Le Bas-Rhin connaît une croissance régulière de la production de boues d'épuration urbaines, qui va se poursuivre encore plusieurs années. Des difficultés pour fiabiliser l'élimination des boues, tout en maîtrisant les dépenses correspondantes, sont régulièrement rencontrées. Ce fut particulièrement le cas entre 2002 et 2004. Le Conseil Général a donc lancé une recherche de nouvelles filières, en concertation avec tous les maîtres d'ouvrage de stations d'épuration et des bureaux d'études spécialisés. La démarche, innovante à cette échelle, a montré que la fiabilisation des débouchés passera nécessairement par des traitements de boues complémentaires, allant du compostage au séchage thermique, ou la minéralisation sur lits plantés de roseaux pour les plus petites installations. La maîtrise de ces techniques et de leurs coûts sera tout l'enjeu des prochaines années.
Le département du Bas-Rhin est globalement bien desservi en matière d’assainissement collectif : 90 % des communes sont raccordées à une station d’épuration. Outre la station de Strasbourg (1 000 000 EH), le parc se compose de 32 stations de 10 000 à 100 000 EH, 52 de 2 000 à 10 000 et 24 de moins de 2 000 EH. Le problème de l’élimination des boues n’est donc pas nouveau dans le département, mais l’amélioration du parc d’installations et de l’efficacité de l’épuration, parallèlement à l’évolution réglementaire des épandages de boues, a conduit, dans les années 2002 à 2004 à des difficultés d’élimination des boues. Le Syndicat des Eaux et de l’Assainissement du Bas-Rhin (SDEA), syndicat mixte exploitant 70 installations dans le département, était particulièrement confronté à ces difficultés, accentuées par l’application des programmes de mesures relevant de la Directive « Nitrates », qui réduisait considérablement les possibilités d’épandage. Aussi, une démarche de concertation avec les maîtres d’ouvrage a été lancée, sous l’égide du Conseil Général, afin d’établir un Schéma départemental d’élimination des boues, qui pourra être intégré dans le plan départemental d’élimination des déchets ménagers et assimilés. En effet, la révision de ce plan relève des compétences du Conseil Général depuis 2006.
Le constat : de plus en plus de boues et des filières d’élimination insuffisantes
La première étape de la démarche a été l’établissement d’un état des lieux par ce qui allait devenir « l’équipe projet » : le Conseil Général, le SDEA, la Chambre d’agriculture du Bas-Rhin et l’Agence de l’Eau Rhin-Meuse.
De plus en plus de boues
La production de boues en 2003 était de 16 000 t MS, hors CUS. La projection à l’horizon 2010 amène à 22 100 t MS produites, en tenant compte de l’amélioration de la collecte des eaux usées en temps sec et en temps de pluie, du développement des traitements physico-chimiques du phosphore, et du nombre croissant de raccordements.
Le cas de l’épandage agricole
Comme dans beaucoup de régions, l’épandage agricole était la filière majoritaire dans
Le département (hors CUS). Le contexte de l'agriculture locale et les évolutions, réglementaires notamment, ont cependant limité les possibilités d’épandage.
En premier lieu, les cultures spéciales excluent tout apport de boues, l'année de la culture ou sur toute la rotation agricole (cela peut représenter cinq fois la surface cultivée chaque année).
Deuxièmement, l’épandage des effluents d'élevage dans certains secteurs laisse peu de place aux épandages de boues d’épuration.
Enfin, l'application d’un plan d'action pour la protection des eaux souterraines contre la pollution par les nitrates d'origine agricole (« Directive Nitrates »), notamment depuis 2002, a quelque peu restreint les doses d’épandage mais surtout les périodes d'épandage. En effet, il était autorisé, par dérogation aux textes généraux, d’épandre des boues à partir du 1ᵉʳ novembre, avant la culture du maïs, culture dominante dans toute plaine du Rhin. Cette dérogation a été supprimée en 2004 et avec elle la principale période d’épandage. Les épandages n’étant autorisés depuis lors qu’à partir du 15 janvier sur ces cultures, leur réalisation est très aléatoire, car elle dépend fortement des conditions météorologiques.
Ces périodes restreintes pour l’épandage ont ainsi eu deux types de conséquences :
- - des capacités de stockage très insuffisantes dans certains cas pour faire face aux périodes d'impossibilité d’épandage, ayant conduit, pour les plus petites stations, à un recours fréquent à une déshydratation des boues par filtre-presse mobile, soit pour stocker les boues sous forme solide, soit pour accéder à une filière alternative pour une partie des boues produites.
