Boues d'épuration

Lesboues d'épuration(urbaines ou industrielles) sont le principaldéchetproduit par unestation d'épurationà partir des effluents liquides. Cessédimentsrésiduaires sont surtout constitués de matière organique (bactériesmortes) de matière organique animale, végétale et minérale humide. Une installation moyenne de gestion des eaux usées produit environ 40gde matière sèche par jour et par habitant.
D'une manière générales leseaux uséesentrant dans une station d'épuration prennent le nom de « boue ». Les boues passent par différents stades et prennent différents noms (boues primaires, boues secondaires,etc.).
L'expression plus largement peut désigner toutes boues provenant d'un système d'épuration industriel incluant lesrésidus d'épuration des fumées, du traitement des eaux acides,etc.
Parmi les boues faisant l'objet d'une gestion, dans l'Union européenne, depuis1986on distingue explicitement:
La notion de « boues traitées » désignant des boues traitées« par voie biologique, chimique ou thermique, par stockage à long terme ou par tout autre procédé approprié de manière à réduire, de façon significative, leur pouvoir fermentescible et les inconvénients sanitaires de leur utilisation ».
On distingue différents types de boues selon les moyens pratiqués pour les séparer de l'eau du milieu boueux.
On distingue aussi :
Aux États-Unis et au Canada quand les boues sont traitées et respectent la réglementation pour leur utilisation sur les sols agricoles elles sont souvent désignées par le terme « biosolid(e)s ».
Une boue est aussi représentée par plusieurs données numériques qui permettent de la caractériser.
Selon les traitements d'épuration appliqués les boues ont des caractéristiques différentes :
Les boues subissent plusieurs traitements tels que :
Ces opérations impliquent des méthodes physiques (thermique) et/ou chimiques (ajout de réactifs minéraux, depolymèresde synthèse ou de poly-électrolytes), puis l'épaississement va réduire le volume des boues par tassement naturel ou mécanique (séchage, drainage, etc.).
Les boues peuvent contenir des métaux et traces de produits toxiques, mais contiennent du carbone organique et ont des vertusfertilisantes(en France elles sont à plus de 70% valorisées sur les sols agricoles). Elles peuvent aussi être méthanisées pour produire dubiogaz(valorisé en électricité ou chaleur ; ledigestatétant souvent ensuite utilisé comme fertilisant, car encore riche en azote et en phosphore). Les boues peuvent aussi être incinérées, seules ou avec des ordures ménagères.
Aux États-Unis, l'épandage de boues liquides a été pratiqué durant plus de 30 ans en forêt, mais a été suspecté d'être à l'origine de certaines pollutions ouzoonoses, voire d'avoir été à l'origine de la maladie àprion(CWD,chronic wasting disease) qui touche un nombre croissant decervidésdans une dizaine d'États, s'étendant au Canada et depuis peu au nord de l'Europe.
En Europe, l'épandage sur champs domine, mais depuis lesannées 1970, de nombreuses expérimentations ont eu lieu en forêt, sous le couvert ou avantrégénération artificielle.
En France, en2014, une enquêteIrstea-Onemasur les impacts environnementaux des filières de traitement et de valorisation/élimination des boues d’épuration issues du traitement des eaux usées (STEU) a évalué la production de 3 153 filières de traitement de ces boues opérant de manières très variées dans 71 départements français (« 104 filières de traitement des boues différentes ont été identifiées pour un total de 244 filières boues « complètes » (traitement + élimination/valorisation) différentes »). Cette étude a estimé que pour 3 678 STEU étudiées représentant« 53% des STEU, 92% de la population en EH et 87% des boues évacuées référencés dans la base de données sur les eaux résiduaires urbaines du Ministère de l’Ecologie, du Développement Durable et de l'Energie (MEDDE) », correspondant à environ 59 154 430 équivalent-habitants (EH) ont produit et évacué 590 604 tonnes (matière sèche) de boues évacuées.La plupart des boues étaient autrefois épandues sur champs, sauf en période de gel.
En2001, selon l'IFEN, 50 % des boues d'épuration en France avaient des usages agricoles (auxquelles s'ajoutent 6 % de valorisation agricole sous forme de compost, 24 % finissant en décharges contrôlées et 17 % incinérées. Au total, ces boues ne comptaient que pour 1 à 2 % des épandages agricoles, 98 % des épandages étant desfumiersetlisiersissus d'élevages nationaux (et parfois dans le nord de la France venant d'élevages belges n'ayant plus assez de place ou d'autorisation d'épandage en Belgique).
