Projet NuReDrain : nouvelles pistes de recherche pour récupérer utilement le phosphore et l’azote

Le projet de recherche NuReDrain vise à développer un système de récupération de l’azote et du phosphore dans l’eau de drainage. Ils travaillent sur des systèmes de captage de ces nutriments. La récupération de ces nutriments serait un premier pas décisif vers une économie circulaire. Le stade des essais en laboratoire est presque terminé. Les partenaires du projet vont réaliser des essais sur le terrain pour valider plusieurs nouveaux systèmes de filtration.

Dans la région du littoral, les teneurs élevées en nutriments, surtout l’azote et le phosphore, dans les eaux résiduaires du secteur agricole, sont l’une des causes de l’eutrophisation des milieux aquatiques. Depuis ces 15 dernières années, la réglementation concernant les épandages de fertilisants n’a cessé de se renforcer en Région flamande, mais ces strictes prescriptions restent insuffisantes pour atteindre les objectifs définis par l’UE dans la Directive-cadre Eau. C’est pourquoi le projet de recherche NuReDrain s’est donné pour tâche la mise au point de systèmes de filtration qui permettraient d’éliminer l’azote et le phosphore contenus dans l’eau de drainage, les effluents de serres et les eaux de ruissellement. Les partenaires du projet souhaitent en même temps développer une technologie qui permettrait la récupération de ces nutriments, par exemple pour l’agriculture. D’autre part, les initiateurs du projet souhaitent que les résultats aideront les pouvoirs publics à développer des stratégies adéquates pour remédier au problème de l’eutrophisation.

Base de données

Le projet a commencé par la mise en place d’une base de données, centralisant les données techniques et économiques relatives aux matériaux utilisables pour adsorber le phosphore, ainsi que les données relatives aux quelques systèmes de dénitrification de l’azote. Dr. ing. Pieter Van Aken, KU Leuven : « La plupart des matériaux que nous avons sélectionnés sont à base de fer, pour son aptitude à retenir le phosphore via adsorption : selon le métal utilisé dans le filtre, le phosphate est lié au fer, à l’aluminium ou au calcium. Les technologies sélectionnées pour l’azote sont basées sur le principe de la dénitrification biologique, c’est-à-dire la transformation du nitrate en diazote gazeux. »

Élimination de l’azote

Pour éliminer l’azote, trois concepts sont envisageables, explique Pieter Van Aken : « Premier concept : l’aménagement de roselières, vastes bassins où l’eau séjourne pendant longtemps, donc il faut de la patience et beaucoup de place. Ce système élimine 25 % de l’azote. Deuxième concept : des bassins remplis d’écailles de bois. Pour absorber l’azote et transformer le nitrate en diazote gazeux, les microorganismes ont besoin de carbone, qu’ils trouvent dans les fines écailles de bois. Les bassins occupent un peu moins de place que les roselières. Un tel système élimine jusqu’à 50 % de l’azote. Troisième concept : une nouvelle technique d’épuration, nécessitant peu de place. Nous travaillons sur un concept de boue déposée sur un support fixe, en polymère de synthèse. Les microorganismes se développent à la surface du support et nous ajoutons une source de carbone liquide, pour limiter la place requise par l’installation. Selon les essais de laboratoire, le système MBBR (Moving Bed BioReactor) permet d’éliminer jusqu’à 95 % de l’azote. »

Les trois concepts sont basés sur la dénitrification biologique. Pieter Van Aken: « Un inconvénient est l’impossibilité de récupérer l’azote, le nitrate transformé en diazote gazeux se dissipe dans l’atmosphère. Dans le cadre du projet NuReDrain, nous essayons d’élaborer une piste qui nous permette de récupérer l’azote et de l’utiliser à nouveau, par exemple dans l’agriculture. Plus précisément, l’université de Copenhague étudie la possibilité de transformer le nitrate en ammonium, réutilisable. »

Quelques techniques sont déjà commercialisables : « Pour la dénitrification, on trouve au Danemark quelques exemples de roselières et bassins remplis d’écailles de bois, qui fonctionnent déjà très bien. En Flandre, on n’en trouve pas, vu la surface requise. Par contre, nous avons déjà deux bioréacteurs MBBR en service dans des entreprises horticoles. Mais la formation du biofilm demande du temps. Pour déterminer l’efficacité du système, nous devons attendons la prochaine saison de drainage. »

« La plupart des matériaux que nous avons sélectionnés sont à base de fer, pour son aptitude à retenir le phosphore. Les technologies sélectionnées pour l’azote sont basées sur le principe de la dénitrification biologique, c’est-à-dire la transformation du nitrate en diazote gazeux. »

