Assainissement : une nécessaire accélération

En juin 2021, la Commission européenne saisissait la Cour de justice d’un recours contre la France pour non-respect des exigences de la directive européenne sur les eaux résiduaires urbaines (Deru) de 1991. Cela fait plus de vingt ans que la France doit mettre en conformité son système d’assainissement. Pour les agglomérations de plus de 15000 EH, l’échéance était fixée au 31 décembre 2000, et fin 2005 pour les autres. Malgré les avertissements et les relances de Bruxelles, elles peinent à rattraper leur retard. À l’époque il n’y avait pas eu d’amende, cette fois, la récidive pourrait être sanctionnée. La France compte environ 22600 stations de traitement des eaux usées, représentant une charge globale de 78,5 M d’EH pour une capacité épuratoire totale de 105,5 M d’EH. Parmi les 3852 agglomérations d’assainissement de plus de 2000 EH, regroupant 4055 stations d’épuration pour une charge globale de 74,3 M d’EH, 516 d’entre elles n’étaient toujours pas conformes à la Deru en 2021.

Pour les 18558 stations restantes, celles dont la capacité est inférieure à 2000 EH et correspondant à une charge de 4,2 M d’EH, le manque d’exhaustivité dans les réponses ne permet pas de garantir la fiabilité des résultats. «La directive a joué pour mettre les stations d’épuration à niveau. Début 2000, il y a eu une grande vague de travaux de mise aux normes. Aujourd’hui, la priorité pour les collectivités porte principalement sur les extensions de capacité de traitement des stations pour répondre aux exigences de la réglementation», reconnaît Philippe Carrio, président du Syndicat national des entreprises du traitement de l’eau (Synteau) et directeur du développement chez Stereau. Cette augmentation de capacité peut se réaliser par des rajouts de file de traitement mais il existe d’autres solutions qui peuvent aussi se combiner avec d’autres objectifs. Par exemple, sur la station d’épuration d’Aquantis de la communauté d’Agglomération du Pays Voironnais en Isère qui, en plus d’avoir l’obligation d’augmenter la capacité de 65000 EH à 95000 EH, a l’ambition de réduire l’empreinte carbone de l’ouvrage en mettant en place une digestion des boues pour produire du biogaz, qui traité, pourra être injecté dans le réseau de gaz géré par GDRF. La mise en œuvre d’un traitement primaire de décantation lamellaire a donc permis non seulement de participer à cet objectif avec l’augmentation de la capacité d’aération du bassin biologique mais également de produire des boues primaires qui sont plus méthanogènes et donc de produire plus de gaz à partir de sources d’énergies renouvelables. Ce nouvel ouvrage a l’avantage d’être compact grâce à la présence de lamelles qui accroît la surface de décantation tout en réduisant l’espace occupé au sol par le décanteur lamellaire. «La capacité du traitement secondaire et la valorisation des boues en aval seront ainsi optimisées», résume Philippe Carrio, représentant Stereau pour ce projet. 

Les travaux débutés en mars 2022 devraient se terminer en 2025 pour un montant global de 20 M€. Dans le monde des décanteurs, on recense plusieurs fabricants dont la plupart sont amenés à faire du surmesure pour s’intégrer dans la filière de traitement des eaux ou s’insérer dans une filière existante de traitement des boues. On peut citer notamment Aquasys Hydrotechnologie, Cimentub, Hydroconcept, Hydrheco, Horus environnement ou encore Tecnofil Industries. Ainsi qu’ATR Création qui appuie la conception de l’équipement sur une vue 3D afin d’obtenir l’image la plus fidèle possible du futur matériel à insérer. «Pour beaucoup, la décanteuse est l’équipement idéal pour les besoins en épaississement ou en déshydratation, modère Thibault Voisembert. Chez Andritz, nous avons compris que la consommation énergétique était un élément critique pour beaucoup de STEP et c’est ce qui nous a poussé depuis quelques années à élargir notre gamme de presse à vis, la C-Press». Celle-ci a le mérite d’être beaucoup moins gourmande en énergie (moins de 2kw/h pour les plus grands modèles) à performances équivalentes, et reste très simple d’utilisation. 