- - un recours à un traitement complémentaire, le compostage des boues, qui autorise des épandages sur des périodes plus larges, et notamment à l'automne. Cette étape de traitement supplémentaire contribue à renchérir encore le coût des épandages : il faut en effet compter de l’ordre de 55 € HT/tonne de boues compostées, si le compostage est effectué sur le site de la station d’épuration, à ajouter aux coûts d’épandage, de l’ordre de 10 € HT/tonne de compost épandu.
L’état des lieux de la filière agricole mené en 2004, prenant en compte les contraintes réglementaires et les apports de tous types de produits organiques apportés aux parcelles (lisiers, fumiers, boues urbaines et industrielles, etc.), a montré que la quantité de boues pouvant trouver un débouché agricole sous forme brute ou compostée (dans le cadre d’un plan d’épandage) allait au mieux rester stable, à environ 7 000 t MS, pour des coûts variant de 5 €/m³ pour l’épandage de boues liquides à 8 à 15 € HT/tonne pour les boues solides. À noter le coût très important également de la déshydratation mobile des boues : de 15 à 20 € HT/m³.
Les filières alternatives
Le compostage suivi de revégétalisation
En 2003, environ un tiers des boues produites dans le département trouvaient un débouché dans une filière de revégétalisation par emploi de compost de boues en aménagement paysager, mise en œuvre par un prestataire privé, à un tarif de l’ordre de 70 € HT/tonne de boues déshydratées hors transport.
Il a été estimé que cette filière compostage-revégétalisation pouvait absorber une quantité de boues estimée de 5 000 à 7 000 t MS, à condition que les débouchés pour le compost restent sensiblement constants dans le temps, ce qui n'est pas garanti. Ces débouchés sont en effet directement dépendants des chantiers dont est attributaire l’entreprise.
La co-incinération en centrale thermique
De 2003 à 2006, une filière de co-incinération en centrale thermique en Allemagne a été mise en œuvre pour une partie des boues déshydratées produites, à un coût de l’ordre de 65 € HT/tonne, hors transport. Il s’agissait de remplacer une partie du charbon utilisé comme combustible dans la centrale thermique par des boues déshydratées. Les exigences de qualité des boues sont les mêmes que pour l’épandage agricole et la mise en œuvre de cette filière demande une gestion administrative des transferts transfrontaliers de déchets très lourde.
L’accès à ces filières n’étant possible que pour des boues déshydratées, les plus petites stations, déjà pénalisées le plus souvent par des capacités de stockage insuffisantes, l’étaient aussi par le recours à la déshydratation mobile, très coûteuse, et s’ajoutait au prix du compostage/végétalisation ou à celui de la co-incinération. Le poste « élimination des boues » devenait particulièrement difficile à assumer pour certaines collectivités.
En outre, une incertitude sur la pérennité de ces filières demeurait, soit pour cause de débouchés non garantis pour le compost, soit pour des raisons de difficultés administratives liées au transport transfrontalier de déchets.
Conclusion
Ainsi, l’état des lieux a abouti à la conclusion qu’un tiers de la production de boues à l’horizon 2010 ne trouverait pas de débouché dans son département de production.
Si l’on ajoute le coût des filières alternatives et leur pérennité incertaine, les raisons étaient nombreuses pour se pencher sur la question de l’avenir de l’élimination des boues dans le Bas-Rhin, étant entendu que la mise en œuvre de nouvelles filières dans le département nécessitent la construction de nouvelles installations de traitement ou d'élimination à réaliser par les producteurs de boues.
La démarche : analyse et concertation
Concertation avec les maîtres d’ouvrage
Les résultats de cet état des lieux ont été présentés à l’automne 2004 à l'ensemble des maîtres d'ouvrage de stations d’épuration du Bas-Rhin, lors de réunions territorialisées, dont les cinq secteurs géographiques correspondaient à ceux retenus dans le cadre du Plan Départemental d’élimination des déchets.
Leurs attentes, recueillies dans le prolongement de ces réunions, portaient principalement sur les points suivants :
- * souhait de maintenir le recyclage agricole des boues dès lors que cela était possible
- * souhait de développer de nouvelles filières
- * nécessité de mutualiser les investissements à réaliser entre plusieurs collectivités.