En2002, la mise en décharge de boues est interdite, sauf s'il s'agit dedéchets ultimes(les cendres d'incinération de boues y sont aussi acceptées). Dans les années 2000-2009, 20 % des boues produites (classées déchets) étaient envoyées encentre d'enfouissement technique(CET) de classe II, à condition de contenir au moins 30 % de matière sèche.
En2019, 30%des boues de STEP (soit 3Mt) retournent au sol après co-compostageavec desbiodéchets/déchets verts, ce qui est peu comparativement aux effluents d'élevages (plus de 200Mt/andont 95% épandus sur sols agricoles). 40 autres pour cent des boues de STEP sont épandues directement (4Mt) alors que 28% sont incinérées et 2% sont stockées (c'est-à-dire enfouies). Environ 1%de lasurface agricole utile(SAU) est chaque année amendée par des boues ou compost de boues/déchets verts.
En1986une directivea fixé de premières règles européennes de gestion des boues, mais avant qu'on ne connaisse bien les impacts écologiques des boues.
Depuis cette époque, la science a progressé, et la composition de boues a changé (par exemple elles contiennent moins de mercure ou de plomb, mais beaucoup de nouveaux micropolluants,biocides, adjuvants, micro- et nanoplastiques (MNP), médicaments etrésidus médicamenteuxet leurs métabolites(dontnonylphénols,platinoïdes),radionucléides, microbes antibiorésistants…).
En1997, la France a créé une«cellule de veille sanitaire vétérinaire»sur les épandages de boues d'épuration, cofinancée et animée par l'ADEMEavec l'École nationale vétérinaire de Lyon. De 1997 à 2009, elle a reçu 51 appels, dont 18 concernant une suspicion de cas d'épandages de boues ayant causé des pathologies animales ; aucun de ces liens n'a pu être démontré. Le manque de traçabilité des filières notamment pour le compost pose aussi problème ; l'engagement n°260 duGrenelle de l'environnementdemande de« négocier un cadre de cohérence à l'échelle nationale et des engagements contractuels locaux entre État, collectivités, professionnels agricoles et producteurs agro-alimentaires pour assurer la qualité sanitaire et environnementale des composts et assurer des débouchés et une traçabilité des produits ». L'Ademe estime que le risque de dépassement de seuils est rare à 10 ans pour lesmétaux lourdsmais qu'il existe à 100 ans car ils s'accumulent dans le sol.
En2008, année de publication d'une directive déchetsconcernant notamment les boues, la DG Environnement a missionné trois bureaux d'étudespour faire le point sur les impacts environnementaux et socioéconomiques de l'épandage de boues. Un premier rapport a synthétisé les connaissances disponibles. Un autre a évalué un scénario de base, et les opportunités («opportunities»). Ces travaux ont été envoyés aux parties prenantes le mi-2009 ; il était question de préparer une Directiveboues, une directives biodéchets et unedirective sols(finalement bloquée par plusieurs pays). Ce bilan a montré que :
Les principaux risques sont induits par :
Lacommission européenneen 2003 avait un objectif de 75 % des boues épandues.
Les statistiques d'Eurostat(2019b) aggrègent celles des Etats de l'UE sur la production et l'élimination des boues d'épuration depuis2009et la Commission européenne évalue périodiquement l'application par chaque Etat-membre des directives de 1986, 1991, 1994… sur les boues d'épuration. Les statistiques remontantes proviennent de questionnaires, de même que les données servant à l'évaluation par la Commission européenne. Des rapports de la Commission européenne (ex : 2015, 2018 pour la période 2010-2015) synthétisent périodiquement les réponses envoyées par les Etats européens. Selon ces données, de 8 à 10 × 10tonnes de boues d'épuration sèches (Tds) ont été annuellement produites par des stations d'épuration dans l'UE de 2009 à 2018.
La réglementation française impose que certaines statistiques soient faites et suivies.
Au début des années 2000, le pays comptait environ 10 000 stations d'épuration dont plus des 3/4 traitaient une quantité d'eaux usées correspondant à moins de 2 000 EH. Chaque Français produirait 15 à 20 kg/an de boue (en matière sèche). Les boues urbaines représentaient environ 963 000t/ande matières sèches (MS) pour la métropole en 2001, puis 1 100 000t/anen 2004 (IFEN), mais M. Adler cite 807 000tde MS/an en 2004. Le statut dedéchets(et non de matériau ou matière première) des boues de station d'épuration implique une responsabilité du producteur et permet un contrôle par l'État de la qualité de ces boues et des épandages.