LE MANQUE DE PLACE MÊME EN ZONE RURALE

 La compacité des équipements est en effet un critère de choix pour les collectivités. Le foncier est cher, même dans les collectivités rurales, le manque de place est un frein pour l’extension des sites de traitement. Le fondateur et gérant de la société 1H2O3, Nicolas Meudal, l’a bien compris. Après avoir travaillé plus de 15 ans dans l’exploitation des stations d’épuration, il fonde son entreprise dédiée à la conception et la fabrication de solutions modulaires dédiées au traitement des eaux usées. «Initialement développé pour l’aquaculture, j’ai adapté le support bactérien, cœur de la technologie MBBR.

Chaque cuve contient une technologie de l’eau différente et peut être combinée à d’autres cuves pour créer le procédé adapté à chaque projet au domaine du traitement des eaux usées. Mon offre se résume en solutions low-tech proposées sous forme de lego». Cette technologie met en œuvre des supports bactériens, des médias MBBR - Moving Bed Biofilm Reactor, soit des réacteurs à lit fluidisé. «Ces systèmes ressemblent à des immeubles à bactéries en quelque sorte. Ils permettent d’avoir plus de bactéries dans un même volume, et donc de traiter plus de pollution dans la cuve». Chez 1H2O3, les cuves sont standardisées, c’est Nicolas Meudal qui se charge de prescrire le dimensionnement du système pour garantir un traitement adapté. «L’offre d’1H2O3 s’étend de 100 EH à 10000 EH. Au-delà, un package préfabriqué n’est pas rentable comparé à la mise œuvre de MBBR dans un ouvrage en béton», reconnaît-il. En 2022, il a fait installer un module de 6 m2 entre les deux étages de traitement d’une station de filtres plantés de roseaux pour une collectivité française située près de Genève. La station d’une capacité de 400 EH reçoit une charge polluante équivalente à 600 EH. L’installation du module permet de nitrifier les eaux prétraitées à partir d’un petit compresseur à air, ce qui «permet à la collectivité de ne plus être dans le rouge sur ses rejets en azote vers le milieu naturel. Cette solution est simple à mettre en place. Mais par peur du changement sans doute, ce sont surtout les industriels qui s’intéressent à cette technologie pour le moment», regrette Nicolas Meudal.

 «Quelle que soit la nature du projet, nous devons répondre aux demandes du cahier des charges des collectivités», confirme Christian Kovac, directeur des travaux chez Wangner Assainissement, qui comme Aqualter, Cohin Environnement et Sources est l’un des principaux constructeurs indépendants intervenant sur le marché français. «Dans la mesure du possible, nous proposons toujours des optimisations à partir de nos retours d’expérience de terrain, en marge de ce qui est demandé par la collectivité». La société, qui est bien implantée en Normandie, a remporté fin 2021 le marché de la reconstruction de la station d’épuration (STEP) sur la commune de Broglie lancé par l’intercommunalité de Bernay Terres de Normandie. Cette installation de 1500EH sera la première à mettre en oeuvre son concept IEO. Pour des stations de moins de 2500 EH, NXO Engineering, start-up fondée en 2016, capitalise sur le traitement des eaux usées par l’association de microalgues et de bactéries. La solution qui vise prioritairement les zones rurales disposant d’une empreinte foncière modérée (3m2 /EH) peut être complétée par des photo-bioréacteurs ( PBRs) pour intensifier la prolifération des algues et viser des besoins estimés à 10000 EH. Soutenue par l’agence de l’eau RMC, la solution a été distinguée par l’Ademe et la BPI au concours I-Nov vague 7 en 2021.