À l’appui de ces résultats, les bureaux d'études associés Bonnard et Gardel et Enviro-Consult ont été choisis, suite à un appel d’offres, pour comparer plusieurs scénarii proposés par l’équipe projet, sur les plans techniques, environnementaux et financiers.
Un comité de pilotage, composé de l’équipe projet et d’élus particulièrement investis
Tableau 1 : Présentation des débouchés analysés
| Débouché analysé | Type de valorisation : E : Énergétique, M : Matière | Retenu pour le Schéma | Raison |
|---|---|---|---|
| Mise en décharge | Non a | Interdiction légale (enfouissement réservé aux déchets ultimes). Non pérennité du débouché | |
| Pyrolyse (décomposition de boues séchées en l'absence d'oxygène) | E (M) b | Non | Manque de retour d'expérience |
| Incinération spécifique | E | Oui | Solution éprouvée |
| Co-incinération en Usine d'Incinération d'Ordures Ménagères (UIOM) | E (M) b | Oui | Utilisation de l'investissement déjà réalisé au niveau de l'usine d'incinération des ordures ménagères de Rohrschollen |
| Co-incinération en papeterie | E (M) b | Oui | Selon possibilités auprès de papeteries proches. Possibilités en Allemagne notamment |
| Co-incinération en centrale de production d'énergie électrique | E (M) b | Oui | Selon possibilités auprès d'opérateurs de proximité |
| Co-incinération en cimenterie | E + M | Oui | Filière déjà en place dans le département |
| Épandage agricole | M | Oui | Filière déjà en place |
| Épandage en forêt | M | Non | Filière ne pouvant être mise en place qu'au cas par cas pour de petites stations (dérogation à demander vis-à-vis de la réglementation) |
| Revégétalisation (reconstitution de sols dégradés) | M | Oui | Filière déjà en place |
a : Possibilité de mise en place pour valorisation matière des refus.
b : Selon l'option de valorisation recherchée.
Le SDEA, entité reconnue dans le domaine de l'assainissement, a suivi régulièrement l'avancement du travail du bureau d'études. Les résultats ont été présentés et validés fin 2006, lors de réunions territorialisées, selon la même organisation que pour la présentation de l'état des lieux. Ils seront formalisés par une note de synthèse en cours d'élaboration. Les orientations arrêtées dans le cadre de ce schéma ont vocation à être reprises lors de la prochaine révision du Plan Départemental d'Élimination des Déchets Ménagers et Assimilés.
L’étude des scénarii
Le bureau d'études était chargé d’examiner de manière approfondie différentes filières d'élimination de boues, puis d’analyser plusieurs scénarii combinant ces filières.
Les filières étudiées
Les tableaux 1 et 2 présentent les différents procédés d’élimination et de traitement envisageables et ceux qui ont été retenus dans l'étude. Afin de pouvoir accéder aux débouchés identifiés (cf. tableau 1), un certain nombre de traitements préalables des boues sont nécessaires (cf. tableau 2).
Les scénarii
Suite à l'analyse des données et contraintes concernant les stations d'épuration, le gisement départemental de boues, les débouchés et les traitements, six scénarii de gestion des boues d'épuration ont été établis. Chacun prend en compte une part d’élimination en recyclage matière et une part en valorisation thermique dans des proportions variables, selon les nouveaux investissements envisagés et le recours aux installations existantes.
Le premier scénario consiste à utiliser au maximum les installations existantes, y compris les capacités des installations de la CUS à traiter des boues d'autres installations. En effet, la CUS a donné son accord de principe pour admettre une quantité maximale annuelle sur sa station d'épuration de 3 000 t MS de boues déshydratées, qui seraient digérées, séchées puis incinérées sur sa station d'épuration, en mélange avec les boues produites par cette installation, et pour incinérer en mélange avec les ordures ménagères 4 000 t MS de boues séchées. Ces filières devraient être accessibles à partir de 2009.
Ce scénario implique la mise en place d’une capacité de séchage thermique pour les boues destinées à l'UIOM, ainsi que des modifications probables du process des stations d'épuration dont les boues sont destinées à la station d’épuration de la CUS. En effet, ces boues ne devront contenir ni fer (employé en traitement du phosphore et en traitement des boues), ni chaux. D'autres critères d’acceptation sont en outre susceptibles d'être ajoutés.
