Méthanisation des boues et des eaux usées issues de stations d'épuration (STEP)

Les stations d'épuration urbaines (STEU), au-delà de leur fonction de préservation des milieux aquatiques, offrent bien d'autres opportunités aux territoires. Acceptées par les populations locales, patrimoine d'infrastructure des collectivités, proche du réseau de gaz, les STEU sont un outil territorial au cœur des enjeux de développement durable. Par la digestion des boues issues du traitement des eaux usées, les collectivités disposent ainsi d'une source de production de gaz vert précieuse pour répondre aux enjeux économiques et environnementaux de son territoire.

La méthanisation à partir des eaux usées

La station d'épuration urbaine ne cesse d'évoluer vers une logique de production d'énergie renouvelable et de ressources valorisables. Grâce à la méthanisation et à la production de biométhane, la station d'épuration s'inscrit comme une solution durable. Les externalités positives qui en découlent sont nombreuses : réduction des émissions de GES, création d’emplois non délocalisables et source de développement économique local. Le biométhane produit par les stations d'épuration urbaines participe pleinement à l'émergence d'une économie circulaire territoriale où nos eaux usées deviennent des ressources agronomiques et énergétiques.

Le processus de traitement des eaux usées

Chaque agglomération d'assainissement dispose d'une ou plusieurs stations d'épuration urbaine pour traiter les eaux usées produites par nos activités quotidiennes. Le processus d'élimination des pollutions selon la taille de l'installation et ses contraintes de performance peut ainsi générer 3 types de gisements méthanisables : les graisses, les boues primaires et les boues biologiques.

Ces gisements sont méthanisés pour produire du biométhane et réduire la quantité de flux de déchets à éliminer.

Les intrants

A chaque étape de traitement ci-dessus une partie de la pollution des eaux usées est ainsi captée :

• Graisses,
• Boues « primaires » issues d'une étape de décantation de la pollution particulaire des eaux usées, lorsqu'elle existe
• Boues biologiques.

Les boues issues des différentes étapes de dépollution des eaux usées constituent autant de sources de production de biométhane produit par leur méthanisation. Outre la production de biométhane, la méthanisation permet également de réduire les volumes de boues de l'ordre de 20 à 50% limitant de fait les coûts de leurs gestion. La réduction des coûts d'exploitation vient se compléter avec les recettes perçues par la vente du biométhane au titre d'un mécanisme de soutien dédié au profit de la collectivité, de sa politique Eau et Assainissement et de gestion de ses déchets.

Pour en savoir plus sur les tarifs d'achat

Le potentiel méthanogène

Le potentiel méthanogène d'une boue d'épuration est sa capacité à produire du biométhane du fait de ses caractéristiques biodégradables et donc de sa teneur en matière organique. En moyenne, le potentiel méthanogène d'une boue « biologique « est de l'ordre de 150 à 200 Nm3CH4/tonne de matières sèches. L'ajout de boues primaires et/ou de graisses d'épuration permet une augmentation de ce potentiel méthanogène de l'ordre de 30 % à 40 %.

Les avantages de la méthanisation à partir des stations d'épuration urbaines

Vecteur économique, écologique, énergétique et agronomique, la méthanisation des boues de stations d'épuration urbaines permet plusieurs avantages :

Les avantages économiques

Les atouts pour la gestion des boues d'épuration urbaines

• Réduire de 20 à 50 % le volume de boues, ce qui permet :
  • la réduction et la maîtrise des coûts d'exploitation,
  • la réduction des nuisances environnementales liées au transport et au traitement de ces boues,
• Stabiliser et hygiéniser les boues,
• Améliorer la valeur agronomique des sols notamment en azote et en phosphore.

L'aspect financier 

Les recettes de la vente de biométhane pour une station d'épuration urbaine de capacité nominale de 100 000 EH (Equivalent Habitants) sur 15 ans peuvent aller jusqu'à 19 millions d'euros, dans le cadre du mécanisme de soutien tarifaire actuel.

