DESCRIPTION DE L’OUTIL

L’outil à développer doit pouvoir comparer l’ensemble des filières de traitement des boues

urbaines existantes en France. Ceci implique de disposer d’informations pour l’ensemble des

procédés concernés. Compte tenu des différents objectifs du projet, l’outil développé est un

logiciel destiné à évaluer et à comparer les différentes filières de traitement des boues

d’épuration urbaines. Il a été conçu pour être utilisé par des personnes non spécialistes de

l’ACV mais ayant un minimum de connaissances sur les procédés concernés afin de fixer des

hypothèses techniques réalistes.

Cet outil est basé sur la méthodologie d’Analyse de Cycle de Vie. Toutefois, afin de

développer un outil tout public, l’analyse est simplifiée, principalement en définissant une

unité fonctionnelle par défaut, en fixant un maximum d’hypothèses et en cadrant les frontières

du système. Les boues sont ainsi évaluées sur l’ensemble de leur cycle de vie : de l’extraction

du décanteur (primaire ou clarificateur) jusqu’à leur élimination finale en épandage, en

incinération ou en centre de stockage.

2.1.1/ Unité fonctionnelle

L’unité fonctionnelle imposée est le tonnage de boues annuel produit par la file eau de la

STEP. L’utilisateur fixe un tonnage de boues à traiter en matières sèches par an pour

l’ensemble des filières à comparer.

Une autre unité fonctionnelle, la tonne de matière sèche, peut être obtenue en sélectionnant

une option. Dans ce cas, les bilans annuels sont réalisés puis le logiciel ramène les valeurs à la

tonne de matière sèche entrante dans le système. Cette unité permet de comparer des systèmes

avec des quantités de boues entrantes différentes et d’avoir des valeurs de ratios (en kWh/ t

MS) plus simples à interpréter.

2.1.2/ Frontières du système

Dans sa forme actuelle, le logiciel n’évalue que la phase d’exploitation des procédés de

traitement des boues. La construction et le démantèlement des ouvrages ne sont pas intégrés

pour des raisons expliquées en partie II.

L’utilisateur modélise la filière qu’il souhaite étudier en assemblant une chaîne de procédés

unitaires. Dans le logiciel, chacun des procédés constitue un module préprogrammé. A cette

chaîne de traitement, l’utilisateur doit ajouter des modules de production de réactifs, de

production d’énergie, de transport des boues et de transport des réactifs. Ainsi les frontières

du système étudié se définissent intuitivement par assemblage de modules. Tant qu’un flux

matériel (électricité, boues, eau, réactif…) d’un module n’est pas connecté à un autre module,

la filière n’est pas complète.

Chaque procédé unitaire est préprogrammé dans le logiciel sous forme d’un module

indépendant. Les flux, matériels ou les émissions dans l’environnement, sont définis et les

valeurs sont calculées par des formules intégrant des paramètres techniques que doit

renseigner l’utilisateur ou les caractéristiques des boues provenant du module en amont. Au

sein du module, les flux entrants, les flux sortants et les paramètres sont liés par un jeu

d’équations, qui correspondent par exemple à un bilan matière.

2.1.3/ Impacts étudiés

Le logiciel dans sa forme actuelle est capable d’évaluer deux impacts :

Energie : l’outil évalue autant la consommation que la valorisation éventuelle

d’énergie. Les flux énergétiques peuvent être de l’électricité, du diesel, du gaz

naturel, du biogaz… Comme discuté en partie II, l’indicateur énergie remplace

l’impact ressources. En effet, les principales ressources utilisées en phase

d’exploitation du cycle de vie des systèmes de traitement des eaux sont les

ressources énergétiques et l’indicateur énergie est à la fois plus précis et plus facile

à interpréter que l’impact ressources.

Effet de serre : comptabilisé suivant les normes du GIEC [IPCC, 1997], cet impact

prend en compte deux gaz : le dioxyde de carbone (excepté le CO

2

biogène) et le

méthane. Le protoxyde d’azote n’est pas comptabilisé actuellement. Bien que la

méthode du GIEC néglige le N

2

O dans le secteur de l’assainissement des eaux, il

aurait été souhaitable de l’intégrer dans l’outil. Toutefois le manque de données et

les incertitudes sur les émissions de plusieurs technologies nous ont conduit à

écarter cette substance dans la version actuelle du logiciel. En revanche, une

campagne de mesures pourrait être envisagée afin de combler cette lacune et

vérifier que cette substance est bien négligeable.

Ces deux impacts ont été choisis car leur évaluation est fiable comme l’a montré la partie II et

parce que les informations nécessaires étaient disponibles. L’impact acidification n’a pu en

revanche être intégré à cause du manque de données sur les flux d’émissions de certains

procédés. L’impact eutrophisation n’est pas, lui, inclus car son importance est négligeable en

ce qui concerne l’étude de filières de traitement des boues. A terme, l’outil devrait inclure

d’autres impacts ou des indicateurs environnementaux comme par exemple la quantification

de la valorisation matière des boues en engrais ou en amendements organiques, la surface

difficiles à intégrer dans un logiciel, les besoins d’analyses et de mesures n’étant pas

compatibles avec la création d’un modèle prédictif.