Il faut y ajouter 950 000t/ande « boues issues d'effluents industriels » venant principalement:
Lecompostagedes boues en France semble avoir fortement augmenté entre 2000 et 2010.
En 2000, seules 3 % des boues épandues l'étaient sous forme de compost (INRA), alors que l'IFEN estimait ce pourcentage à 5 % en 2001 puis à 16 % en 2004. Il était de 28 % en 2008 (selon la DEB). En 2004, 46 % des boues urbaines étaient épandues (sur environ 3 % de la SAU française) et 16 % l'étaient après compostage. L'incinération comptait pour 16 % et la mise en décharge pour 21 %, mais la loiGrenelle 1vise à diminuer la mise en décharge et l'incinération des déchets (-15 % d'ici à 2012, selon la loiGrenelle Iqui prévoit «Un cadre renforcé pour la gestion de proximité de déchets spécifiques : mâchefers, boues de stations d'épuration et de co-incinération, bois traités, sédiments de dragage et curage»). De plus, la future réglementation européenne sur le recyclage duphosphoredevrait imposer la mono-incinération des boues (leur incinération avec d'autres matériaux sera interdite).
Pour diminuer ou sécuriser ou mieux valoriser la production de boues, diverses alternatives sont testées ou autorisées
Une autre piste de valorisation est de considérer la boue comme un minerai pour en extraire des métaux précieux, car on y trouve notamment de l'or, de l'argent et d'autres métaux commercialement intéressants. Une récente étude de chercheurs de l'Arizona State University (ASU) quantifié les métaux des boues d'épuration de grandes villes américaines y a trouvé des éléments rares (Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), mais avec un facteur d'enrichissement qui n'est que de 1 (ce qui laisse penser que ces éléments proviennent simplement du sol). Les chercheurs ont aussi trouvé des quantités significatives d'autres éléments, dont des métaux précieux (équivalent à une valeur de 13 millions de dollars par an pour une ville d'un million de personnes, dont 2,6 millions de dollars en or et d'argent. Le platine et les métaux dugroupe du platinesont ceux pour lesquels le facteur d'enrichissement est le plus élevé, ce qui signe une source anthropique (ils peuvent notamment provenir despots catalytiqueset deschimiothérapies). Beaucoup de particules colloïdales d'oxydes métalliques y sont trouvés (particules <100-500 nm de diamètre). Et selon une modélisation incluant des indices de faisabilité et rentabilité technicoéconomiques, les éléments financièrement les plus intéressants à récupérer sont Ag, Cu, Au, P, Fe, Pd, Mn, Zn, Ir, Al, Cd, Ti, Ga et Cr (valeur combinée totale : 280 dollars par tonne de boue, soit 8 millions de dollars pour une ville d'un million de personnes). Plusieurs millions de tonnes de boues sèches sont produites annuellement en Amérique du Nord. Une tonne de boues contenaient 16,7 grammes d'argent et environ 1/3 de gramme d'or, mais ces métaux précieux y sont cependant présents sous forme dissoute ou en particules microscopiques à ce jour très coûteusement récupérables. Polluer l'environnement avec ces métaux a aussi un coût. Une ville japonaise (Suwa dans la préfecture de Nagano) abritant de nombreuses entreprises produisant des équipements de précision a tenté d'extraire cet or ; elle aurait recueilli presque de 2 kg d'or par tonne de cendre de boues incinérées (avec une teneur en or plus élevée que dans le minerai produit par de nombreuses mines du monde. D'autres voies de valorisation sont à l'étude. Une usine suédoise évalue la faisabilité d'utiliser les boues pour produire des bioplastiques et un modèle d'incinérateur produisant de l'eau potable et de l'électricité a été promu par la Fondation Bill & Melinda Gates qui a cofinancé le projet.
Lephosphore, ressource non renouvelable et présent en grande quantité dans les boues d'épuration, pourrait cependant devenir aussi précieux que l'or et l'argent ! Différents scientifiques et les associations de producteurs estiment la durée de vie des réserves de roches phosphatées de 50 à 270 ans. Mais dès aujourd'hui, l'enjeu de recyclage du phosphore dans les boues d'épuration est important pour plusieurs raisons: diminution de la quantité de phosphore dans l'eau rejetée en sortie des stations d'épuration et les risques de pollution associés, réduction des coûts liés à l'épandage des boues, création de valeur grâce à la production d'engrais et surtout, autonomie vis-à-vis de la ressource en phosphore permettant de réduire la dépendance vis-à-vis des pays qui en détiennent les gisements… Les recherches s'intensifient pour valoriser les fractions de phosphore présentes dans les boues de station d'épuration (mais aussi dans les effluents d'élevage). À l'issue de plusieurs projetspilotés par Irstea de 2013 à 2018, de nouveaux procédés d'extraction voient le jour permettant de recycler jusqu'à 75 % du phosphore des boues, contre 20% à l'origine.« Le principe consiste à dissoudre et dissocier le phosphore de la matière organique grâce à un acide, le cristalliser puis le filtrer pour le récupérer sous forme minérale, directement utilisable comme engrais ». Les chercheurs privilégient une acidification biologique, via les bactéries, moins coûteuse que les procédés issus de la chimie.
