Forum AquaPRIS 2011 à Saint-Omer en France, le 14 juin 2011

Forum dédié aux solutions innovantes «pour une meilleure gestion de l’eau»

Pour contacter les organisateurs cliquer ici.

La sélection des lauréats

C’est la sixième édition de cette manifestation. Les candidatures ont été lancées il y a quelques mois. Des entreprises, des associations, et des collectivités étaient invitées à présenter leurs solutions innovantes.

Sur les 11 projets présentés, les organisateurs devaient en sélectionner six. Les promoteurs des projets sélectionnés, donc les 6 « lauréats » avaient à présenter leur projet au public. Le projet gagnant était désigné par vote secret des personnes présentes.

Projets présentés en 2011

Sur les 11 projets présentés, et répartis en trois ateliers, deux traitaient de problèmes d’organisation : celui de « l’Association Entre Deux Eaux » et celui de « l’Association Escaut Vivant ». Les autres projets étaient à caractère technique.

L’aspect innovant était la première exigence. Voici la liste des projets présentés, dans l’ordre de préférence du jury:

  1. Association Entre deux eaux : Projet Développement modeling.
  2. Association Escaut Vivant : Pour une requalififcation durable du bassin de l’Escaut.
  3. Haskoning France : Dégazage sous vide pour la production d’eau minérale.
  4. NuReSys : Systèmes de gestion durable des ressources phosphates.
  5. Spray France : Traitement de l’eau par injection de CO2 alimentaire.
  6. Meulemans JP SA : La toiture végétale, impacts sur la rétention d’eau.
  7. Opluvia : Comment l’eau de pluie peut-elle valoriser une entreprise?
  8. KSB : Solutions respectueuses pour l’environnement.
  9. Pocheco : rénovation exemplaire d’un site industriel.
  10. Dallennes Bâti-Consult : Présentation des projets EAUTARCIE et SANECO.
  11. Bernard Joos Coiffure : Mise en œuvre d’un kit de traitement de l’eau pour les salons de coiffure.

Nous avons relevé le fait que le public n’avait pas la possibilité de poser de questions aux lauréats, encore moins d’argumenter.

Quelques impressions sur les projets présentés

Il n’y a que les 6 premiers projets (du n°1 à 6 de la liste ci-dessus) qui ont été présentés oralement au public. Les descriptions sommaires des 5 projets non retenus se trouvaient dans le dossier distribué au participants.

Il ne nous appartient pas d’analyser en détail le contenu scientifique de ces projets, bien que dans chaque cas, nous aurions aimé poser des questions et éventuellement émettre un avis. Dans ce compte-rendu, nous tenons à exprimer des réflexions sur deux projets: le n°5 qui nous paraissait le plus innovant dans les projets sélectionnés et le n°4 qui a été élu par le public comme premier lauréat. Ces remarques n’engagent évidemment que moi.

Le n°5, un projet innovant, et d’une utilité certaine

Il s’agit du projet de Spray France sur le traitement de l’eau par injection de CO2. Le procédé consiste à injecter du dioxyde de carbone gazeux dans le circuit d’eau domestique ou industriel afin d’empêcher le dépôt de calcaire dans la tuyauterie, les robinets et dans d’autres éléments du circuit. Grâce à ce procédé simple nous disposons d’un système non pas pour adoucir l’eau, mais pour prévenir l’encrassement du circuit par le calcaire. L’avantage principal, par rapport aux systèmes classiques d’adoucisseurs, est la suppression de rejet d’eaux saumâtre dans l’égout. De plus, l’eau traitée, bien qu’un peu acide, reste de qualité alimentaire. Le CO2 ainsi valorisé est en fait un sous-produit industriel de la fabrication de bière.

Ce qu’il faudrait sans doute encore vérifier, c’est le caractère éventuellement corrosif de l’eau rendue légèrement plus acide.

