Assainissement collectif : les alternatives à la STEU classique

Lorsqu’il s’agit de traiter les effluents de dizaines de milliers (voire plus) de personnes concentrées dans une aire urbaine, la question des moyens ne se pose guère. Les STEU classiques à boues activées, avec leurs bassins aérés par surpression, leur supervision, leurs traitements tertiaires, leur prise en charge des boues garantissent des performances épuratoires allant au-delà des exigences réglementaires. Leur coût élevé, tant en capex qu’en opex, ainsi que leurs exigences en termes de maintenance, sont largement compensés par les économies d’échelle. Il n’en va pas forcément de même pour les zones moins densément peuplées, toutefois. Dès lors, de quelles alternatives disposent ces collectivités ? Existe-t-il des solutions moins sophistiquées mais efficaces ? Les filières végétalisées ont-elles encore leur mot à dire ? Les choix sont-ils toujours bien informés ? Petit tour de la question.

 DES TECHNOLOGIES EFFICACES

Face à l’investissement lourd, au coût opérationnel et à l’exigence en personnel qualifié que représente une STEU « classique » complète, des élus de petites collectivités peuvent reculer. D’autre part, les filières purement végétalisées (lagunes, filtres plantés de roseaux (LPR) …) montrent aujourd’hui leurs limites et exigent un foncier devenu rare. Il existe toutefois des solutions compactes parfaitement efficaces et adaptées à cette échelle : boues activées « simples », lits bactériens, biodisques, bioréacteurs membranaires, bioréacteurs séquentiels… Les grands constructeurs de STEU comme OTV, Degrémont, Saur, Sources ou Aqualter interviennent sur ce marché, ainsi que des acteurs plus spécialisés comme Acqua.Ecologie, Cohin Environnement, Jousse, KWI France, Synthea, Wangner Assainissement ou Exelio en Belgique. Sans compter des fournisseurs de solutions destinées au semi-collectif, qui peuvent fort bien s’installer pour le collectif de petite taille : Bionest, Kingspan, Premier TechAqua ou encore Tricel et le groupemen Biotec-environnement/ TecBio/Aquabio par exemple. Avant d’être un acteur reconnu pour ses solutions pour les particuliers, Eloy Water s’est construit une réputation dans le semi-collectif. 

Les solutions proposées s’étendent de 20 à 4000 EH et reposent sur une maîtrise totale des technologies SAFF, SBR, MBR et boues activées, couplées à des traitements complémentaires pour un rejet en zone sensible. « Ces solutions sont 100% standardisées et plug and play, ce qui nous permet d’envisager sereinement toute évolution future de la filière », commente Olivier Eloy. « Avec une cellule spécifiquement dédiée au collectif, nous encadrons et réalisons l’ensemble du projet : étude, dimensionnement, installation, formation, contrat d’exploitation et d’entretien. Pour les collectivités, ces avantages leur permettent de gagner en temps d’exécution, en budget et même en sérénité puisque nous assurons aussi la gestion de la filière ». Designées et fabriquées en Belgique, les solutions pour les collectivités sont installées autant en Europe, en Océanie, en Afrique et en Amérique centrale.