Depuis, la start-up voit plus loin et ambitionne de réutiliser la cellulose qui transite dans les eaux usée pour la valoriser auprès de l’industrie du BTP. Autre solution innovante permettant d’augmenter la capacité de traitement d’une STEP tout en réduisant son empreinte au sol. La technologie inDense que Suez inaugure sur la nouvelle station d’épuration de Czernica en Pologne. «Suez de son côté s’est associé à une start-up qui a développé la technologie inDENSE une solution de densification de la biomasse des stations d’épuration basée sur un procédé de type hydrocyclone», poursuit Philippe Carrio. Les boues denses sont collectées et réinjectées dans la biomasse du réacteur biologique pour qu’elles y prolifèrent. Le système ne nécessite pas de travaux de génie civil et est opérationnel en moins de 3 semaines. Rationaliser l’espace et les investissements, c’est également ce que l’entreprise Sources vise en intègrant et proposant le procédé de boues granulaires Nereda® au STEP. La société compte déjà près d’une dizaine de références en France, et notamment les STEP de Fleury (12700 EH), de Oissery (11000EH), de Chalon sur Saône (45000 EH), ou de Saint Gilles Croix de Vie (102000 EH). D’autres chantiers sont en cours avec le concept de STEP baptisé Villa Calypseau®, que Sources essaime en France. Il s’appuie sur la technologie de traitement par boues biologique granulaires qui offre un traitement équivalent au traitement conventionnel avec une compacité 2 à 3 fois moindre qu’une station classique. Économe en énergie, Villa Calypseau® dispense ainsi de s’équiper de matériels d’agitation dans les bassins de traitement, de s’affranchir de la consommation de réactifs en raison du traitement totalement biologique, et de réduire la quantité de boues totales produites. Autre problème structurel et conjoncturel des STEP, l’énergie.

Tout récemment, Wangner Assainissement, qui a ses propres équipes de génie civil, a fait remplacer tous les équipements annexes d’une STEP de plus de 25 ans pour réduire la consommation d’énergie du site et offrir plus de confort et de sécurité aux exploitants. «Le nouveau pont brosse est plus facile d’accès et garantit plus de sécurité pour le personnel. Il est aussi plus économe en énergie comme la plupart des nouveaux équipements électromécaniques», explique Christian Kovac, qui constate sur le terrain une réelle demande des services techniques préoccupés par la hausse des coûts énergétiques. Andritz n’a pas attendu la crise énergétique pour proposer des solutions adaptées. «Il y a quelques années, nous avons lancé les TurboJet, des buses ajustables installées sur nos décanteuses (des plaquettes de niveau) permettant de créer une force de réaction similaire à la propulsion d’un moteur. Cette force est utilisée pour mettre le bol en rotation et ainsi, réduire la consommation énergétique de l’entrainement principal. Ce système, proposé en standard sur nos nouvelles générations de décanteuses et accessible en upgrade sur les machines plus anciennes, permet de réaliser de réelles économies. Le résultat d’un de nos clients, une STEP située en Normandie, est édifiant: les buses ont permis de réduire de 26% l’énergie des décanteuses, ce qui représente un gain total de 2% de la consommation énergétique du site» appuie Thibault Voisembert, directeur commercial Environnement chez Andritz. 

LE TRAITEMENT TERTIAIRE, STEP BY STEP

 Si l’extension des step est aujourd’hui une priorité pour les collectivités, un nouveau durcissement des normes de rejet n’est pas à exclure. 

«Actuellement en cours de révision à Bruxelles, la Deru pourrait à terme exiger de nouvelles normes de rejet, notamment sur les micropolluants», avertit Philippe Carrio. En Suisse, les step d’une capacité de plus de 100000 EH ont déjà l’obligation de traiter les micropolluants avant rejet dans le milieu récepteur. L’occasion pour Stereau de créer une filiale pour proposer son procédé CarboPlus, lancé il y a plus de dix ans, initialement pour le traitement des pesticides dans l’eau potable. Ce procédé fonctionne sur le principe du lit fluidisant de charbon actif et garantit une large surface de contact pour traiter les polluants dans l’eau. «Contrairement aux filtres à charbon actif, la perte de performances n’est pas évolutive dans le temps. La réinjection régulière de produit garantit un traitement efficace sur la durée et régulier», explique Philippe Carrio. Sources propose également un procédé de réacteur à lit fluidisé de charbon actif micrograins, baptisé CARBOCYCLE®. La Reuse est aussi un concept d’avenir. «Sur ce sujet, la France est aussi très en retard. Seules 1% des eaux usées traitées sont réutilisées dans l’Hexagone, contre 14% en Espagne et près de 80% en Israël», regrette le président du Synteau. D’autres spécialistes réfléchissent à l’utilisation de traitement tertiaire comme l’ozone ou le traitement membranaire. 