Le n°4, le premier lauréat

C’est la société NuReSys qui a obtenu le premier prix. Il s’agit ici de l’élimination du phosphore et de l’azote contenus dans les eaux usées et leur récupération sous forme de granulé destiné à l’agriculture comme fertilisant. L’innovation consiste à contrôler la cristallisation de la struvite (phosphate ammoniacale de magnésie). Le procédé est proposé pour le traitement des eaux usées, lixiviat de décharges, résidus de la biométhanisation et le traitement du lisier.

Son avantage principal et sa nouveauté consistent à éviter les incrustations et obturations des pompes et tuyauteries, ce qui diminue nettement le coût d’entretien et augmente la disponibilité de l’installation par la suppression des arrêts.

Ce qui semble, par contre, avoir joué un élément décisif dans le choix de ce projet pour lui attribuer le premier prix est l’insistance des promoteurs sur la nécessité de récupérer le phosphore, des eaux usées. La présentation de la photo d’un enfant qui « verra peut-être le moment de l’épuisement des mines des phosphates » a largement joué sur une corde sensible chez le public qui applaudissait.

Le présentateur du projet a insisté sur le fait que « pour répondre aux besoins en aliments qui augmentent constamment, la récupération des phosphates des eaux usées devra se faire sur pratiquement chaque station d’épuration des eaux usées, des milliers en Europe ». Il a également signalé que « les mines de phosphates seront épuisées dans 100 à 200 ans. Comme le phosphore est un facteur impératif pour l’approvisionnement en aliments pour l’homme, un usage plus économique (moins de gaspillage) et la récupération s’imposent. »

Ces affirmations suscitent cependant quelques remarques et observations.

Faut-il vraiment épuiser les mines de phosphore?

À en croire le présentateur du projet, l’humanité serait en danger de famine par la disparition du phosphore dans les terres agricoles – argument massue mis en avant – suite à l’épuisement des mines.
Pourtant, ces mines ne connaissent une exploitation intense que depuis l’avènement de l’agriculture chimique. On se demande alors comment l’humanité et toute la faune terrestre ont pu survivre pendant des millénaires sans cet apport précieux?

Nous ne pouvons que souscrire à l’idée suivant laquelle les terres agricoles ont réellement besoin des nutriments contenus dans les eaux usées urbaines, mais à notre avis, d’une manière complètement différente. Avec le système du tout à l’égout on fait fausse route. Une bonne partie de l’azote et du phosphore des eaux usées se retrouve dans les boues d’épuration qui, bien souvent, sur base d’analyses, se classent dans la catégorie « déchet dangereux, impropre à l’agriculture». Le procédé NuReSys n’en récupère qu’une toute petite fraction, car il travaille sur les eaux issues de l’étape secondaire (bio-oxydation) de l’épuration qui élimine déjà en moyenne neuf dixièmes d’azote et du phosphore qui, de ce fait, se retrouvent dans les boues. A moins que je me trompe, seulement moins de 30% des boues sont valorisées dans l’agriculture. Le restant est incinéré ou éventuellement mis en décharge. La majorité de la perte de phosphore se trouve donc à ce niveau.

Le phosphore et l’azote dans la biosphère

Je reviens à la question posée plus haut : comment, l’humanité et toute la faune terrestre ont pu survivre pendant des millénaires sans le phosphore des mines? La réponse est simple : grâce au cycle naturel de cet élément dans la biosphère. Une certaine quantité de phosphore circule et a circulé depuis des millions d’années dans les chaînes alimentaires. Le phosphore prélevé dans la terre par les plantes entrait dans l’alimentation des animaux et de l’homme qui produisaient des déjections [1]. Ces dernières, riches en azote, avec les végétaux morts riches en carbone, entraient alors dans un processus naturel aboutissant à la formation de « l’or brun » de la terre (l’humus), et le cycle était bouclé. C’est ce que les scientifiques appellent le cycle de l’azote, du phosphore et du carbone dans la biosphère. Ces cycles sont intimement liés à celui de l’eau. L’épuration des eaux vannes perturbe gravement ces cycles.