Élimination du phosphore

Il reste la question de l’élimination du phosphore. « Un premier système de filtration sont les traditionnelles colonnes d’adsorption, en service par exemple chez le floriculteur Meuninck, poursuit Pieter Van Aken. « L’effluent des serres est collecté dans un bassin et passe dans un filtre, environ deux mètres cubes. Autre système, introuvable en Flandre, mais déjà en phase d’essai au Danemark : les colonnes d’adsorption sont placées directement dans le sol, où l’eau de drainage traverse les systèmes de filtrage par gravitation. Un inconvénient qui reste à résoudre, le colmatage du filtre par la boue charriée par l’eau de drainage. »

De son côté, l’université de Gand « cherche à éliminer le phosphore avec un système d’auges, contenant le matériau adsorption. Les auges sont placées dans la conduite d’égout, à l’entrée de la conduite de drainage. C’est un système à faible coût qui n’occupe que très peu de place. »

Matériaux

Le système chez Meuninck contient environ deux mètres cubes de matériau. Pieter Van Aken : « Le matériau, sable chargé en fer, est un sous-produit de la société de distribution d’eau Pidpa. Le système de filtration réalisé avec ces granulés a donné de bons résultats pendant 18 mois. Ensuite, il a fallu remplacer le matériau. Le système fonctionne de nouveau parfaitement. »

Pour capter le phosphore, d’autres matériaux feraient tout aussi bien l’affaire, précise Pieter Van Aken : « Par exemple, les granulés développés par Vito, fabriqués avec de la boue contenant beaucoup de fer, un sous-produit de la société de distribution De Watergroep. Autre exemple, un matériau développé par une firme suédoise, basé sur la terre de diatomée, un matériau poreux, revêtu d’oxyde de fer pour améliorer les propriétés d’adsorption. Ce matériau n’est pas encore tout à fait au point, mais les premiers résultats sont prometteurs. Le matériau Ferrosorb a également donné de bons résultats, mais c’est un produit commercial. Vu le coût d’achat, il est moins intéressant pour des essais sur le terrain. »

Quoi qu’il en soit : « pour les filtres d’élimination du phosphore, nous sommes encore dans la phase initiale », indique Pieter Van Aken. « Ils sont efficaces, mais divers problèmes techniques sont à résoudre, par exemple, la tendance au colmatage. »

Réutilisation du phosphore

Lorsque le matériau du filtre est saturé, il faut le remplacer. Mais pour cela, il faut extraire le matériau. Les partenaires du projet ne veulent pas se contenter d’une solution de facilité (la mise en décharge); ils espèrent récupérer 20 % du phosphore, réutilisable sous forme d’engrais. Les chercheurs envisagent deux pistes : soit utiliser directement le matériau saturé, soit le traiter de manière à libérer le phosphore.

Pieter Van Aken : « L’étude focalisée sur la récupération du phosphore est en cours. Pour l’instant, nous avons réussi à montrer qu’un lessivage du matériau avec un alcalin permet de récupérer le phosphore sans trop dégrader le matériau d’adsorption. Toutefois, il nous reste à trouver un moyen de limiter la perte de fer pendant le rinçage. Nous allons étudier s’il serait possible de précipiter le phosphore, comme le phosphate de calcium, par exemple. Entretemps, nous prenons déjà contact avec des éventuels clients-utilisateurs de phosphore, par exemple, les producteurs d’engrais artificiels. »

En tout cas, la réutilisation du phosphore et des matériaux de filtration va continuer à faire l’objet de travaux de recherche pendant la phase ultérieure du projet, « nous pourrons alors déterminer dans quelle mesure la méthode serait applicable à grande échelle. »

L’avenir

Il restera ensuite à valider les matériaux les plus prometteurs ; les essais sur le terrain montreront si le phosphore capté par filtration est réutilisable comme engrais. Finalement, pour améliorer la qualité de l’eau, il faudra s’intéresser à la manière de traiter les effluents générés par les activités agricoles.

Les partenaires du projet souhaitent que d’autres entreprises intéressées apportent leur avis ou participation à la phase finale; ils souhaitent que les résultats du projet soient diffusés aussi largement que possible. Le groupe cible est celui des agriculteurs et horticulteurs, ainsi que les instances locales, régionales et nationales. Les partenaires du projet signalent qu’ils sont également intéressés par les innovations en matière de technologie ou matériaux de filtration qui pourraient être intégrés dans le projet. Pour plus d’informations, vous pouvez prendre contact avec Charlotte Boeckaert (cb@vlakwa.be).

Par Koen Vandepopuliere

http://northsearegion.eu/nuredrain/