TEVALU
Projet exploratoire TEVALU (2021 - 2023)
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Projets exploratoires
Projet exploratoire TEVALU (2021 - 2023)

TEVALU : Territoire avec valorisation des urines

Ce projet exploratoire avait pour ambition d’étudier la valorisation territoriale de l’urine pour une utilisation agricole et d'évaluer les impacts sur les services d'assainissement de la mise en place d'une telle filière. La séparation des urines présente un réel intérêt pour augmenter la circularité des nutriments notamment de l’azote et du phosphore puisqu’elle contient 86 % de l’azote excrétée par personne et 60 % du phosphore.

Contexte et enjeux

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A l’échelle d’un territoire comme l‘Ile-de-France, les excréta humaines représentent 22 % des apports en azote et 13 % des apports en phosphore par les engrais synthétiques permettant de produire l’intégralité des besoins alimentaires des habitants (comprenant aussi les importations). De plus, la production d’engrais azotés est fortement consommatrice de ressources fossiles puisque le procédé Haber-Bosch repose sur une forte consommation de gaz naturel. Les gains environnementaux à attendre de la mise en place d'une valorisation territoriale de l’urine peuvent être importants : 

  1. Réduction de l'utilisation des ressources fossiles puisque la production d’engrais azotés repose sur le procédé Haber-Bosch (forte consommation de gaz naturel) ;
  2. Réduction de l’impact sur le changement climatique grâce à une diminution de la production conventionnelle d’engrais et la réduction des émissions directes de gaz à effet de serre par le traitement de l’azote sur les stations d’épuration.

Les premières filières de séparation à la source déjà mises en place datent des années 90 dans le Nord de l’Europe (Danemark, Suède). Elles reposent sur le stockage de l’urine en pied de bâtiment, une vidange et un transport par camion vers un lieu de valorisation ou de traitement. La valorisation des urines peut se faire soit avec une approche sans réduction de volume  soit par réduction du volume pour concentrer les nutriments. Une étape d’élimination des micropolluants médicamenteux peut être aussi ajoutée. Les solutions techniques disponibles sur le marché pour l’extraction de l’azote ne sont pas nombreuses, on retrouve essentiellement le stripping qui nécessite lui aussi des consommations énergétiques élevées.

Objectifs

Le projet exploratoire Territoire avec valorisation des urines (TEVALU) a pour ambition d’étudier la valorisation territoriale de l’urine via un traitement innovant extractif pour une utilisation agricole et les impacts sur les services d'assainissement de la mise en place d'une telle filière.

Le premier objectif est de questionner la faisabilité technique de la production d’un ou plusieurs fertilisants issus d’urine (urino-fertilisants) et leur impact environnemental.

Le deuxième objectif est de questionner la faisabilité territoriale de la séparation des urines au regard des gisements et des utilisations. L’analyse territoriale sur la métropole toulousaine aura pour premier objectif de cartographier les gisements d’urine et donc de nutriments mobilisables sur ce territoire. 

Le troisième objectif est de questionner la durabilité économique de la valorisation territoriale de l’urine pour une utilisation agricole.

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Afin d’analyser les modifications du modèle économique de l’assainissement mais aussi des fertilisants qu’implique la séparation des urines, il est proposé d’investiguer trois verrous : (1) comment prendre en compte dans le modèle économique les valeurs économiques associées aux aménités environnementales et aux externalités positives associées à la séparation des urines et (2)  quel est le modèle économique sous-jacent à la mise en place territoriale de la séparation des urines (consentements à payer des acteurs de la chaîne de valeur) enfin (3) quelle est la viabilité économique des services d’eau et d’assainissement dans ce contexte. 

3 grands types de débouchés sont ciblés :

  • L’agriculture biologique et conventionnelle (grandes cultures essentiellement)
  • l’horticulture : pépinières privées,
  • les serres municipales, terrains, parcs et jardins des collectivités.

Avancée et résultats

  1. Les travaux menés au sein du projet TEVALU ont permis de déterminer les conditions optimales pour la récupération de l'ammoniac par absorption sur membrane perméable aux gaz. La faisabilité de l’extraction d’ammonium avec de l’urine réelle a été confirmée par des essais pilote. L’expérience sur pilote a permis de produire une solution fertilisante à 20gN/L. Les expériences et les travaux de modélisation démontrent l'effet des caractéristiques de l’effluent (rapport N ammoniacal : C minéral) pour déterminer les points de consigne de pH et de température, le prétraitement à appliquer pour minimiser la demande énergétique.
  2. Une analyse territorialisée sur la communauté d’agglomération de Toulouse a été réalisée permettant de quantifier les gisements d’urine, et les puits potentiels par l’usage agricole de fertilisant. Cette analyse a été portée par un outil de type SIG. Il en ressort un équilibre global entre les gisements d’azote disponibles dans les urines (3555 tN/an) et les besoins en azote du territoire agricole (3107 t N/an) de la communauté Toulousaine (Toulouse métropole) et du sud-ouest toulousain (Labège, Sicoval).
  3. De plus, une enquête auprès des utilisateurs potentiels a permis de faire ressortir que l’acceptabilité de produits de type urino-fertilisants était bonne, et que deux types de produits étaient très complémentaires : produit solide à partir du phosphore précipité sous forme de struvite, et solution liquide d’azote ammoniacal issu du procédé membranaire étudié. 
  4. Un scenario de déploiement a finalement été développé en 4 phases : expérimentation, développement, massification et harmonisation. Une mission technique a été réalisée en Suisse à Zurich pour échanger sur les résultats et visiter un site expérimental où la séparation de l’urine a été implémentée et d’autres technologies de traitement ont pu être comparées à celle de TEVALU (bâtiment de l’EAWAG).
  5. L’analyse environnementale de la filière a été menée sur la base des informations acquises lors du fonctionnement des procédés. Une tentative d’analyse par monétarisation des impacts environnementaux a également été menée, celle-ci se heurtant encore à des difficultés de transposition des résultats de petite à grande échelle.

Le projet exploratoire TEVALU a permis de renforcer les synergies de travail entre les acteurs des unités INRAE de différentes compétences. Le projet a été restitué à un ensemble d’acteurs du territoire qui ont manifesté un très grand intérêt. L’un des stagiaires masters du projet a été embauché à SOLAGRO notamment pour poursuivre le suivi des projets de déploiement de séparation et valorisation de l’urine sur le territoire

Fiches du projet

Acteurs du projet

Coordination:

Mathieu Spérandio, UMR TBI, Toulouse, département TRANSFORM, mathieu.sperandio@inrae.fr

Structures INRAE

Département TRANSFORM
UMR TBITechnologies de traitement de l’urine et récupération des nutriments
Département ECOSOCIO
UMR TSE-REconomie de l'environnement, Economie de l'eau, Méthodes de monétarisation des impacts environnementaux
Département AGROECOSYSTEM
UMR ECOSYSAnalyse des pratiques culturales d’insertion des urines dans la fertilisation des cultures
 

Partenaires extérieurs

SOLAGROTerritorialisation, en économie circulaire et en agroécologie.
Prestation de service (analyse des usages des produits issus des urines)

Voir aussi

 

 

Date de modification : 21 novembre 2024 | Date de création : 22 juillet 2021 | Rédaction : PSM