Les avantages environnementaux et sociétaux

Les atouts pour la transition énergétique 

• Produire des énergies renouvelables en substitution des énergies fossiles, ce qui permet d'atteindre les objectifs et besoin du territoire via :
  • la gestion des déchets,
  • la production d'EnR,
  • la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
• Diversifier les sources d'approvisionnement,
• Réduire les émissions de GES à hauteur de 80 à 90%. Le biométhane utilisé comme carburant permet de réduire de plus de 98 % les particules à l'atmosphère par rapport à un carburant diesel, de réduire les NOX de 80%,
• Produire et utiliser de l'énergie locale

Les avantages territoriaux

Le développement d'une économie circulaire

• Favoriser l'indépendance énergétique et agronomique de son territoire,
• Créer des emplois locaux non-délocalisables pour la construction, la maintenance et l'exploitation,
• Développer la mobilité Verte (via l'utilisation du BioGNV) et donc, répondre aux enjeux de qualité de l'air,
• Produire et utiliser de l'énergie locale. Une station d'épuration urbaine de 100 000 EH produit autour de 3 à 6 GWh/an de biométhane, soit l'alimentation d'environ 1500 nouveaux foyers ou 20 BUS et une économie de près de 1100 T CO2/an,
• Réduire le volume de boues et déchets et donc les flux de transports associés, et les valoriser en énergie renouvelable et en fertilisants organiques tel un cycle vertueux.

La dynamique du marché des stations d'épurations urbaines

La réglementation

L'injection de biométhane dans les réseaux de gaz naturel est permise depuis le 23 novembre 2011 et elle est élargie au biométhane produit à partir des eaux usées depuis le 24 juin 2014. Cette réglementation a permis à plus d'une centaine de collectivités d'engager des études d'opportunités à la méthanisation de leurs boues d'épuration et à leur valorisation en biométhane injecté. Au 1er septembre 2023, 43 d'entre elles produisent effectivement du biométhane pour les besoins de leur territoire depuis leur station d'épuration et plus de soixantaine dix stations d'épuration sur l'ensemble du territoire français devraient injecter d'ici à 2026 pour une capacité de 1 TWh.

Les parties prenantes et le rôle de chacune

Les perspectives de développement

• 130 projets actifs au 1er septembre 2023,
• Aujourd'hui, 43 stations d'épuration urbaines injectent pour plus de 500 GWh/an.
• Un potentiel de 2 TWh de biométhane pouvant être produit à partir des boues d'épuration soit l'équivalent des besoins d'une ville de 500 000 nouveaux foyers ou d'une flotte de 7815 bus ou bennes à ordures ménagères roulant au bioGNV
• Pour en savoir plus sur les impacts de la méthanisation sur stations d'épuration , consultez la plaquette « Méthanisation des boues de stations d'épuration : Externalité et retour au sol »

La carte des sites et les retours d'expérience

La méthanisation sur STEU constitue un véritable projet de territoire qui doit fédérer les acteurs locaux de l'énergie, de l'eau et du déchet. Quelques exemples et données de stations d'épuration urbaine productrices de biométhane.

En savoir plus sur la STEU de Grenoble (Aquapole)

En savoir plus sur la STEU d'Annecy

Retrouver la carte des différents sites en injection ici

Avec désormais un parc significatif au 1^er septembre  2023 de 47stations d'épuration qui produisent du biométhane à partir de la méthanisation de leurs boues, un retour d'expérience des conditions de fonctionnement opérationnel de ces installations  vous permettra d'en savoir plus sur les atouts comme les faiblesses de ces unités sur le plan de l'optimisation des ressources, des gains de performances environnementales et économiques et d'innovation dans un contexte réglementaire toujours en mouvement.

Pour en prendre connaissance il faut encore attendre un peu ! ( disponible courant octobre)

Retrouver la carte des sites en injection sur Opendata

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