. Il s’agit d’une restitutionau sol contrôlée de certains ingrédientsminéraux des eaux usées. »À quoi va servir le biogaz ?« Il est le résultat de la transformation ducarbone, qui se trouve dans les eaux usées,en méthane et en CO2. La méthanisationde la matière organique des eaux uséesest déjà pratiquée, notamment dans lespays comme l’Allemagne où l’énergie estplus chère qu’ailleurs. Cette productiond’énergie renouvelable (biomasse) ne vapas perturber le marché de l’énergie. Notreobjectif est de parvenir à l’autonomie énergétiquedes usines de traitement des eauxusées. Déjà, les usines de Brunschweig etde Budapest couvrent la quasi-totalité deleurs besoins en méthanisant leur bouesavec des coproduits comme les invendus oules produits périmés de supermarchés et enalimentant des turbines électriques avec legaz ainsi produit. Dans des cas ponctuels,s’il y a un surplus, le méthane pourra êtreaussi utilisé localement dans des réseauxde gaz ou comme bioGNV*. »Sur quoi portent vos recherches en matièreénergétique ?« Nos travaux ont pour objectif d’industrialiserle processus de méthanisation,sans apport de coproduits. Autrementdit, ils visent à avoir une meilleure compréhensiondes phénomènes et à piloterdes réactions biologiques naturelles detelle sorte qu’elles génèrent davantage deméthane. Il s’agit de microbiologie industrielle.Il nous faut identifier les microorganismesanaérobies capables d’agirrapidement et de leur fournir des conditionsde travail optimales. La productionde biogaz génère par ailleurs des jus trèschargés en azote. Nous avons mis au pointdes procédés pour les traiter qui nécessitentquatre fois moins d’énergie que lesprocédés classiques de nitrification et dedénitrification (Cf article la microbiologieindustrielle au service de l’optimuménergétique). »* BioGNV est l’acronyme de bioGaz Naturel Véhicule.Comme son nom l’indique, ce type de biogaz est utilisépour certains types de véhicules adaptés. Il s’agit doncd’un carburant renouvelable qui offre une forme intéressantede valorisation du biogaz.

Le cahier des chroniquesscientifiques 6No. 17 / La station d'épuration du futur /juin 2010Recherche & InnovationComment ferez-vous pour produire desmatières organiques ou minérales qui intéressentd’autres secteurs industriels ?« Notre ambition est de produire desbiomatières conformes aux cahiers descharges des industriels et qui se substituentaux matières issues des hydrocarbures. Auniveau même de nos procédés biologiquesde dépollution, nous avons identifié, avecnos collègues d’AnoxKaldnes, des microorganismesqui, lorsqu’ils sont cultivésd’une certaine façon pour dégrader lamatière organique, l’utilisent pour constituerdes réserves de biopolymères, lesquelssont similaires à ceux produits par l’industriechimique à partir du pétrole. La seuledifférence, c’est qu’il s’agit de carbone vert.Nous allons fournir aux producteurs debioplastiques des billes de biopolymèresqui pourront entrer dans la fabricationde multiples produits : stylos, souris d’ordinateurs,pare-chocs automobiles... Lesconstituants organiques que nous produironsne bouleverseront pas le marchédes bio polymères, pas plus que nos composésminéraux le marché des fertilisants.Compte tenu de nos faibles quantités,notre priorité est d’assurer des débouchéspérennes à nos produits, en nous assurantque leurs caractéristiques répondent auxspécifications des industriels. Nous cherchonsà inscrire nos flux dans un cycle plusglobal des matières. »La chimie brise les images les plus ancrées dans l’inconscient collectif : même l’eau d’un ruisseau demontagne n’est pas pure ! L’eau est le plus formidable des solvants, à laquelle se lient intimement etrapidement de nombreux éléments, solubles. L’eau est à la fois un contenant et un contenu.Petite histoire del’assainissementConstruit à Rome plus de cinq siècles avantJC par un Étrusque, Tarquin l’Ancien, pourdéverser les effluents de la ville dans le Tibre,le cloaqua maxima fait partie des systèmesd’évacuation des eaux usées perfectionnésréalisés sous l’Antiquité. Mais avec la chutede l’Empire romain, ces ingénieux systèmesde canalisations sont abandonnés oudétruits.L’état de salubrité des cités du Moyen-Âgeest déplorable. Les déjections sont jetées parles fenêtres et des passerelles relient les bordsdes rues pour éviter le bourbier des eauxsouillées. Mais les gadoues ont une valeurmarchande. Elles sont vendues commeEt les résidus ?« Ils seront concentrés en fin de chaîne.Ils devraient être inférieurs à 10 % voire5 % de la matière entrante. Concentrésdans un très faible volume, il peuventfacilement être pris en charge comme deseffluents industriels spéciaux – incinérés,inertés ou stabilisés ».engrais. D’autre part, les urines s’infiltrentdans le sol, se déposent sur les murs des cavessous forme de salpêtre, lequel est utilisé dansfabrication de la poudre à canon.L’assainissement moderne des villeseuropéennes commence au XIX e siècle.Le premier tout-à-l’égout apparaît àHambourg en 1843. On creuse le sol et onenterre des canalisations pour orienter lesflux pestilentiels vers les cours d’eau. L’idéeest de les éloigner rapidement afin d’éviterinondations et épidémies. Quand Pasteurmet en évidence le lien entre hygièneet santé, commence alors l’épurationproprement dite, à la fin du XIX e siècle.On applique la technique du brassagepour oxygéner et assainir l’eau, selon leprocessus naturel observé dans les torrentsde montagne.