2.2/ Logique de programmation

L’outil à développer doit pouvoir comparer l’ensemble des filières de traitement des boues

urbaines qui existent en France. Etant donné la complexité du modèle et la quantité

d’informations nécessaires aux calculs, il est vite apparu que l’outil recherché devait être

développé sous forme de logiciel. Trois propriétés ont été imposées pour le choix du logiciel :

• Concept modulaire : la base d’une chaîne de traitement est le procédé unitaire. De

plus chaque procédé doit pouvoir être utilisé dans plusieurs filières avec la possibilité d’en

modifier les paramètres techniques d’une utilisation à l’autre. Pour ces deux raisons, il

était nécessaire d’organiser les données par module autonome. Ainsi chaque procédé

unitaire doit être programmé dans le logiciel sous forme d’un module indépendant. La

programmation de chacun des modules consiste à définir les flux entrants et sortants. Ces

flux, ainsi que les paramètres techniques, sont liés entre eux par un jeu d’équations, qui

correspond par exemple à un bilan matière ou encore à un ratio spécifique au procédé

concernant l’émission d’une substance polluante. L’indépendance de chacun des modules

garantit une grande souplesse dans la définition des filières.

• Le paramétrage : pour une même filière de traitement, il peut exister de

nombreuses conditions techniques de fonctionnement qui s’expliquent par la variabilité de

certains paramètres opérationnels, qui dépendent eux-mêmes du contexte local dans

laquelle s’inscrit la filière de traitement des boues. Par exemple, pour un chaulage, le

dosage de chaux vive à ajouter aux boues varie d’une station à l’autre. Pour s’adapter à

toutes les configurations possibles, de tels paramètres doivent pouvoir être modifiés par

l’utilisateur lors de la définition de la filière. Pour chacun des procédés (et donc dans

chaque module), de tels paramètres sont proposés à l’utilisateur pour pouvoir configurer le

procédé.

• Définition graphique des filières : pour une utilisation intuitive de l’outil, il

apparaît plus simple de construire son scénario de façon graphique plutôt que de devoir

remplir des codes de programmation. Cette construction graphique serait réalisée par

sélection des modules dans une liste. Les modules apparaîtraient alors dans une fenêtre

soit sous forme de rectangle soit avec un dessin représentant le procédé. Ce type de

construction a l’avantage d’être intuitif, et donc facile à manipuler pour n’importe quel

utilisateur.

Ainsi les caractéristiques du logiciel apparaissent essentielles pour donner plus de souplesse,

de rapidité et de convivialité à l’outil, critères fondamentaux pour un usage tout public.

2.3/ Procédés modélisés

Le traitement des boues regroupe de nombreux procédés. Une des difficultés du

développement de l’outil a résidé dans la grande quantité de données à collecter. Ainsi, nous

aurions souhaité intégrer dans le logiciel tous les procédés existants actuellement. Le manque

d’information sur certaines technologies a limité le choix proposé. Toutefois les procédés les

plus utilisés en France ont pu être intégrés grâce aux différents experts techniques du groupe

Veolia, dont les filiales couvrent l’ensemble des activités liées au traitement, à la valorisation

et à l’élimination des boues.

On peut regrouper les procédés de traitement en quatre catégories :

♦ les procédés de concentrations des boues :

- les procédés d’épaississement :

o épaississement gravitaire,

o table d’égouttage,

o centrifugation directe.

- les procédés de déshydratation :

o centrifugation,

o filtre bande,

o filtre presse.

♦ les procédés de stabilisation et de réduction des boues :

o digestion anaérobie,

o chaulage,

o séchage thermique,

o séchage solaire,

o compostage.

♦ les procédés d’élimination et de valorisation des boues

o épandage,

o incinération dédiée,

o co-incinération avec les ordures ménagères,

o mise en centre de stockage des déchets de classe 2 (ISD).

o procédé de réduction des boues par couplage d’une

hydrolyse thermique et d’un traitement biologique,

o bioréacteur, nouveau concept de décharge dont l’objectif

est la valorisation maximale du biogaz,

o pyrolyse,

o gazéification.

Remarque : pour les procédés nouveaux, les opérateurs ont peu de retour d’expérience, voire

n’ont que des données de pilotes. Les données sur ces procédés présentent donc une

incertitude beaucoup plus forte.

A ces modules de traitement des boues, il faut ajouter les autres modules qui complètent le

cycle de vie :

- les transports des boues et des réactifs,

- la fabrication des différents réactifs chimiques,

- la production d’énergie sous différente forme (électricité, gaz naturel,

fioul, diesel),

- le traitement des eaux polluées issues de certains procédés et retournées

le plus souvent en tête de STEP,

- la production des engrais (pour les substitutions de fertilisants lors de la

valorisation agricole des boues).

Cette grande diversité de procédés permet de réaliser la plupart des filières existantes, ce qui

répond aux objectifs fixés. D’autres procédés doivent toutefois pouvoir être intégrés pour

mettre à jour l’outil ou pour répondre à une demande spécifique d’un utilisateur. La possibilité

de créer un module a donc été laissée accessible aux utilisateurs potentiels de l’outil.

Après avoir présenté l’outil, ses principes de fonctionnement et son contenu, nous allons

exposé dans le chapitre suivant l’historique du développement du logiciel pour illustrer le

travail réalisé.

Dans le document Analyse de cycle de vie appliquée aux systèmes de traitement des eaux usées : (Page 159-164)