Tableau 2 : Traitements requis pour les débouchés identifiés
| Technologie de traitement analysée | Retenue pour le Schéma | Raison |
|---|---|---|
| Réduction de la production de boues à la source | Non | Filière ne pouvant être mise en place qu'au cas par cas et disposant de peu de retour d'expérience |
| Digestion des boues | Oui (en complément) | Gain important du point de vue environnemental, gain financier limité mais tarifs de rachat de l'énergie générée à partir du biogaz en forte hausse |
| Séchage thermique | Oui | Nécessité de couplage avec le séchage, indispensable à toutes les filières de concentration énergétiquement sèches |
| Séchage solaire | Non | Incompatibilité avec les contraintes de co-incinération (séchage insuffisant, inadapté pour les stations de grande capacité) |
| Compostage | Oui | Indispensable pour la revégétalisation ou pour l'épandage agricole en zone vulnérable aux nitrates (soit quasiment tout le département du Bas-Rhin) |
Le majeur de ce scénario est l'utilisation maximale du potentiel de recyclage matière et des installations de la CUS, ce qui ne laisse aucune marge possible en cas de problème sur l'une ou l'autre de ces filières.
Les scénarii 2, 3 et 4 mettent en œuvre une solution d’incinération dédiée aux boues d’épuration, dans des secteurs géographiques différents, en complément du recyclage matière et de l'une ou l'autre des installations de la CUS. Une souplesse plus importante se dégage de ces scénarii, avec des filières de secours pour une partie de la production de boues au moins.
Les coûts d’investissement apparaissent cependant élevés, pour une filière contestée. Enfin, les scénarii 5 et 6 prennent en compte des débouchés industriels existants pour des boues séchées, en papeteries, cimenteries et centrales thermiques. L’idée est donc plutôt de mettre en place un ou des sécheurs thermiques pour obtenir des boues à plus de 90 % de siccité, permettant d’accéder à ces débouchés.
Analyse multicritère
Une comparaison multicritère de ces scénarii a été menée par le bureau d’étude, sur la base des critères et sous-critères suivants :
Critère technique :
a. Complexité de mise en œuvre
b. Existence de filières de secours
c. Pérennité des débouchés
Critère environnemental :
a. Consommation d’énergie primaire non renouvelable
b. Impact du transport
c. Émission des gaz à effet de serre
d. Résidus finaux
Ce critère a été analysé sur la base de l’analyse des cycles de vie.
Critère financier :
a. Coûts d’investissement
b. Coûts de fonctionnement
Les résultats
Les résultats de la comparaison multicritère sont représentés dans la figure 2.
À l’issue de l'analyse multicritère, une tendance se dégage : les scénarii favorisant le séchage thermique des boues d'épuration ressortent comme étant les plus favorables. Il est intéressant de noter que le choix de pondérations légèrement différentes entre les critères techniques, financiers et environnementaux n'affecte pas de façon sensible le résultat de l'analyse multicritère.
Les scénarii 1, 5 et 6 prévoient une part croissante du séchage :
• Scénario 1 : 4 000 t MS/an,
• Scénario 5 : 10 000 t MS/an,
• Scénario 6 : 13 000 t MS/an.
C'est donc le séchage qui devrait être développé dans le cadre du Schéma Départemental, en complément aux autres filières (épandage, compostage, revégétalisation, etc.). Selon les scénarios, ce sont une à trois unités de séchage qui devront donc être mises en œuvre sur un ou plusieurs sites du département. Ces investissements pourraient être réalisés progressivement.
L'élimination des boues séchées est envisagée principalement par valorisation énergé-
tique en co-incinération :
- à court terme, sur les installations existantes (cimenteries, UIOM, centrale thermique de production d'énergie),
- à plus longue échéance avec les papetiers (investissements non réalisés à ce jour) ou de nouvelles installations (centrales de production d'énergie à partir de biomasse).
L’épandage de boues séchées peut aussi être envisagé, lorsque les conditions locales le permettent.
Par ailleurs, l’existence de plusieurs débouchés sécurise l'ensemble de la filière traitement-élimination des boues.