Statut: selon les époques ou les pays, ou le type de boues, les boues de station d'épuration sont juridiquement considérées comme des déchets ou comme "des matières premières secondaires".
Dans tous les cas elles font l'objet d'une législation spécifique qui encadre leur devenir : mise en décharge, incinération, épandage sur des sols agricoles comme matière fertilisante (lorsque les boues constituent des amendements organiques, et à certaines conditions).
En Europe:
En France:
En France, les boues urbaines sont classifiées sous le code déchet 19 08 05, alors que les boue industrielles sont classifiées sous le code déchets 19 08 12 (pour les boues issues d'un traitement biologique) ou sous le code 19 08 14 (pour les boues issues d'un traitement non biologique). Elles relèvent notamment aussi desSATEGEet peu à peu desPRPGDet desSRBen émergence.
En France comme ailleurs, la profession agricole est souvent réticente à l'épandage de certaines boues susceptibles de contenir des polluants métalliques et/ou organiques non biodégradables, desperturbateurs endocriniens, des microbes résistants aux antibiotiques, etc.
Laloi sur l'eau et les milieux aquatiques du 30 décembre 2006a donc créé un « fonds de garantie boues » permettant aux agriculteurs et propriétaires fonciers d'être indemnisés en cas de dommages agroécologiques imprévus causé par un épandage (si ces dommages ne sont pas pris en charge au titre descontrats d'assurancederesponsabilité civiledu producteur des boues épandues). Une taxe alimente ce fonds. Elle est payée par les collectivités productrices de boues urbaines ou par les entreprises délégataires – et les exploitants du secteur de l'industrie alimentaire ou du papier faisant construire des stations d'épurations (qui produiront des boues industrielles).
En2012(mars) leConseil d'Étata été saisi d'unequestion prioritaire de constitutionnalitépar des acteurs de l'industrie papetièresur l'article L. 425-1 du Code des assurances relatif au fonds de garantie des risques liés à l'épandage agricole des boues d'épuration urbaines ou industrielles. Le 8 juin (2012) leConseil constitutionnela jugé l'article conforme, mais avec une réserve d'interprétation concernant l'assiette de la taxe sur les boues d'épuration (taxe qui alimente ce fonds de garantie mais vise aussi à développer la valorisation agricole comme débouché aux boues).
En2009, un décret du 18 maifixe le taux d'imposition sur la base de la quantité de matière sèche des boues produites annuellement (qui n'est pas nécessairement la quantité de boues épandues), système contesté par certains papetiers étant dans l'incapacité juridique et/ou technique d'éliminer par voie d'épandage la totalité de leurs boues. Le Conseil d'État a retenu« le grief de l'inadéquation de la taxe à son objet pour émettre une réserve d'interprétation ».
En2015(juillet), un rapport duCGEDDtitré «Les épandages sur terres agricoles des matières fertilisantes d'origine résiduaire» préconisait d'élargir ce fonds de garantie à d'autres matières résiduaires épandables pour sécuriser les agriculteurs.
En2016, un rapport parlementaired'information, deRémy Pointereau(sénateur du Cher) invite à« mieux utiliser les moyens du fonds de garantie boues ». Le rapporteur note que l'une des 90 mesures desimplification administrativeretenues pour les entreprises est de supprimer cette taxe (dont le coût de recouvrement par les services du Trésor public est élevé) mais il estime que« cette suppression n'est pas recevable par la profession agricole qui considère que cette taxe, pour les territoires où les boues sont épandues en agriculture, est une garantie nécessaire à la pérennité de cette pratique, dont les coûts de mise en œuvre sont sans commune mesure avec les autres filières d'élimination des boues ». Le rapport pointe - en cas de suppression de la taxe - un risque d'augmentation du prix de traitement de l'eau et donc des factures, et une remise en cause desplans d'épandage. Ceci priverait certains industriels et les collectivités d'une partie des voies de recyclage final des boues d'épuration.
Les fascicules de documentation (FD) disponibles sont :