Les projets restent pour le moment encore très anecdotiques pour les petites collectivités même si l’activité touristique démontre qu’elles y sont, de plus en plus, très sensibles. Dans le Lot-et-Garonne, la station d’épuration de Clarens est à cet égard un projet de référence. Eau47, qui regroupe depuis 2012 les Syndicats Intercommunaux de 207 communes, hormis les villes principales (Agen, Marmande et Villeneuve-sur-Lot) et quelques bourgs ruraux, montre de quelle manière le projet de construction de la STEP a su profiter des contraintes réglementaires pour introduire une filière de traitement intégrale permettant de rejeter une eau d’excellente qualité et contenir la faune et la flore de la rivière Avance. 

Dans un contexte d’adaptation au changement climatique, cette option qui n’était pas volontairement anticipée par le syndicat permettrait selon lui de répondre aux problématiques d’étiage auxquelles les rivières du Lot et Garonne seront confrontées si les seuls débits des rivières provenaient à terme des rejets de STEP. «Il y a un an et demi, le syndicat a inauguré la station d’épuration de Clarens située sur la commune de Casteljaloux, à la Porte des Landes en Gascogne. La station traite les eaux usées provenant d’une base de loisirs jouxtant le Lac Joli et les rejets du village Pierre & vacances équivalent à 2500 habitants», introduit Gérard Penidon, directeur général des services d’Eau 47 lors de la visite du site organisée par Cycl’eau en amont du salon Bordeaux Nouvelle Aquitaine.

«La base de loisir était assainie par une station d’épuration créée à la fin des années 1990 qui était équipée d’un digesteur et d’un filtre à sable. Parallèlement, le projet Pierre et vacances qui se situe en pleine forêt de pins n’était raccordé à aucun réseau d’eau potable et d’assainissement». En 2016, les communes des Coteaux et Landes de Gascogne ont transféré leurs compétences eau potable et assainissement au syndicat Eau47 et ont confirmé le choix d’exploiter ces services en régie directe. «On a monté un dossier loi sur l’eau pour l’autorisation de rejet de cette nouvelle station et on a constaté que l’exigence réglementaire classique, avait finalement peu d’ambition», poursuit Gérard Penidon, dont l’expérience acquise en Satese permettait d’envisager de nouveaux standards pour la construction de la STEP.

«Comme on est chez nous un peu «écolo», plutôt pécheur, et que la contribution des rejets est essentielle à la préservation de l’état de l’Avance, qui est une des dernières rivières de première catégorie du Lot et Garonne, on a décidé de ne pas se contenter du niveau de rejet réglementaire en s’équipant d’une station d’épuration de type boue activée classique et d’aller plus loin, c’est à dire d’installer une filière membranaire en niveau tertiaire de traitement pour arrêter les matières en suspension rejetées dans la rivière». L’usine de Clarens, dont le contrat est évalué à 3,7 millions d’euros, permet de porter la capacité de la station à 4500 EH pour atteindre 500 m3 /jour et est équipée d’une filière de traitement constituée d’un bassin tampon en tête de station et d’un bassin d’aération avec clarificateur. Le génie civil a été confié à Sogéa Environnement et la technologie membranaire sélectionnée par Eau 47 est conçue par Saur. 

«Avec des pré-filtres et des membranes Polymem, couplée à des lits à macrophytes pour traiter les boues, on est sur une eau de très bonne qualité, quasi potable qui pour le moment n’est pas réutilisée mais qui permet d’obtenir une eau sûre pouvant répondre à la demande en eau et en fertilisants de la filière agricole et pourrait soutenir à terme les rivières à sec en période d’étiage». L’ouvrage est également plus autonome en énergie grâce aux panneaux solaires et s’intègre dans le paysage par l’utilisation de matériaux bois ou composite. 

DES PAS DE PLUS VERS L’AUTONOMIE EN ÉNERGIE

 De nombreux acteurs, à l’image d’Apex Energies, Global Electrics, Okwind accompagnent désormais les syndicats et collectivités dans les études pour déployer des solutions basées sur les énergies renouvelables et répondre aux besoins des stations d’épuration dont les process de traitement sont énergivores Ainsi, la communauté d’agglomération du Grand Narbonne a équipé deux stations d’épuration, Armissan-Vinassan et Marcorignan-Névian, de trois centrales solaires. Ce chantier d’un montant global de 291317 € s’inscrit dans le cadre du Plan Climat Air Energie Territorial co-porté avec le Parc naturel régional de la Narbonnaise en Méditerranée. Il fait également partie du programme de l’Approche territoriale intégrée (ATI) Coeur du Languedoc et bénéficiera de fonds FEDER à hauteur de 135995 €. D’une capacité de 6500 équivalents habitants, la station d’épuration intercommunale de Marcorignan-Névian, qui consomme 326 MWh par an (soit la consommation moyenne annuelle de 144 personnes) a été équipée de deux centrales solaires, d’une puissance totale de 94 kWc. 160 panneaux photovoltaïques ont été installés au sol par Apex Energies et 126 sur la toiture du bâti. 