[1] Les déjections annuelles d’un adulte contiennent environ 1 kg de phosphore, équivalent à 3 kg de phosphates. Soit dit en passant, le contenu azoté de nos déjections s’élève en moyenne à 5 – 10 kg d’azote N, ce qui équivaut à 12,5 – 25 kg de nitrates. C’est ce que l’épuration libère actuellement dans la nature via les boues et les eaux traitées. La dénitrification n’est appliquée que sur une petite fraction de l’azote issue de l’étape secondaire.
 

Une des questions qui me paraît primordiale est de savoir quel est l’impact réel de l’épuration pratiquée à grande échelle sur ces cycles? On manipule ici de très grandes quantités de biomasse azotée et phosphorée qui font partie intégrante de la biosphère. Ce n’est pas un déchet à éliminer. En cycle non perturbé des éléments, la biomasse contenue dans les déjections retourne directement dans le sol pour former l’humus. L’humus ne se forme pas lorsque l’azote ou le phosphore sont introduits dans le sol sous forme minéralisée. Pourtant, l’humus du sol se trouve au centre de fonctionnement de la biosphère terrestre. L’agriculture chimique, aidée largement par le système du tout à l’égout, a éliminé des terres agricoles de l’Europe, en moins de 60 ans, neuf dixièmes de leur stock en humus. Chaque gramme de cette substance brune précieuse est capable de retenir jusqu’à 50 g d’eau, à la manière d’une éponge. Pour sa survie, l’humanité a intérêt à mettre en place des techniques qui, au lieu de le détruire, restaurent la teneur en humus des terres. En présence d’humus, l’eau des précipitations, a moins tendance à ruisseler. Le taux d’infiltration dans le sol augmente. La restauration de la teneur en humus des terres aura toute une série d’effets bénéfiques dont ceux qui touchent le cycle de l’eau : limitation de la gravité des inondations, et régularisation du débit des rivières, sans parler de ses effets sur le climat, entre autres, par l’intermédiaire de la diminution de l’albédo du sol.

Les nitrates, en tant que tels, donc sous forme minéralisée, n’entrent pas dans le processus de formation de l’humus. Pour celui-ci, il faut associer la biomasse animale (et humaine) des déjections, riche en azote et en phosphore, à une quantité considérable de biomasse végétale riche en carbone [2]. Dans les processus de la pédogenèse, le phosphore suit un chemin parallèle à celui de l’azote. Le fait de les minéraliser, l’azote et le phosphore se comportent dans le sol comme un engrais chimique : augmentent le rendement, mais au détriment des réserves humiques, et détruisent la structure édaphique : le sol ne tient plus et « coule » vers routes et rivières par érosion, perdant ainsi en outre de sa biodiversité.

[2] Ce qui remet en cause la mode suicidaire actuelle de la destruction massive de la biomasse végétale sous prétexte de « valorisation énergétique » (biocarburants, pellets, biométhane, etc.). A l’état de délabrement avancé de nos terres agricoles, base de notre alimentation, nous avons besoin de la totalité de biomasse végétale et animale et humaine pour sauver encore ce qui peut l’être. Faute d’humus qui les retient, nos terres agricoles se perdent dans la mer par érosion. Pour former quelques cm de terre arable à partir de la roche mère, il faut des millénaires de vie non perturbée par l’homme. L’énergie obtenue de la biomasse par combustion a une valeur négligeable devant sa valeur biologique. Et ce d’autant que la production d’énergie thermique pour le chauffage peut s’obtenir favorablement par compostage thermogène de cette biomasse.
 

L’azote et le phosphore extraits des eaux usées sous forme minérale, s’ajoutent tout simplement aux engrais chimiques et ont le même effet. C’est ici que se situe l’impact environnemental réel du projet n°4 premier lauréat.

Il est scientifiquement incorrect d’assimiler le sol – base de la vie terrestre – à un réceptacle de nutriments qui fonctionne à la manière d’un compte en banque : pour rester en équilibre, il faut y mettre par exemple autant de phosphore qu’on en retire. Le processus est infiniment plus complexe.