 Acqua.Ecologie propose des systèmes compacts de traitement aérobie utilisant la technique du lit bactérien fixé sur un média. Ils assurent un traitement complet de l’eau, y compris la nitrification-dénitrification, et la gestion des boues est intégrée. Au besoin, une étape d’oxydation avancée en sortie peut prendre en charge les micropolluants. Préfabriqués en différentes tailles, les systèmes MyFAST peuvent traiter de 38 à 600 m3/j et les MacroFITT de 800 à 8000 m3/j. « Avec ces systèmes qui autorisent la REUT, nous arrivons à recycler complètement l’eau, avec très peu d’entretien. Par exemple, pour une station de 3000 m3/j, soit environ 12 000 équivalents habitants, il suffit de deux personnes travaillant une journée par semaine. Et il s’agit de maintenance de premier niveau : pas besoin d’ingénieurs qualifiés » assure Romain Salza, gérant d’Acqua.Ecologie. La société a ainsi réalisé plusieurs STEU, de 3000 à 8000 m3/j, en Afrique sub saharienne. « L’appel d’offres ouvrait la voie à toutes les possibilités, des filières végétalisées à la boue activée classique. Ils ont finalement préféré notre solution « intermédiaire ». Dans ces zones où l’eau est précieuse, on cherche à éviter l’évaporation, tendon d’Achille des filières végétalisées » précise Romain Salza. C’est pourquoi l’Afrique du Sud remplace actuellement ses STEU végétalisées par des systèmes Acqua.Ecologie pour augmenter les capacités (volume traité) et les performances d’épuration, mais aussi pour réutiliser l’eau traitée en irrigation.

Pour les petites unités (quelques centaines d’équivalents habitants, ou Eh), Sources s’appuie sur la technologie du biodisque : des disques rotatifs semi- immergés sur lesquels se fixent les bactéries, qui passent ainsi alternativement en milieu aérobie et anaérobie. « Nous proposons des filières ultra compactes : des biodisques avec un décanteur- digesteur - ou une fosse toutes eaux - en tête, et une séparation liquide-solide en aval. Le rejet des effluents se fait soit directement soit via une zone de rejet végétalisé (ZRV). On traite ainsi le carbone (DBO et DCO) et les matières en suspension. La séparation des boues peut se faire par décantation lamellaire, filtres à tambour, voire LPR » détaille Jérôme Lafaurie, directeur régional France Ouest de Sources. La société a installé une STEU de ce type à Bardos (PyrénéesAtlantiques), pour 900 Eh, avec une filière biodisques suivi d’un décanteur lamellaire et un filtre à tambour. « Nous préconisons souvent cette combinaison en sortie pour profiter des performances des deux systèmes, sans être limités par l’hydraulique ou l’organique » précise Jérôme Lafaurie. 

La start-up suisse 1h2o3 recommande la technologie MBBR « encore peu connue dans l’assainissement municipal alors qu’en industrie, elle est très utilisée, regrette Nicolas Meudal, gérant. Les stations d’épuration modulaires que nous fabriquons en Bretagne sont en quelque sorte des boues activées améliorées. Sans support bactérien, c’est une boue activée. Avec le support, nous avons un MBBR hybride, qui est plus efficace car la masse bactérienne dépolluante y est plus concentrée. Nous assemblons aussi des solutions complètes intégrant un traitement primaire et une décantation et/ou filtration tertiaire ». Pour les plus grosses unités (jusqu’à 2000 Eh), Sources propose une conception de STEU compacte et fonctionnelle que Jérôme Lafaurie appelle « une petite STEU à boues activés toute simple ». Autrement dit : un prétraitement compact par tamisage, un bassin aéré par une turbine, donc sans surpression, un clarificateur raclé et un canal de comptage. « Les systèmes compacts comme les biodisques ou les lits bactériens ont du mal à dénitrifier, il faut donc leur ajouter des traitements complémentaires. Dès lors qu’on doit s’attaquer à l’azote (et au phosphore), la boue activée redevient une alternative compétitive » estime Jérôme Lafaurie.