Le cahier des chroniquesscientifiques 7No. 17 / La station d'épuration du futur /juin 2010Recherche & InnovationL’assainissement va t-il devenir un autremétier ?« Autrefois centré sur des bases hydrauliques,le métier de l’assainissement aintégré la chimie et le génie des procédés,et commence également à recouriraux biotechnologies, à la biochimie et àla microbiologie. Les sciences du vivantont pénétré nos métiers depuis une quinzained’années. Le vivant est extraordinairementcomplexe, il a des réactionsvariables et évolue rapidement. Une celluled’un microorganisme qui vit dans unbassin d’eaux usées compte 4 000 sortesd’enzymes qui catalysent 4 000 réactionschimiques. Cela présente des potentialitésformidables que nous cherchons à comprendreet à accompagner, pour produireplus de méthane, plus de biopolymères,pour dégrader de nouveaux polluants…Mais les conclusions que nous tirons denos observations sont moins tangibles queles lois de la physique ou de la chimie ! Celanous conduit à devoir nous adapter en permanencepour piloter les procédés fondéssur le vivant. Le recyclage des eaux uséesva aussi conduire à repenser la gestion desstations d’épuration et des réseaux. »Comment ?« Les fonctions de la station d’épurationvont évoluer, et avec elles, sa physionomie,et aussi sa place dans l’économie.La station d’épuration actuelle, consommatriced’énergie et productrice de bouescoûteuses à traiter, est un centre de coût.Demain, autosuffisante sur le plan énergétique,productrice de substances valorisableset commercialisables, et moinsgénératrice de résidus, elle présentera unautre équilibre économique. Sans compterque le bénéfice environnemental etsanitaire rendu par l’assainissement,qui n’est pas évalué financièrementactuellement, devrait l’être demain.L’assainissement va entrer dans l’ère del’éco-économie. »Les mentalités sont-elles prêtes au recyclagedes eaux usées ?« Le verre recyclé est accepté, les pullspolaires en fibres de plastiques recycléssont acceptés, le papier hygiéniqueissu de fibres cellulosiques recyclées estaccepté… Le recyclage de matériaux pourproduire des biens de grande consommationest entré dans les mœurs. Pourautant, le recyclage des eaux sales eneaux propres risque de se heurter à desréticences culturelles, tant au niveau desindividus, des industries, des collectivitésque de la société dans son ensemble.Pour de multiples raisons : la peur de lacontamination, le mythe de l’eau pure…C’est pourquoi il serait opportun d’associerà nos programmes des chercheurs ensociologie de l’environnement qui apportentune vision différente pour expliquerles enjeux du recyclage, analyser les éventuelsblocages psycho-sociologiques etproposer des solutions pour les lever. »Les 3 phases del'assainissement aujourd'huiPhase primaireLes polluants accessibles simplementsont retirés les uns après les autres.Les éléments de taille importante sontbloqués par un tamis. Ceux qui flottent(huiles, graisses…) sont ensuite retenuspar une barrière. Puis ceux qui coulent(grains de sable, particules minérales…)sont raclés au fond des dessableurs.Phase secondairePour extraire des eaux usées lespolluants solubles (café, grenadine…),il est fait appel aux ressources de labiologie.Des microorganismes sont utilisés pourdégrader des matières organiques etminérales (de la taille du nanomètre).De l’ordre du micromètre, ils peuventêtre séparés aisément des eaux traitées :ils coulent et sont raclés en fond debassin. Ils absorbent principalement,sous forme soluble, de l’oxygène, ducarbone, de l’azote (présent dans leseaux usées sous forme d'ammoniacet de nitrate) et des phosphates. Ilsrejettent du dioxyde de carbone et del’azote.Phase tertiaireIl est parfois nécessaire de désinfecterles eaux usées pour éviter la pollutionbactériologique des eaux déversées dansles mers et les cours d’eau, en particulieren zone de baignade.

