Projet Red-SuN

Coordinateurs :

REVERSAAL (INRAE)

Contacts :

Sylvie GILLOT – sylvie.gillot(at)inrae.fr

Flora GIRARD –  flora.girard(at)inrae.fr

Période d’activité :

2026-2029

Financement :

Agence Nationale de la Recherche (ANR), sous recommandation de l’appel européen Water4all

Partenaires :

• Aalto University, Finlande
• Ghent University, Belgique
• Gdansk Tech, Pologne
• INSA Toulouse, France

Contexte :

La directive révisée de l’Union européenne (UE) sur le traitement des eaux usées urbaines, attendue depuis longtemps, a été récemment approuvée par le Conseil de l’UE, le 5 novembre 2024. La nouvelle réglementation imposera une réduction supplémentaire des émissions d’azote vers les masses d’eau, qui sont à l’origine d’un stress écologique grave et d’une perte de biodiversité. Des valeurs limites plus strictes pour l’élimination de l’azote seront imposées non seulement aux stations d’épuration de grande taille [> 150 000 équivalents-habitant (e.h.)], mais aussi aux stations d’épuration de taille moyenne situées dans des zones sensibles à l’eutrophisation. La directive révisée fixe également un objectif de neutralité énergétique du secteur des eaux usées d’ici 2040 au niveau des États membres, dans le but d’aligner la directive relative au traitement des eaux résiduaires urbaines (DERU) sur les autres politiques de l’UE.

Il est donc plus que jamais nécessaire de développer et d’évaluer des solutions innovantes et durables pour la gestion de l’azote présent dans les eaux usées ; de plus, ces défis urgents offrent des opportunités, telles que la récupération de l’azote. La récupération de l’azote et du phosphore issus des eaux usées permet d’obtenir des produits de valeur sous diverses formes. Bien qu’il existe toute une gamme de technologies permettant d’éliminer l’azote des eaux usées, celles qui sont innovantes et conformes à la directive européenne révisée doivent encore être perfectionnées, tout comme les technologies de récupération de l’azote. Le choix entre des solutions d’élimination ou de récupération afin de se conformer à la directive européenne révisée nécessitera le développement de nouveaux outils d’évaluation combinant plusieurs critères et proposant des solutions techniques à la fois innovantes et durables.

Objectifs

L’objectif principal du projet Red-SuN est de favoriser le développement et la mise en œuvre de filières innovantes et durables pour éliminer et/ou récupérer l’azote des eaux usées dans le cadre de la directive européenne révisée relative au traitement des eaux résiduaires urbaines. Les concentrations d’azote plus faibles imposées dans les eaux usées traitées par la directive révisée créent de nouvelles opportunités prometteuses, non seulement pour améliorer les procédés d’élimination de l’azote, mais aussi pour réaliser une percée dans les procédés de récupération de l’azote et ainsi boucler le cycle de l’azote dans les stations d’épuration. De plus, l’objectif du projet contribuera à la réalisation de l’objectif de neutralité carbone de l’UE, ainsi qu’à la réduction des émissions de gaz à effet de serre et, par conséquent, de l’empreinte carbone globale des stations d’épuration.

Organisation

Le projet Red-SuN porte sur les stations d’épuration (ou plutôt les installations de traitement des eaux usées) à grande échelle, couvrant des agglomérations de 10 000 EH à plus de 150 000 EH, sur la période 2022-2024. La vision du projet Red-SuN repose sur le fait que la mise en conformité avec la directive révisée relative au traitement des eaux usées urbaines favorisera l'innovation en matière de gestion des nutriments présents dans les eaux usées.

La coordination de l’ensemble des partenaires s’articule autour de sept groupes de travail interdépendants, avec WP0 pour la coordination (Sylvie Gillot et Flora Girard) et WP6 pour l’exploitation et la dissémination des résultats.

WP1 Rôle de la récupération de l’azote dans la mise en conformité future - INRAE REVERSAAL (Sophie Guillaume Ruty)

Définir la situation actuelle en matière de traitement et de récupération de l’azote en France, en Finlande, en Pologne et en Flandre

WP2 Technologies de récupération de l’azote : évaluation et optimisation – Gdańsk Tech

Évaluation et optimisation des technologies existantes et innovantes de récupération de l’azote à partir des eaux usées et des boues, y compris l’évaluation des produits azotés récupérés dans le contexte d’une économie circulaire.

WP3 Garantir l’objectif « zéro émission nette » – inventaire de l’empreinte carbone des technologies existantes et émergentes - Université d’Aalto

Afin de mettre au point un modèle de calcul de l’empreinte carbone, les technologies existantes et émergentes identifiées dans les WP1 et 2 seront examinées en détail.

1. inventaire et mesure du N₂O

2. développement d’un modèle pour calculer l’empreinte carbone et début de la collecte de données issues d’autres projets

WP4 Activités multidisciplinaires, y compris les interactions avec les parties prenantes – INSA Toulouse

1. Impliquer les parties prenantes dans la définition et la pondération des critères pour l’évaluation multicritères.

2. Co-construire les scénarios avant de procéder à la simulation et à l’optimisation.

3. Partager et co-évaluer les scénarios d’élimination et de récupération de l’azote ainsi que leur reproductibilité.

4. Synthétiser les retours d’expérience des parties prenantes pour de futurs outils/approches de prise de décision.

WP5 Optimisation multicritères et évaluation des schémas intégrés - Université de Gand

Afin d’évaluer et de comparer les filières d’élimination et de récupération de l’azote à l’échelle de l’usine, trois études de cas seront évaluées par modélisation. Une méthode d’optimisation multicritères doit être développée, incluant les indicateurs clés de performance (KPI) qui seront convenus dans d’autres WP.

Retombées attendues

En combinant les pratiques actuelles de pointe avec des technologies innovantes d’élimination et de récupération, Red-SuN développera et validera une méthodologie permettant de sélectionner les meilleures solutions à mettre en œuvre, afin de moderniser ou de repenser les installations existantes, en mettant particulièrement l’accent sur l’identification des moments, des modalités et de l’ampleur dans lesquels la récupération de l’azote est viable tant sur le plan économique qu’environnemental. L’axe de recherche principal de Red-SuN portera sur l’élimination et la récupération de l’azote dans les eaux usées. Néanmoins, les options de récupération du phosphore seront également prises en compte lors des évaluations, car elles peuvent interagir avec la gestion de l’azote. L’élimination des micropolluants, également visée par la directive révisée relative au traitement des eaux usées urbaines, sera prise en compte dans la mesure où elle influe sur l’empreinte carbone de la station d’épuration.

Le développement de cette méthodologie nécessite de combler les lacunes en matière de données concernant les performances des nouvelles techniques de récupération de l’azote, la qualité des produits récupérés et l’empreinte carbone des processus de traitement et de récupération.

La méthode proposée repose sur l’utilisation d’une modélisation à l’échelle de l’installation, ce qui nécessite le développement et la validation de modèles spécifiques pour les processus de récupération de l’azote. La méthodologie sera développée et illustrée à l’aide de trois études de cas. Les critères à inclure dans l’évaluation ainsi que l’identification des études de cas pertinentes seront établis en étroite collaboration avec les principales parties prenantes, à savoir les autorités chargées de la gestion de l’eau et les services publics.