Publié le 28/04/2021
À Sausheim, dans le Haut-Rhin, la station d’épuration des eaux usées de l’agglomération mulhousienne, l’usine de valorisation énergétique des déchets (ou usine d’incinération) et un méthaniseur œuvrent de concert pour nettoyer les eaux usées, traiter les déchets urbains, produire de l’énergie et, une première en France, de la struvite, un minéral phosphaté valorisable en engrais agricole.
Les gisements phosphatés ne constituent pas une ressource renouvelable. La demande en engrais phosphatés ne faiblissant pas, le phosphore est amené à devenir une denrée rare, donc un enjeu majeur pour la production agricole, notamment européenne, qui est dépendante du reste du monde pour son approvisionnement en phosphate. « Le phosphore a été déclaré matière première critique par l’Europe, et la filière eau a été questionnée sur sa capacité à produire du phosphore renouvelable », indique Christelle Metral, chef de marché Transition énergétique et économie circulaire chez Suez, également spécialiste de la production d’engrais biosourcés. En effet, les boues issues des stations d’épuration contiennent du phosphore, notamment parce que l’urine et les matières fécales en contiennent. De là à valoriser le phosphore contenu dans les boues, il n’y a qu’un pas qui a déjà été franchi dans plusieurs installations au Danemark, et qui vient d’être franchi en France, sur le site de Sausheim. Un site multifacette Cette Station d’épuration des eaux usées (Step) -18e de France par sa taille - traite non seulement les rejets de 490 000 habitants, mais aussi de nombreuses industries et d’un hôpital. Au départ, les boues étaient directement incinérées dans l’usine de valorisation énergétique (UVE) adjacente, au même titre que les ordures ménagères, les résidus infectieux… L’incinération produit de l’énergie, en grande partie autoconsommée par la Step. Depuis le 1er décembre 2020, les boues issues de la station d’épuration sont d’abord méthanisées avant d’être déshydratées et incinérées, les méthaniseurs étant chauffés par de l’eau chaude produite par l’usine d’incinération. Objectif de cette synergie entre sites : produire du biométhane injecté dans le réseau, réduire le volume des boues et, cerise sur le gâteau, produire un engrais phosphaté. Avec un paramètre essentiel à prendre en compte : « L’usine d’incinération est paramétrée pour fonctionner avec des boues, celles qui sortent du méthaniseur doivent donc rester en quantité et en qualité adéquates », pose Jérôme Fritz, ingénieur au Syndicat intercommunal à vocation multiple (Sivom) de la région mulhousienne. N’aurait-il pas été plus simple d’épandre directement les boues ou les digestats ? Non, car même si la méthanisation fait passer le volume des boues de 37 000 à 22 000 t/an, les sols agricoles n’y suffiraient pas. Le Sivom de la région mulhousienne a donc lancé un appel d’offres, remporté par Suez, avec un projet chiffré à 14 millions d’euros. Les plus grands digesteurs métalliques de France Plusieurs éléments ont joué en faveur de Suez. Notamment la technologie Digelis Simplex, qui consiste à créer des digesteurs composés d’acier à l’extérieur et d’inox à l’intérieur, plus étanches, plus fiables, plus rapides à construire, et surtout avec une sécurité industrielle accrue par rapport à ceux en béton. Les deux digesteurs d’une capacité de 5 150 m3 chacun fonctionnent en digestion mésophile, à 37 °C. « Les bactéries digèrent la matière organique des boues, réduisant leur volume de 20 à 30 %, en dégageant du biogaz, stocké dans un gazomètre de 2 500 m3 », décrit Jérôme Fritz. Chaque digesteur, entièrement calorifugé, est adossé à plusieurs unités de stockage, correspondant à un volume total de 1 000 m3, accueillant les boues fraîches et les boues digérées. « Les boues fraîches arrivent par le haut du méthaniseur, où elles restent 20 jours, durant lesquels le contenu du méthaniseur est continuellement homogénéisé par un brasseur mécanique à pales », décrit