Le cahier des chroniquesscientifiques 8No. 17 / La station d'épuration du futur /juin 2010Recherche & Innovationprogramme de rechercheSécuriser les réservesd’eau douceEn utilisant la capacité naturelle d’épuration des sols, VeoliaEnvironnement expérimente la recharge de nappe à partir d’eaux uséestraitées pour faire face aux situations de stress hydrique, dans les paystouchés par la sécheresse ou en cas de pics de demande en été.En Australie, la recharge de nappeà partir des eaux usées dépolluéesest testée depuis 1997 pour sécuriserl’approvisionnement en eau deplantations horticoles. Les chercheursde Veolia Environnement ont constatéque l’eau gagne en qualité lors de sonstockage dans le milieu géologique.Dans la continuité de ce projet, ilstestent un dispositif comprenantquatre puits, deux pour l’injectiond’eaux de pluie pré-traitées, deuxautres pour la récupération de laressource. Ce système (Aquifer Storage,Transfer et Recovery - ASTR) permetd’étudier l’épuration complémentairequi intervient lors du transfertde l’eau entre les puits. Il est en coursde modélisation.Épuration par le solLes équipes de Recherche de Veoliaétudient également sur un pilote lafaisabilité de la recharge de nappecôtière à partir des eaux usées épurées.Leur objectif est d’identifier lescaractéristiques d’un sol qui présenteune capacité épuratoire optimale,d'en comprendre le phénomène et dele modéliser. Ensuite, il sera possiblede repérer les sites où la recharge denappe avec des eaux usées traitées estpraticable, ou encore d’améliorer lacomposition d’un sol (modification dela granulométrie, ajout de matériauxréactifs…) pour que cela le soit. Il leur fautégalement étudier l’acceptabilité socialede la réutilisation des eaux sortant desstations d’épuration.Des eaux usées réutiliséesdans la productiond’électricitéConfronté à la sécheresse, le gouvernementdu Queensland (Australie) chercheà diversifier ses ressources en eau.Mené par Veolia Eau, le projet WesternCorridor Recycled Water vise à procurerde l’eau à deux centrales électriques àpartir des eaux usées traitées provenantde six stations d'épuration. Celles-ci sontensuite acheminées, via 200km de canalisationssouterraines, vers troix usinesde recyclage utilisant des technologiesde traitement avancées (microfiltration,osmose inverse, désinfection, oxydationavancée).Sous les plages, l’eauSur le littoral, la demande en eau potableaugmente en été du fait de l’afflux touristique- une saison où les nappes ne serechargent pas beaucoup. En outre, lacroissance de la population dans les zonescôtières est une tendance lourde de l’évolutiondémographique - actuellement, unquart de la population mondiale vit à moinsde 25 km d’une côte et en France, 10 % de lapopulation réside dans les communes littorales.Le niveau des nappes souterrainesdépend de leur alimentation par la pluie,de leurs échanges positifs ou négatifs avecles rivières, et des prélèvements qui y sonteffectués. Si l’on continue à prélever de l’eaualors que le niveau de la nappe côtière estbas, celle-ci risque d’être contaminée pardu sel, du fait de l’irruption de l’eau de mer(biseau salé). Dans les zones côtières, la frontièreentre l’aquifère et la mer n’est en effetpas étanche. Afin de pouvoir répondre à lademande en eau potable indépendammentdes variations climatiques saisonnières,Veolia Environnement propose de rechargerces nappes à partir d'eaux usées traitées,comme à Adelaïde, Berlin ou Barcelone.