Grâce à la production de la centrale solaire, près de 30% des besoins en énergie nécessaire au fonctionnement de l’équipement (soit 97 MWh/ an) sont couverts. Cette autoconsommation permettra d’économiser plus de 20000 € par an. Connectées à une station d’épuration, les solutions d’autoconsommation et de management de l’énergie permettent non seulement de réduire de 10 à 20% ses consommations d’énergie mais aussi de se prémunir d’un coût planifié et stable sur 30 ans, martèle Okwind. Artisan d’une énergie verte produite localement, Okwind a développé une solution qui s’appuie sur des trackers solaires bi-faces et bi-axes qui, en suivant la courbe du soleil génèrent une énergie stable et linéaire toute la journée, et optimisent la consommation du site grâce aux programmes d’intelligence artificielle développé par Purecontrol. Elle est notamment déployée sur la station d’épuration de Laillé (Rennes Métropole) qui produit un gain en énergie de près de 40%. Actuellement dans une phase d’hyper croissance, la société rennaise renforce son maillage territorial avec l’ouverture de 3 nouvelles agences soit au total 8 en France. De plus, la société entend renforcer ses partenariats avec des acteurs spécialisés dans le montage et l’installation de trackers. Dans le prolongement des stratégies d’autoconsommation, de plus en plus de métropoles décident d’annexer à leur STEP une unité de biométhanisation pour produire du biogaz. C’est le cas d’Eau de Nîmes Métropole qui a confié à Veolia, concessionnaire depuis 2020 du service public d’assainissement collectif, le chantier de la nouvelle usine de méthanisation de Nîmes Métropole inauguré fin 2022. 

La production annuelle devrait atteindre en vitesse de croisière un volume de biométhane de 770000 Nm3 , soit une quantité d’énergie de 8700000 kWh équivalant à la consommation annuelle de 24 bus. C’est également dans ce cadre que la Communauté d’Agglomération de Pau Béarn Pyrénées (CAPBP, 31 communes, 160.000 habitants) a décidé de transformer son usine de traitement des eaux usées exploitée par Suez en une véritable usine ressource. Au centre du procédé, un atelier Dehydris Ultra qui associe carbonisation hydrothermale HTC et Presse à Piston Bucher. En réduisant grandement les évacuations de boues, il concentre le carbone et produit par déshydratation mécanique un hydrochar hygiénisé à 65% de siccité avec un fort potentiel agronomique ou calorifique. A terme, elle créera 10 énergies et ressources à partir des eaux usées. Une unité de méthanisation couplée à une étape de méthanation valorisera en biométhane (CH4) les boues issues de la STEP. Depuis la première vague de Covid, Eric Batise, président de Serip France constate une autre évolution, plutôt centrée sur les petites STEP. «Un certain nombre d’extensions de stations d’épuration intègrent maintenant des trémies de réception de boues extérieures qui viennent de stations périphériques plus petites ou sous-équipées pour entrer dans les process de méthanisation. C’est le cas de la Step Aquantis notamment dont la trémie de 50 m3 équipée d’un cadre coulissant et d’un système d’extraction et de transfert des boues vers le méthaniseur est fournie par Serip-France». Comme autre source de valorisation de l’énergie, pour équiper l’usine de dépollution des eaux usées d’une unité de valorisation de l’azote, Suez a sélectionné Europe Environnement, la filiale française de John Cockerill Environment. La technologie d’extraction de l’azote privilégiée consiste en un traitement par stripping. Grâce à la chaleur verte récupérée sur le site, le produit obtenu, une solution de sels d’ammonium sera valorisable localement en engrais agricole liquide. Avec 320 m³ de sulfate d’ammonium produits annuellement, ce sont donc 570 ha de cultures de maïs qui pourront être fertilisées chaque année.