 Sources a récemment réalisé plusieurs STEU à boues activées avec turbine, comme à Saint Michel de Rieufret (1000 Eh, Gironde), OnesseLaharie (Landes pour le Sydec, 1300 Eh) ou Camarsac (1000 Eh, Gironde). Jérôme Lafaurie insiste par ailleurs sur une dimension souvent négligée à cette échelle : « même une petite STEU, quelle que soit sa technologie, demande de l’entretien pour garantir les performances et assurer la pérennité du système. Il faut y passer du temps. » Veolia, via ses filiales PMT (biodisques) ou OTV (boues activées compactes) propose également ces deux types de solution. Outre la taille, la gestion de l’azote est déterminante dans le choix de l’une ou l’autre. « Nous améliorons notre Ekodisk – un système de biodisques en polypropylène sur axe acier inoxydable – depuis 20 ans. Il est parfaitement maîtrisé et nous en avons installé plus de 1500 en France. Ce système modulaire de 3 à 12 mètres de long peut se combiner avec une décantation lamellaire ou une filtration par tambour » détaille Daniel Bermond, directeur de PMT. On en trouve donc partout, jusqu’à l’observatoire du Pic du Midi. « Il m’est arrivé de vendre des stations à Ecodisk® allant jusqu’à 5000 Eh, pour des applications en montagne ne nécessitant pas un traitement poussé de l’azote. Les collectivités voulaient des STEU pouvant répondre à des fortes variations de charges, et complètement couvertes pour résister aux intempéries, notamment à la neige » ajoute Thiérry Gourdant, directeur de l’agence OTV de Lyon.

Dès lors que le traitement de l’azote est requis, OTV propose plutôt ses récentes solutions à « boues activées compactes », aérées par turbine. « Le principe est celui d’une STEU classique mais l’architecture et l’ingénierie se distinguent. Les deux bassins - boues activées et clarificateur – sont carrés et accolés, ce qui permet de couvrir le tout. L’ensemble ressemble plus à un bâtiment qu’à une STEU. Cela facilite exploitation, réduit les nuisances et permet une meilleure intégration à l’environnement. La construction monobloc est un avantage pour les sites délicats : sols meubles, contraintes sismiques… » explique Thierry Gourdant. OTV en a d’abord installé en Bretagne mais le système commence à gagner des appels d’offres ailleurs en France. Aqualter installe également des biodisques pour les petites collectivités. Cohin Environnement met pour sa part en avant une autre technologie. Sa solution UniBiocell repose sur le principe du réacteur biologique séquentiel (SBR), mais avec quelques particularités : une extraction brevetée permet un traitement avec une arrivée continue de l’eau usée, le tout en un seul bassin, d’où sa compacité. « Nous venons de réaliser une STEU de 300 Eh en Ukraine, avec un traitement complet UniBiocell et un traitement des boues en lombricompostage » révèle Sébastien Cohin, gérant de la société. 

En Belgique et depuis deux ans en France, Exelio propose deux technologies en fonction de la charge polluante des STEU à traiter : l’unité compacte de boues activées granulaires GRASS® qui s’installe dans tout type de bassins biologiques et se prête ainsi aux nouvelles constructions de station comme au revamping. Ce procédé a notamment été retenu et installé par Sogea Environnement pour la station de Nogent-sur-Seine de 12 000 Eh de juin 2021 à juin 2022 pour son traitement des eaux moins énergivore et nécessitant moins de réactifs ; la technologie PAMCO®, qui est un développement particulier des procédés de traitement à biomasse fixée. La biomasse se fixe sur un support alvéolaire en rotation autour d’un axe mis en mouvement par un moto-réducteur. Au contact des eaux usées les bactéries forment spontanément un biofilm qui va se fixer aux alvéoles du biorotor. Par la rotation du support, l’eau contenue dans les auges est aérée en permanence. Les conditions sont réunies pour que la charge polluante soit dégradée par la biologie, tout naturellement.