Le cahier des chroniquesscientifiques 10No. 17 / La station d'épuration du futur /juin 2010Recherche & InnovationÉnergie et plastiquesans pétroleFaire travailler plus de bactéries pour approvisionner des industrielsde la chimie verte en polymères biodégradables : c’est ce à quoi VeoliaEnvironnement œuvre en Suède. En transformant une partie des eauxusées en bioplastique, les chercheurs amorcent la mutation des stationsd’épuration en bioraffineries.“ Faire travailler plus de bactériespour approvisionner des industrielsde la chimie verte en polymèresbiodégradables ”C’est avec la filiale suédoise,AnoxKaldnes, de Veolia Water Solutions& Technologies, à Lund, que leschercheurs de Veolia Environnementfabriquent du bioplastique à partirdes eaux usées. « Certaines bactériesutilisées pour dégrader les eaux uséesont pour propriété demanger le carbone etde l’accumuler sousforme de polymère »expliquent StéphaneDeléris, Chef du Pôlede la filière biologique,et Thomas Wallander, fondateurde AnoxKaldnes. « Pour optimiserleur production, nous fournissonsles conditions les plus favorablesà leur développement puis nousrécupérons leurs réserves : les cellulessont déshydratées puis cassées et lepolymère extrait avec un solvant vert.Il est possible d’atteindre différentsdegrés de pureté. Nous sommes entrain d’identifier les niveaux de qualitéà atteindre en fonction des différentstypes d’application industrielle. »Vers un pilote industrielPour l’heure, la production debioplastiques de Veolia Environnementà partir d’un pilote d’1 m 3 ne dépasse pasquelques kilos par jour. Un pilote va êtreinstallé dans une station d’épurationpour passer à une échelle supérieurede production. Il est prévu de réaliserun prototype à l’horizon 2011. Quoi qu’ilen soit, même à l’échelle industrielle,la production de bioplastiques à partirdes eaux usées restera modeste :une station d’épuration d’une villede 100 000 habitants devrait pouvoirfabriquer environ 500 tonnes debiopolymère par an. « Compte tenu dece volume, notre objectif est de trouverdes débouchés chez des entreprises dela bioplasturgie qui puissent intégrernos composés dans leurs mélanges »souligne Stéphane Deléris.

Le cahier des chroniquesscientifiques 11No. 17 / La station d'épuration du futur /juin 2010Recherche & InnovationMÉTHOLOGIEDes outils dela microbiologie pouraugmenter les cadencesLes méthodes de détection et d’observation des micro-organismesprésents dans les eaux usées s’affinent. Pour mieux comprendrel’activité des bactéries à l’oeuvre dans les réacteurs biologiques etl’optimiser, les chercheurs analysent non seulement leur ADN maisaussi leur ARN (lire plus loin) avec des méthodes PCR (réaction depolymérisation en chaîne).L’ADN (acide désoxyribonucléique) est lematériel où sont stockés l’informationgénétique et l’ensemble des caractères héréditairesd’une cellule. Depuis plus de 10 ans,Veolia Environnementa adapté à l’analyseenvironnementale uneméthode de biologiemoléculaire, la techniquePCR, pour détecterla présence de microorganismesnocifs pourla santé (bactéries, virus,parasites) dans les milieux et les quantifier(qPCR), à partir de leur signature génétique.Tire-au-flanc s’abstenirLa technique PCR permet de copier en grandnombre une séquence d’ADN, c’est-à-dired’amplifier très rapidement le matérielgénétique de micro-organismes jusqu’à ce“ Les chercheurs ont misau point une méthodepour analyserl'activité desbactéries ”qu’il soit détectable. Le Centre d’analysesenvironnementales a créé un protocole dedétection reproductible. Mais la présenced’une bactérie dans un milieu n’impliquepas pour autant qu’ellesoit active. Il est donc difficiled’établir sur cettebase une corrélationentre la détection d’unebactérie méthanogènedans le réacteur biologiqueet les processusbiochimiques qui s’yopèrent.Les chercheurs ont donc mis au point uneméthode PCR pour analyser l’ARN des bactéries(qrPCR). L’ARN (acide ribonucléique)est produit quand un gène s’exprime. Il renseignedonc sur l’activité des bactéries. Il estainsi possible d’observer l’effet de telle outelle action prise pour piloter leur travail.Le génie biologique auservice de l’assainissement.OrganicaMis en œuvre en Hongrie par Organica,dont VWS a acquis 75% en 2007, le procédéFBR tm consiste à créer un écosystèmestable favorable à l'épuration des eauxusées. Il associe des traitements deboues activées et des bassins d'aérationet de décantation qui accueillentune culture de plantes spécialementsélectionnées pour leur capacité à sedévelopper dans les eaux usées grâceà leur système racinaire. Elles formentun habitat pour différents organismes -bactéries, protozoaires, escargots,coquillages et poissons - qui dégradentles contaminants organiques.