En complément, des installations de compostage sur une station d’épuration ou mutualisées pour plusieurs installations ont été préconisées, pour pérenniser la filière épandage agricole dès lors que le potentiel existe, notamment en zone vulnérable à la pollution par les nitrates d'origine agricole (zone d’application de la directive « Nitrates »). Enfin, pour les plus petites stations d’épuration (de 5 000 EH au plus) la mise en place de lits plantés de roseaux est préconisée lorsqu’un stockage complémentaire ou une déshydratation doivent être envisagés, de façon à s'affranchir du recours à la déshydratation mobile des boues. Les boues, après minéralisation sur les lits seraient destinées à une filière agricole, de préférence après compostage.
Selon les scénarios retenus, les divers investissements évoqués ci-dessus s'élèveraient de 13,5 à 20 M€ sur 12 ans pour la mise en œuvre globale du schéma.
À noter que l’analyse des coûts a montré que ce sont les coûts de fonctionnement des filières qui pèseront bien plus lourds que les coûts d'investissement sur une durée d’une quinzaine d’années (cf. figure 3).
Les suites de la démarche
Le principe du recours à un séchage thermique pour une partie des boues et leur élimination principalement en co-incinération sur des installations existantes n'a pas soulevé d’objections de la part des maîtres d'ouvrage.
Il a bien été précisé cependant que la construction d'un sécheur thermique n’est possible que si plusieurs conditions sont réunies :
- capacité de séchage minimale, 2 500 t MS/an, soit 100 000 équivalents-habitants. Sur ce point il apparaît qu’aucune station d'épuration existante hors CUS n’a la taille suffisante pour justifier l’acquisition d'un sécheur thermique pour ses seuls besoins. La mise en commun d'un sécheur pour les besoins de plusieurs step sera indispensable ;
- capacité à traiter les condensats, chargés en azote, qui conduit à ne retenir dans un premier temps que les step d’au moins 25 000 EH (soit huit installations sur le département) ;
- la proximité d'une source d’énergie telle qu'une conduite de gaz naturel ;
- des conditions d’accès aisé, etc.
Traiter des boues d’origines et de caractéristiques différentes ajoute une complexité technique supplémentaire pour le choix de la technologie et les réglages conditionnant la bonne marche de l’installation. Par ailleurs s’y ajoutent des contraintes logistiques (stockage, transport, mélange de boues).
Enfin, les enjeux énergétiques doivent aussi être maîtrisés, et l'association d’une source de biogaz, telle qu'une digestion des boues devra sans doute être approfondie, l’ensemble des maîtres d'ouvrage ayant rappelé tout au long de la démarche leur attachement à maîtriser les coûts, et notamment les dépenses d’énergie.
À partir de l'ensemble de ces contraintes, quelques sites potentiels ont été identifiés. Les maîtres d'ouvrage concernés se prononceront sur la réalisation d'une étude de faisabilité et de coûts, d'un sécheur thermique pour leurs besoins propres et ceux d’autres collectivités intéressées. Chaque collectivité du périmètre concerné devra ainsi se prononcer sur l’utilisation ou non du futur sécheur, afin de préciser son dimensionnement et ses caractéristiques techniques et de concevoir le montage financier du projet.
Par ailleurs, des équipements complémentaires seront à envisager sur chaque station d'épuration, en particulier un stockage bien dimensionné lorsqu’il est insuffisant, et l’accès à une filière de compostage, lorsqu’il y a des débouchés locaux suffisamment sécurisés.
Conclusion
La réflexion menée dans le département du Bas-Rhin sur l'avenir de l’élimination des boues d’épuration a impliqué l'ensemble des acteurs publics et de l’élimination des boues : collectivités locales maîtres d'ouvrage, Agence de l'Eau Rhin-Meuse, Conseil Général.
L’intérêt manifesté pour cette problématique ne s'est pas démenti tout au long de l’avancement de la démarche, même si les aspects techniques étaient parfois complexes.
Une concertation menée à aussi grande échelle pour une telle problématique est innovante et a permis d’avancer en tenant compte des avis et remarques des principaux concernés, en particulier les producteurs de boues.
Ceux-ci avaient une attente forte et souhaitaient être éclairés sur les pistes à suivre pour l'avenir.
La mise en œuvre concrète des solutions préconisées relève dorénavant de leurs compétences et les partenaires que sont le Conseil Général et l’Agence de l'Eau Rhin-Meuse auront un rôle d’accompagnement et de coordination départementale à remplir. En trois ans de réflexions et analyses, les orientations ont été définies, il faudra sans doute plusieurs années encore pour concrétiser ces choix, dans un contexte technique et réglementaire en perpétuelle évolution.
