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6 mars 2019.

De l’énergie grâce aux microbes des eaux usées

Les stations d’épuration consomment beaucoup d’énergie pour le (...)

Les stations d’épuration consomment beaucoup d’énergie pour le traitement des eaux usées mais elles peuvent aussi en produire sous diverses formes, ce qui permet de réduire leurs coûts de fonctionnement. On connaît déjà en Suisse quelques réussites exemplaires dans ce domaine. La Haute Ecole d’Ingénierie de la HES-SO Valais-Wallis fait un pas de plus et démontre qu’il est aussi possible de produire de l’électricité en épurant les eaux usées par le biais d’une pile à combustible microbienne. Ce n’est encore qu’un projet-pilote mais il est prometteur.

On estime en Suisse que les stations d’épuration ont besoin d’environ 0,35 kWh pour traiter un mètre cube d’eaux usées, dont près de la moitié pour le brassage et l’aération des bassins d’épuration biologique. Cette consommation électrique va encore augmenter suite à la décision prise au niveau fédéral d’ajouter une étape de traitement dans une centaine de STEP pour éliminer plus efficacement les micropolluants.

Depuis quelques années, on s’efforce par divers moyens de réduire ce coût énergétique en partant du principe qu’une STEP peut aussi par exemple récupérer la chaleur des eaux usées pour alimenter un réseau de chauffage à distance ou/et produire de l’électricité grâce au biogaz issu de la digestion des boues d’épuration. Il est également possible d’installer des turbines hydroélectriques dans les réseaux d’eaux usées en amont des stations de traitement ou en aval dans les systèmes d’évacuation des eaux épurées vers un milieu naturel. Autrement dit les STEP offrent des potentiels à la fois d’économie d’énergie (pouvant aller jusqu’à 50 %) et de production d’énergie renouvelable.

L’application moderne
d’une découverte vieille d’un siècle

Le procédé mis au point à Sion par l’équipe de recherche emmenée par le professeur Fabian Fischer de la Haute Ecole d’Ingénierie de la HES-SO Valais-Wallis vise les mêmes objectifs, à savoir : diminuer la consommation électrique de la STEP, produire de l’électricité et purifier l’eau. Il s’agit ici d’une pile à combustible microbienne, dont le fonctionnement ressemble à celui d’une pile normale avec un pôle positif et un pôle négatif. Concrètement, des microbes avalent des matières organiques contenues dans les eaux usées et pendant leur digestion produisent un courant électrique récupérable dans des piles au lithium. [1] Ce type de production d’énergie verte a été découvert au début du 20e siècle, mais ce n’est que beaucoup plus tard, il y a une vingtaine d’années, que l’on a commencé à réfléchir à ses potentielles applications pratiques à plus ou moins grande échelle.

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Avec ses 14 mètres de long et sa série de 64 piles, la pile microbienne installée à la STEP de Sion
est actuellement la plus longue du monde. (Photo Hes-SO Valais-Wallis / Cliquer sur l’image pour l’agrandir)

Le système-pilote installé à la STEP de Châteauneuf à Sion sur un contenant de 1000 litres d’eaux usées est opérationnel depuis fin 2018 [2]. Long de 14 mètres, il comprend 64 piles reliées en parallèle et en série et constitue, à ce jour, selon ses concepteurs, "la pile à combustible microbienne la plus longue du monde". Celle-ci non seulement produit suffisamment d’électricité pour alimenter plusieurs piles de lithium mais en même temps elle épure aussi l’eau de tous ses éléments organiques.

"La recherche n’en est qu’à ses débuts, explique le professeur Fabian Fischer. En améliorant le processus et en agrandissant l’installation, la STEP de Châteauneuf pourrait économiser plus de 600’000 francs par an en énergie et couvrir les besoins de 250 foyers." Il est prévu que ce projet-pilote dure encore deux années, ce qui devrait permettre de perfectionner le prototype expérimental actuel et de tenter de l’appliquer à la totalité des eaux usées d’une station d’épuration. Du côté de la Haute Ecole d’Ingénierie de la HES-SO Valais-Wallis, on n’exclut pas en tout cas l’hypothèse qu’un jour les STEP d’ici et d’ailleurs pourraient produire davantage d’électricité qu’elles n’en consomment. (bw)




Notes

[1Pour en savoir davantage sur ce procédé, voir les articles du Dr. Fabian Fischer : "La pile à combustible microbienne dans les stations d’épuration - Perspectives pour une production d’électricité biologique" (Bulletin de l’association Electrosuisse, N°11 / 2011), et "La pile à combustible microbienne" (newsletter energy.Now !, du réseau professionnel Swiss Engineering, août 2011).

[2Ce projet-pilote de la Haute Ecole d’Ingénierie de la HES-SO Valais-Wallis est soutenu par l’Office fédéral de l’Énergie (OFEN) et The Ark, la Fondation pour l’innovation en Valais, et en collaboration avec la STEP de Châteauneuf Sion et la Haute École Arc de St-Imier (Jura Bernois).

Mots-clés

Glossaire

  • Débit résiduel

    Volume d’écoulement qui subsiste après un prélèvement dans un cours d’eau (par exemple pour des besoins d’irrigation ou de production d’énergie). Maintenir un minimum de débit et de profondeur d’eau en aval d’une installation est absolument indispensable pour préserver la qualité de l’eau, assurer la recharge des nappes souterraines, protéger la faune et la flore et offrir des possibilités de loisirs. En Suisse, le débit résiduel minimal à garantir dans les cours d’eau à débit permanents est défini par la législation fédérale.

Mot d’eau

  • « Le fleuve me hantait »

    "La proximité de sa grandeur réveillait en moi une antique terreur des eaux qui, en présence des rivières et des fleuves, même vus du rivage, me tourmente l’âme. La fluidité des eaux fluviales, lentes ou rapides, me trouble, où je décèle un monde à demi visible de formes fugitives qui tentent et parfois fascinent l’âme inattentive. Ce sont des êtres sinueux et insinuants que les fleuves et les rivières, même farouches." (Henri Bosco, "Malicroix", 1948)


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