Le cahier des chroniquesscientifiques 12No. 17 / La station d'épuration du futur /juin 2010Recherche & InnovationEaux uséesCertains résidussolides permettentde renforcer lafertilité des sols.Bouesd'épurationBiogazDigesteur1Des bactéries consomment(digèrent) la matièreorganique.La décomposition des bouesproduit du biogaz.technologiesLe génie biologiqueau service de l’optimuménergétiqueProduire le plus possible de biogaz dans les digesteurs où sontdécomposées les boues d’épuration, réduire la consommationd’énergie nécessaire au traitement des résidus liquides de la digestion…Au Danemark, Veolia Environnement met au point des procédésbiologiques pour atteindre l’objectif d’autosuffisance énergétiquedes stations d’épuration des eaux usées.Boostage de la lyse thermiqueLe procédé de lyse thermique consisteà solubiliser les boues en les chauffantà 165 °C par injection de vapeur. Plussolubles, les boues sont ainsi plus digestespour les bactéries quiles dégradent dansles digesteurs (ouméthaniseurs). Laproduction de méthanes’en trouve augmentée.Veolia Environnement commercialiseun tel procédé, Biothélys®, qui est utiliséen prétraitement des boues, avant leurentrée dans les digesteurs. Les chercheursont réussi à l’améliorer pour augmenterla production de méthane et diminuer saconsommation énergétique. Ils ont misDéshydratationCe nouveau procédé de lyse thermiquepermet de solubiliser les boues non digéréespar les bactéries en les chauffant à 165° parinjection de vapeur.IncinérationEpandageBiogazDigesteur2Les boues digéréessont déshydratées(centrifugeuse) pourêtre épaissies.ExelysExelys : un procédé innovant de lyse thermique, plus efficace et moins consommateur d'énergie“ Le génie biologiquea fait baisser laconsommation d'énergiede 60% ”MoteurLe biogaz permetd’alimenter lemoteur et de créerde la vapeurPlus solubles, les boues peuventêtre digérées par les bactériesdans un deuxième digesteur.au point le procédé Exelys®, qui permetd’augmenter le taux de concentrationde la matière et donc de réduire les fluxà chauffer. En le faisant fonctionner enboucle avec un digesteur, ou en le plaçantentre deux digesteurs(Cf schéma ci-contre),il est possible devaloriser au maximumle potentiel énergétiquedes boues. Un prototypeindustriel est en phase de démarrage dansles environs de Copenhague.Une bactérie ascétiqueLorsqu’on met 100 kg de boue d’épuration(matière sèche) dans un digesteur, 40 %se transforment en biogaz. Les 60 % restantse présentent sous forme solide etliquide. La fraction solide est incinéréeou, si sa composition le permet, utiliséecomme fertilisant dans les champs.La fraction liquide (lixiviat), très chargéeen azote, est réintroduite dans le circuitd’épuration. Cela représente une surchargede 20 à 30 % pour la station et sonprincipal poste énergétique – plus de lamoitié de sa consommation d’énergie estdue au traitement de l’azote par aération.Les chercheurs de Veolia Environnementont conçu un procédé, Anita TM Mox, pourtraiter les effluents fortement chargés enazote de façon plus efficace et plus économique.Ils utilisent une bactérie qui apour particularité d’accomplir le travailde nitrification (transformation de l’ammoniacen azote gazeux) sans consommerde carbone et en réclamant 40 %d’oxygène en moins que dans le processusclassique de nitrification – qui recourtà deux types de bactéries. La consommationd’énergie en est diminuée de 60 %.

