Le protoxyde d’azote (N2O) est un puissant gaz à effet de serre (GES), environ 300 fois plus impactant que le dioxyde de carbone (CO2). Des recherches récentes montrent qu’il joue aussi un rôle dans la destruction de la couche d’ozone. Principalement d’origine naturelle (sols et hydrosphère), il est également issu des activités anthropiques, en particulier l’agriculture, l’industrie, … et dans une moindre mesure, le traitement biologique des eaux usées en station d’épuration (Step). "Ces émissions de N2O peuvent avoir un impact considérable sur l’empreinte carbone des stations", précise Ahlem Filali. "D’où notre thématique de recherche visant à mieux comprendre le fonctionnement des installations pour réduire leur empreinte environnementale."

Au plus près de la réalité des stations

Actuellement, le bilan d’émission de GES des stations est calculé selon la réglementation française, à partir de facteurs d’émission fixes qui relient les émissions de N2O à la charge en azote entrante ou sortante. Il ne tient pas compte de l’influence des paramètres de dimensionnement et de gestion des Step. Or, les valeurs des émissions de N2O en Step sont variables selon la littérature scientifique (0 à 25 % de la charge d’azote entrante) en raison de la diversité des procédés, des paramètres opératoires influents, mais également des protocoles d’échantillonnage et de mesure employés. "Notre stratégie a donc consisté, dans un premier temps, à quantifier les émissions de GES en conditions réelles, sur différents sites représentatifs des procédés employés en France : les boues activées, les biofiltres et les filtres plantés de roseaux."

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© Irstea / A. Filali
Suivi in situ du protoxyde d'azote dissous dans un bassin aéré à boues activées.

Prédire les émissions de gaz et améliorer les procédés

Ces travaux, menés dans le cadre du programme de recherche Mocopée, ont permis aux chercheurs de développer des protocoles d’échantillonnage et de mesure spécifiques à chaque procédé, prenant en compte la variabilité spatiale et temporelle des émissions. En parallèle, ils ont étudié le lien entre les conditions opératoires et les émissions observées. Les données obtenues alimentent désormais des outils d’évaluation environnementale, et valident des modèles mathématiques pour prédire à terme les émissions de N2O.

En s’appuyant sur la modélisation, les chercheurs souhaitent développer de nouvelles stratégies de gestion à la croisée de différents enjeux : réduire les émissions de GES, diminuer la consommation énergétique des procédés d’épuration et garantir le rejet d’effluents de bonne qualité. Des recherches vont débuter en janvier 2016 dans le cadre du projet N2OTRACK [1].

Partenaires : ONEMA et SIAPP


[1] Projet ANR 2016-2019