REMETTRE LES FILIÈRES VÉGÉTALISÉES À NIVEAU

Des lagunes aux filtres plantés de roseaux (FPR), plusieurs générations de filières d’assainissement végétalisées se sont succédées et ont connu un réel succès auprès des petites collectivités. Ces installations vieillissent cependant et beaucoup atteignent aujourd’hui leurs limites, d’autant plus que l’utilisation de végétaux suppose un entretien qui n’est pas toujours assuré. « Nous intervenons souvent pour remettre ces filières à niveau. D’une part, le foncier étant devenu rare, il n’est plus possible de les étendre si, comme cela arrive souvent, la population concernée a augmenté. De plus, elles ne permettent pas la réutilisation des eaux usées traitées, une problématique qui prend de l’importance, et ne traitent pas les micropolluants avec la même efficacité que des filières intensives. La question de leur pérennité se pose » avance ainsi Romain Salza (Acqua. Ecologie). « Ces filières mettant en œuvre du végétal sont sensibles aux aléas climatiques et à certains polluants, ce qui rend leurs résultats aléatoires » estime pour sa part Thierry Gourdant (OTV). Une fragilité que souligne aussi Sébastien Cohin, évoquant entre autres l’évaporation et la nécessité d’arroser les roseaux lorsqu’il fait chaud…

 Pour les remettre à niveau, deux options s’offrent. Tout d’abord, les munir simplement de traitements supplémentaires. « Il arrive qu’on puisse les compléter en installant un équipement de filtration, ou des ultraviolets, voire un dosage de chlorure ferrique pour traiter le phosphore. Ces petites améliorations sont en général assurées par l’exploitant et ne font pas l’objet d’appels d’offres. Nous n’intervenons pas pour cela » assure Jérôme Lafaurie (Sources). 

Acqua.Ecologie propose aussi son procédé Rolls Air, un système d’aération qui intensifie le traitement assuré par une lagune sans nécessiter l’installation d’un nouveau bassin. Le plus souvent, cependant, ce type d’ajouts ne suffit pas, et la solution consiste alors à traiter les eaux en amont par une installation nouvelle et utiliser la lagune ou le FPR pour le traitement des boues. « Nous avons beaucoup de demandes en ce sens. Nous installons un de nos systèmes compacts MyFAST ou MacroFITT, et gardons l’installation de phytoépration pour le traitement des boues : c’est plus avantageux que la déshydratation » explique ainsi Romain Salza (Acqua. Ecologie). « Les biodisques ou les boues activées compactes s’affranchissent des aléas climatiques qui affectent les filières végétalisées. 

Ce sont des solutions de traitement complètes, compatibles avec le stockage de boues en FPR. Une collectivité qui a déjà une lagune peut réutiliser sa surface en tant que filière boues d’un traitement de l’eau plus avancé. C’est comme cela que nous « marions » souvent nos technologies à des filières végétales » affirme pour sa part Thierry Gourdant (OTV).

DÉPASSER LES HABITUDES

Efficaces, éprouvées et ne nécessitant pas une maintenance complexe, ces solutions restent pourtant relativement peu utilisées en France. Pourquoi ? Probablement la force des habitudes… « Beaucoup de collectivités pensent spontanément au végétalisé ou aux lagunes à l’ancienne par manque de connaissance : elles ne sont pas informées sur toutes les filières existantes, et beaucoup de bureaux d’études non plus. Les appels d’offres, et même les pré-études, spécifient donc des filières végétalisées. Pourtant, lorsque nous parlons du film fixe, nous rencontrons un écho positif, d’autant plus que les collectivités souhaitent avant tout des solutions efficaces avec peu d’entretien » estime Romain Salza. Même constat pour Sébastien Cohin, dont la société travaille essentiellement pour l’industrie en France alors qu’elle multiplie les STEU collectives à l’étranger. « Nous ne répondons pas aux appels d’offres des collectivités car les solutions techniques sont déjà indiquées et les variantes non acceptées » regrette-t-il.

 Jérôme Lafaurie (Source) dresse le même constat. « Il ne faut pas avoir de préjugé technologique et étudier le projet dans sa globalité. Des technologies compactes peuvent permettre de limiter les postes de relevage et les réseaux nécessaires pour rejoindre un terrain susceptible d’accueillir une station extensive et par conséquent de réduire le coût global d’investissement du projet et de diminuer les coûts d’exploitation incluant la station, les relevages préalables et les réseaux » affirme-t-il. « Très souvent, la collectivité a déjà plus ou moins choisi sa techno logie avant de nous consulter » confirme Thierry Gourdant (OTV). « Il est important de faire connaître les différentes technologies disponibles, afin d’éviter que les appels d’offre sortent sans variante autorisée, pour des projets où il existe des alternatives intéressantes » résume Daniel Bermond (PMT).