Le cahier des chroniques No. 17 / La station d'épuration du futur /scientifiques 13juin2010Recherche & Innovation3 questions à...Arnaud de la Tour du Pin« Pour atteindre l’autonomie énergétique des stationsd’épuration, nous travaillons à partir de nospropres technologies. »Quelles sont les attentes des collectivitésen matière d’autonomie énergétique desstations d’épuration des eaux usées ?« Les besoins des collectivités diffèrentselon les pays et la politique énergétiqueque ceux-ci ont menés jusqu’alors.Néanmoins, sous la pression desautorités, comme au Royaume-Uni, enAllemagne et dans les pays d’Europe duNord, la réduction des consommationsénergétiques et la production d’énergie,en liaison avec l’objectif de réductionde l’empreinte carbone, deviennentdes sujets de préoccupation. Lesthèmes abordés durant les conférencesorganisées par l’International WaterAssociation en témoignent. En premierlieu, les collectivités se préoccupent bienentendu de trouver un exutoire fiable etéconomique aux boues. En fonction despolitiques incitatives, elles s’intéressentaussi de près à leur valorisationénergétique. Pour bien segmenter nosoffres, nous sommes en train de mener uneétude de marché sous forme d’interviewsauprès des différentes parties prenantes(collectivités, consultants, agences debassin…). »Que faites-vous pour réduire lesconsommations d’énergie des stationsd’épuration ?« Il faut savoir que dans les usines deboues activées, environ 54 % de l’énergieconsommée est destinée à l’aération.Pour consommer moins, nous suivonstrois voies. La première consiste àaméliorer la conception des usines - lesdoter d’équipements moins énergivores,améliorer les prétraitements… Laseconde consiste à mettre en place destechnologies et des systèmes de régulationet de conduite avancée. Par exemple,nous avons développé un système derégulation de l’aération pour les procédésà boues activées, Amonit®, qui utilisedes capteurs récents d’analyses en lignepour les paramètres NO 3 (ammoniac)et NH 4 (nitrates). En agissant de lasorte, on peut réduire la consommationénergétique de l’ordre de 20 %. Enfin,nous développons des technologies et deslignes de traitement spécifiques en vuede mieux valoriser en énergie la matièreorganique contenue dans les boues.(Cf article Technologies p.12) »Est-ce réaliste de viser l’autosuffisanceénergétique ?« Aujourd’hui, certaines des usines queVeolia Environnement exploite, enparticulier en Europe de l’Est, atteignent75 % d’autosuffisance. C’est le cas de lastation d’épuration de Prague. D’autres,notamment en Allemagne, en utilisantdes apports « verts »extérieurs – biogazproduit par un centred e s t o c k a g e d edéchets à proximité –arrivent à revendre del’électricité au réseau.C’est le cas à Budapest ou Braunshsweig.En développant des technologiesspécifiques ayant pour objectif d’optimiserla production de biogaz, nous devonspouvoir atteindre cette autosuffisance.Les procédés Exelys® – lyse thermiquedes boues en continu – et DLD – DigestionLyse Digestion – permettront d’atteindrecet objectif et aussi de réduire l’empreintecarbone des usines. »Station d'épuration deBudapest« Le niveau d'autosuffisance enénergie de notre station d'épurationde Budapest est aujourd'hui de 90%.Les développements et optimisationsen cours visent un objectif de 100%d'autonomie énergétique d'ici 2 à 5 ans »Gyorgy Palko, directeur général de VeoliaEau pour la zone Hongrie-pays Balkans.“ Nos technologies permettrontà nos stations d'épurationd'être autosuffisantesen énergie ”Arnaudde la Tour du Pin,Directeur MarketingMunicipal VeoliaWater Solutions etTechnologiesarnaud.delatourdupin@veoliawater.comCe cahier des chroniques scientifiques estle complément de la vidéo réalisée sur lethème de la station d'épuration du futur.Découvrez la vidéo et le cahier desChroniques scientifique sur l'Intranet deVeolia Environnement et sur Internet :www.chroniquesscientifiques.veolia.comCrédits photos : photothèque VEOLIA -Christophe Majani d'Inguimbert, JeanPhilippe Mesguen, Salah Benacer, AlexisDuclos, WatchFrog, Veolia Voda.Remerciements à :Notre expert Emmanuel Trouvé, ainsi qu'àArnaud de la Tour du Pinpour leur collaboration et leur disponibilité.Directrice de la publication et de la rédaction :Fanny DemulierResponsable éditorial : Xavier DorveauxRédaction : Monik MalissardConception : Dream OnContact : Direction de la Communication19 rue La Pérouse75016 Paris - FranceTél. : +33 (0)1 71 75 10 88Fax : +33 (0)1 71 75 05 92Mail : fanny.demulier@veolia.com