Une fois épurée, la biomasse azotée et phosphorée se retrouve en grande partie sous forme de nitrates et de phosphates, tandis qu’on s’efforce de transformer la partie carbonée de la charge polluante des eaux en dioxyde de carbone (aussi par incinération directe, ou combustion du biométhane obtenu au départ des boues). Cette approche ne peut qu’aboutir à la rupture des cycles de l’azote du phosphore et du carbone intimement liés au cycle de l’eau [3].

[3] Outre la destruction massive de l’humus potentiel, il y a un autre effet du système de tout à l’égout : la perturbation directe du régime hydrique du terroir concerné. Avec les égouts on draine beaucoup d’eau prélevée dans les réserves souterraines pour la conduire rapidement vers la mer, via les rivières. C’est la raison pour laquelle, le troisième principe de l’asSAiNissement ECOlogique ou SANECO (présenté dans le projet AQUAPRIS n°10, non retenu) postule : « Éviter, autant que faire se peut, le déversement des eaux usées traitées ou non dans une eau de surface. Utiliser au maximum le pouvoir épurant remarquable et gratuit du sol et de la lumière. » Cela peut se faire avec des techniques simples et peu onéreuses :voir « solution alternative ci-dessous ».
 

Pour revenir au projet NuReSys, dès qu’on prend conscience des enjeux de la perturbation des grands cycles naturels par l’épuration, on voit la place occupée par une technique qui élimine une petite partie du phosphore déjà minéralisé en amont. L’avantage de soustraire le phosphore résiduaire du processus d’eutrophisation des rivières, est annulé par la destruction de l’humus suite à l’utilisation agricole des granulés de struvite obtenues.

Mon intention n’est nullement de dénigrer un travail scientifique et technique absolument remarquable que j’admire en tant que scientifique, mais j’aimerais seulement attirer l’attention sur le fait que cette technique ne fait que contribuer à améliorer l’apparence d’un système, celui du tout à l’égout, scientifiquement contestable.

La solution alternative

Faut-il enlever, le phosphore des eaux usées, produites par l’épuration? N’est-il pas plus simple, de boucler directement le cycle du phosphore en faisant la collecte sélective des eaux vannes concentrées (riches en azote) pour imprégner des déchets cellulosiques (riches en carbone)? Ainsi, après compostage, non seulement la totalité du phosphore prélevé des terres y retourne, mais également l’azote, et la biomasse végétale indispensable à la formation de l’humus [4].

[4] Contrairement aux idées reçues, pour reconstituer les réserves humiques des terres agricoles, il ne suffit pas d’y introduire de la matière organique. Le processus de formation de l’humus nécessite un traitement (le compostage en tas ou en surface) approprié avec la présence simultanée de déjections animales et humaines non encore fermentées, en présence de cellulose végétale. Même les boues d’épuration compostées (et encore moins la méthanisation), ne remplissent pas cette condition.
 

S’il y a de l’argent à dépenser à bon escient pour des recherches, c’est dans la mise au point technique des turbo-toilettes proposées dans le projet n°10, pouvant produire des eaux vannes concentrées (donc moins d’eau ajoutée aux déjections, non seulement pour « économiser l’eau », mais surtout pour en faciliter le compostage), et homogénéisées; et c’est dans le perfectionnement technique de centres d’imprégnation et de compostage. Ces derniers devraient devenir les véritables carrefours de traitement des eaux vannes, du lisier et de tous les déchets cellulosiques y compris cartons d’emballages, papiers souillés, la partie fermentescible des déchets urbaines, etc. Ces centres d’imprégnation et de compostage deviendraient le cordon ombilical d’une production alimentaire réellement durable. Outre les autres avantages, la quantité d’énergie que l’usage agricole du compost obtenu pourrait épargner est tout à fait considérable [5].