UNE GROSSE STEU, OU PLUSIEURS PETITES ?

Autre sujet de débats : la question de la centralisation. Deux modèles s’affrontent : soit envoyer toutes les eaux usées (et en général pluviales) d’un secteur vers une grosse station de traitement, soit multiplier les petites unités, voire sortir du collectif pour aller jusqu’au traitement à la parcelle. Lionel Turpin, directeur général Exploitation chez Aqualter explique pourquoi sa société a choisi de construire une grosse STEU centralisée à Mare Corbonne (Eure-et-Loir) pour la métropole de Chartes. « Sans compter la question des économies d’échelle, donc du coût du traitement, il faut considérer la capacité du milieu récepteur à recevoir des effluents. Les petites STEU supprimées aujourd’hui via, par exemple, la loi NOTRe, libèrent de petits cours d’eau plus ou moins à sec l’été, au profit d’un rejet unique sur un cours d’eau plus important qui peut absorber la charge. D’autant que sur ce type d’ouvrage, on peut, comme nous l’avons fait à Chartres pour l’Eure, créer une lagune de stockage pour lisser les rejets en période de très basses eaux » explique-t-il. Ce qui est pertinent pour une métropole n’est cependant pas applicable partout. 

Il convient en particulier de penser le système d’assainissement dans son ensemble : STEU plus réseau. Ce dernier coûte en effet aussi cher, voire souvent plus, que la station en termes d’investissement et de maintenance. Sebastien Cohin est un fervent partisan de la multiplication de petites STEU en complément des STEU centrales des grandes métropoles. « Il est désormais possible de déployer rapidement des petites stations très performantes et peu coûteuses plutôt que s’entêter à réunir des communes et faire installer de grosses STEU centrales à boues activées, extrêmement coûteuses - souvent plusieurs millions d’euros – et nécessitant un réseau qui vaut encore plus cher » affirme-t-il. Il cite en exemple des réalisations de Cohin au Maroc, en Mauritanie ou à Tunis. Pourquoi d’ailleurs ne pas franchir un pas supplémentaire ? « En zone rurale, un système décentralisé est plus intéressant. 

Nous prônons d’ailleurs l’assainissement sur site, avec des systèmes adaptés et efficaces comme notre Biobarrier : il ne s’agit évidemment pas d’aligner des micro stations ! Tout cela doit s’examiner en fonction des réseaux existants et de la réglementation sur les rejet » plaide pour sa part Romain Salza (Acqua.Ecologie). « Lorsqu’il s’agit de traiter les effluents de quelques centaines de personnes ou moins, la question de l’assainissement non collectif se pose. Les réseaux de collecte sont extrêmement coûteux, ils vieillissent, subissent des intrusions d’eau parasite et les filières végétalisées généralement installées dans ces situations supportent mal les variations de débit. Le traitement à la source pourrait être une solution en zone rurale » confirme Lionel Turpin (Aqualter). 

Thierry Gourdant (OTV), moins tranché, souligne néanmoins la question du réseau, qui n’est pas toujours prise en compte lors du choix d’implantation d’une STEU. « La loi NOTRe pousse à réaliser des « grosses » unités centrales. Et certes, il existe des économies d’échelle. Il n’est pas insensé non plus de regrouper l’assainissement de deux villages éloignés de quelques kilomètres qui rejettent dans le même cours d’eau, ce qui arrive souvent avec les communautés de communes. Toutefois la géographie est têtue. Les réseaux de collecte coûtent cher, surtout lorsqu’il faut pomper pour relever les eaux. Toute opération nécessite donc un sérieux calcul technico- économique avant de s’engager dans une solution. »