Frédéric Dupont, responsable commercial pour le Grand Est et la Franche-Comté chez Suez. Pour maintenir l’ensemble à 37 °C, les boues fraîches passent par un serpentin alimenté avec de l’eau chauffée à l’usine d’incinération. Au fur et à mesure de l’avancée dans le serpentin, l’eau et les boues échangent des calories, pour qu’au final, les boues entrent réchauffées dans le méthaniseur, et l’eau repart froide vers l’usine d’incinération. Du biométhane pour les bus de l’agglomération Des digesteurs sortent donc des boues digérées et du biogaz. Ce dernier est principalement composé de CH4, C02, H2S et d’eau. Pour devenir du biométhane, ce gaz est d’abord « compressé, pour évacuer l’humidité par condensation, puis débarrassé de l’H2S par un traitement au charbon actif. Enfin le CH4 et le CO2 sont séparés par un traitement membranaire », décrit Jérôme Fritz. À ce stade, le CO2 rejoint l’atmosphère et le biométhane est testé afin de vérifier sa pureté, qui doit avoisiner les 99,7 %, avant son odorisation et son injection dans le réseau. « Si la qualité du biométhane n’est pas correcte, il est renvoyé vers le gazomètre et il subit une seconde fois l’ensemble des traitements. Et s’il devait ne pas pouvoir être injecté, il serait brûlé par une torchère », complète Jérôme Fritz. Le biométhane est racheté par Engie, dans le cadre d’un contrat d’achat signé pour une durée de 15 ans. Ce contrat inclut des certificats de garantie d’origine, qui permet de valoriser du biométhane localement, en l’occurrence en alimentant la flotte de bus de Mulhouse Alsace agglomération (M2A) en biométhane. Les boues digérées sont déshydratées par centrifugation à 3 000 tours/min, ce qui permet d’obtenir une phase solide, brûlée dans l’usine d’incinération, et un centrât liquide, destiné à rejoindre la Step. Un engrais phosphaté local et sans métaux lourds Si Suez a remporté l’appel d’offres, c’est aussi parce que l’entreprise proposait d’installer un process industriel innovant, permettant de piéger l’azote et le phosphore contenus dans le centrât. En effet, s’il est trop chargé en phosphore, il ne peut pas retourner à la Step. D’où l’idée de piéger ce phosphore, pour en faire un engrais phosphaté. C’est ce que rend possible le procédé Phosphogreen, composé d’un réacteur qui permet de faire cristalliser et précipiter le phosphore avec du chlorure de magnésium en milieu basique. À la sortie du réacteur, la struvite est séchée sur une grille, d’où s’écoule l’eau débarrassée de son phosphore. La production de struvite est estimée à 90 t/an. « En l’absence de ce procédé, on devrait piéger le phosphore avec du chlorure ferrique. Le procédé nous permet donc de réaliser des économies, et d’obtenir un produit de super qualité », se félicite Jérôme Fritz. En effet, la struvite se présente sous forme de granulés de 1 à 3 mm facilement manipulables. Elle est composée de 12 % de phosphore à dissolution lente, de 6 % d’azote et de 10 % de magnésium. En outre, elle est exempte de métaux lourds, contrairement aux engrais phosphatés issus des minerais. Un flou réglementaire à lever La struvite de Sausheim est donc un engrais vertueux à plus d’un titre. Problème : son statut réglementaire n’est pas encore fixé en France, ce qui empêche sa commercialisation. « Au Danemark, elle est considérée comme un produit, donc commercialisable », indique Christelle Metral. L’harmonisation de la réglementation européenne sur les matières fertilisantes devrait lui donner un statut de produit ou de déchet. Selon la catégorie dans laquelle elle se situera, elle pourrait alors être intégrée dans des formules d’engrais composés, être commercialisée pure ou encore enrichir des composts. En attendant, l’or de Sausheim s’accumule. Une autre installation est en travaux en région parisienne. Et d’autres suivront car, chez Suez, on est convaincu que ce modèle d’économie circulaire doit s’intégrer aux prochaines constructions et rénovations de sites qui s’y prêtent.