[5] Pour faire un kg d’engrais azoté de synthèse, on brûle 2,5 kg de pétrole. L’azote contenu rien que dans les déjections humaines (dont la biomasse n’est dépassée que par celle des bovins sur la terre), représente au moins un montant équivalent à 40% de l’azote actuellement utilisé dans l’agriculture mondiale sous forme d’engrais de synthèse. Compte tenu du compostage (pour autant qu’on veuille bien le faire) des déjections animales aussi, en plus des humaines, l’agriculture mondiale pourrait facilement se passer d’engrais chimiques et, en grande partie, leur corollaire, les produits phytosanitaires. Suite à l’augmentation de la teneur en humus des terres, les besoins en irrigation diminuent, l’infiltration des précipitations augmente et les problèmes de pénurie d’eau qu’on connait actuellement dans le monde disparaissent automatiquement, bien que progressivement. Tout cela, sans dépenser des sommes astronomiques pour des canaux, des barrages et des adductions. Avec la diminution de la pollution agricole des eaux, nos réserves d’eau potable retrouvent progressivement leur pureté originelle, sans dépenser un seul euro ou dollar dans les mesures de « protection des réserves hydriques».
 

Un détail qui a son importance : pendant le compostage aérobie, les résidus de médicaments contenus dans l’urine et les fèces sont intégralement décomposés. Aucun système d’épuration connu n’est capable d’éliminer ces substances vraiment indésirables de l’eau.

Parallèlement au traitement des eaux vannes par compostage, les eaux grises (savonneuses) qui constituent environ 80 % des eaux usées urbaines actuelles serviraient, plus particulièrement en régions sèches, directement à l’agriculture, sans la moindre nuisance sanitaire ou environnementale; en régions moins sèches, elles seraient déversées dans des « zones humides » aménagées en bordure des villes. Pendant leur écoulement lent, c’est la lumière du jour qui se chargerait de les clarifier, avec dépôt de boues dans le fond. Ces boues seraient alors prises en charge par des bactéries qui les transformeraient en eau et en dioxyde de carbone [6].

[6] Ce sont des observations de laboratoire, lesquelles demandent à être précisées. Malheureusement pour de telles recherches, il n’y a pas de financement. En l’absence de phosphore (pas de lessives phosphatées) et de l’azote (pas de déjections), au départ des eaux grises, les plantes n’ont pratiquement rien à assimiler (sauf les nitrates contenus dans l’eau de distribution). Il ne s’agit donc nullement d’une phyto-épuration « tarte à la crème » des environnementalistes. Dès le moment où l’on traite séparément les eaux vannes des eaux grises, l’épuration par les plantes devient complètement inutile. En région aride, ce type d’épuration fait perdre inutilement d’énormes quantités d’eau par évaporation. Pendant l’écoulement lent des eaux grises urbaines en zone humide, les bactéries, les savons et les détergents coagulent dans l’eau exposée à la lumière du jour et à l’air. Les racines des plantes aquatiques vivent en symbiose avec la flore bactérienne « spontanée » qui dégrade ces boues.
 

Un double égouttage, mais à bon escient

Le placement de deux réseaux d’égouts, l’un pour les eaux vannes, l’autre pour les eaux grises implique évidemment des investissement importants. Ce n’est pas pour autant que les solutions exposées au projet n°10 soient plus chères que celles mises en œuvre actuellement. Les techniciens en génie sanitaire préconisent déjà le dédoublement du réseau d’égouts, mais dans l’optique de maintenir le système du tout à l’égout [7].

[7] La dilution des eaux usées par les averses est un des problèmes de l’épuration collective. Lors d’une grosse averse, le contenu des égouts et aussi le contenu des bassins de la station d’épuration risquent de se se retrouver dans la rivière, sans épuration.
 

Ils préconisent donc l’installation d’un réseau d’égouts séparé pour les eaux pluviales. Compte tenu du fait (contenu dans le projet n°10), que la seule source d’eau naturellement douce (donc non adoucie chimiquement, avec pollution) disponible à tous est l’eau des précipitations qui tombent sur les toits, il est vraiment peu raisonnable de conduire cette eau dans un égout ou d’installer des toits végétalisés (projet n°6 présenté comme lauréat) sur lesquels il n’est pas possible de récupérer de l’eau « propre ». De telles mesures [8] ne font pas partie de la gestion durable de l’eau où le premier principe postule: «adapter la qualité de l’eau aux usages qu’on en fait». La plupart des activités ménagères «préfère » de l’eau naturellement douce et non pas de l’eau rendue potable à grand frais [9].

[8] Ce que les toits végétalisés peuvent retenir des précipitations est tout à fait négligeable devant la quantité d’eau récupérable dans des citernes. Le volume global des citernes correctement dimensionnées (au moins 15 m³ par 100 m² de toit) équivaut à celui d’un bassin d’orage gigantesque. L’eau naturellement douce ainsi récupérée ne serait relâchée dans l’égout qu’au fil de son utilisation.
 
[9] En vertu du premier principe de SANECO, partout où les ressources en eau sont atteintes par la pollution, il serait plus raisonnable et moins cher, de distribuer de l’eau de «qualité inoffensive » en lieu et place d’eau potable. Cette idée est également contenue dans le projet n°10. A partir de cette eau, chaque ménage peut filtrer les 5 à 10 litres d’eau potable dont une personne a réellement besoin par jour pour boire et pour la cuisson des aliments. Avec un système à osmose inverse, dont le moins cher est vendu dans le commerce pour moins de 60 € (!) (2011) la famille dispose de l’eau potable d’une qualité qui n’est comparable qu’à celle des meilleures eaux minérales vendues en bouteilles dans le commerce, mais pour un prix de revient de moins d’un centime d’euro par litre. Du coup, les milliards de flacons de plastique ne sont plus rejetés dans les poubelles pour polluer notre environnement et le projet lauréat n°3 sur le dégazage des eaux minérales, perd de son importance : au lieu de dégazer des eaux contenant du méthane, grâce à la réduction de la consommation d’eaux en bouteilles, on pourrait se contenter de sources d’eau minérales délivrant de l’eau ne contenant pas de méthane. Au lieu de brûler le méthane récupéré de l’eau minérale, laissons le dans la terre, avec l’eau! Soit dit en passant : la combustion d’un kg de méthane récuéré lâche dans l’atmosphère 2,75 kg de CO2.
 

Il est donc plus raisonnable, de réserver le deuxième réseau d’égouts aux eaux vannes concentrées, issues des turbo-toilettes [10]. D’un autre côté, le réseau existant, même éventuellement vétuste et non étanche, convient parfaitement à la collecte des eaux grises. En l’absence d’eaux vannes, les eaux de la voirie, en diluant les eaux grises, contribuent par la suite à les clarifier. A plus long terme, les égouts à eaux grises deviendraient des fosses de dispersion [11] dans le sol, avec une grosse section, couvertes de plaques de béton ajourés pouvant conduire rapidement les averses intenses hors de l’agglomération.

[10] En zones péri-urbaines, le double égouttage peut favorablement être remplacé par des fosses à vidanger, avec collecte des eaux vannes concentrées destinées aux centres d’imprégnation. Cependant, dans ces zones à habitat familial, la voie royale est l’utilisation des toilettes à litière biomaîtrisée ou TLB avec compostage de ses effluents dans le jardin conjointement avec les déchets de cuisine (réduction de 40% de la masse des déchets urbains), et les déchets verts. En été, les eaux grises produites par le ménage pourraient servir à irriguer le jardin, au lieu d’être bêtement rejetées dans l’égout, sans parler de l’économie d’eau pour l’arrosage. D’après les estimations, dans ces zones, l’eau des précipitations pourraient couvrir environ 80% des besoins des ménages. La distribution d’eau de qualité « inoffensive » ne constitue ici qu’une solution de sécurité pour l’approvisionnement en eau de la population. L’essentiel de l’eau consommée viendrait des citernes. L’utilisation de l’eau de pluie naturellement douce, pour atteindre le même objectif de propreté, réduirait les besoins en produits de lessive, vaisselle et entretien d’au moins 50%!
 
[11] D’après les observations en laboratoire, un échantillon d’eau grise, après avoir traversé une couche de quelques cm de terre, devient limpide, inodore et répond aux normes de déversement les plus sévères.
 

Joseph Országh
Mons, le 16 juin 2011

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