Le Centre UNEP-DHI, partenaire du Programme des Nations unies pour l’environnement, publie un guide technique consacré aux émissions de gaz à effet de serre du traitement des eaux usées. Le document dresse l’état des connaissances, décrit les méthodes de mesure et recense les leviers de réduction déjà éprouvés. En voici les principaux enseignements.
Un secteur émetteur longtemps passé sous le radar
Le traitement des eaux usées représenterait entre 0,5 et 1 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre. C’est un ordre de grandeur comparable à celui de l’aviation, du transport maritime, de la production de ciment ou de l’industrie chimique. Le secteur pèse surtout sur deux gaz particulièrement puissants : il serait à l’origine de 3 à 7 % des émissions mondiales de protoxyde d’azote (N2O) d’origine humaine et de 7 à 10 % de celles de méthane (CH4).
Ces deux gaz expliquent l’enjeu. Sur un horizon de cent ans, le N2O a un pouvoir de réchauffement 273 fois supérieur à celui du CO2, le méthane de 27 à 30 fois supérieur.
D'où viennent les émissions ?
Le guide reprend la classification en trois périmètres du GHG Protocol.
- Les émissions directes (scope 1) proviennent des procédés eux-mêmes. Le N2O se forme lorsque les étapes biologiques d’élimination de l’azote (nitrification et dénitrification) sont incomplètes ou déséquilibrées. Le méthane apparaît dans toutes les zones privées d’oxygène : réseaux d’égouts, fosses septiques, lagunes, digesteurs, stockage des boues.
- Les émissions liées à l’énergie (scope 2) dépendent de la consommation électrique, dominée par l’aération (40 à 60 % de la demande), et du mix énergétique local. En Europe, l’intensité carbone de l’électricité varie de 8 g CO2e/kWh en Suède à 594 g en Pologne.
- Les émissions indirectes (scope 3) couvrent les réactifs chimiques, la gestion et l’élimination des boues, les rejets d’effluents et la construction des ouvrages.
À mesure que les réseaux électriques se décarbonent, les auteurs estiment que les émissions de procédé deviendront la part dominante du bilan des stations centralisées.
Des émissions souvent sous-estimées
Le GIEC a nettement relevé en 2019 son facteur d’émission par défaut pour le N2O, fixé désormais à 1,6 % de l’azote entrant. Les campagnes de mesure montrent pourtant une très forte variabilité : certaines stations dépassent 8 %, et le N2O peut représenter jusqu’à 86 % des émissions directes d’une installation. Une méta-analyse portant sur plus de 200 sites confirme que certaines configurations, comme les réacteurs séquentiels (SBR) et les bioréacteurs à membrane, émettent en moyenne davantage.
L’assainissement non collectif n’est pas en reste. Fosses septiques et lagunes sont d’importantes sources de méthane, et leurs émissions directes sont proportionnellement plus élevées qu’en station centralisée, faute de contrôle et de suivi. Les solutions fondées sur la nature ont en revanche une faible empreinte énergétique et matérielle.
Côté boues, la digestion anaérobie reste une source majeure de méthane, souvent sous-estimée par les facteurs standards. Parmi les filières d’élimination, la mise en décharge est jugée la moins favorable.
Mesurer avant d'agir
Le guide détaille trois niveaux d’estimation définis par le GIEC, des facteurs par défaut jusqu’aux mesures directes et à la modélisation. Il recommande de cibler en priorité les installations à risque, de réaliser une évaluation préliminaire, de vérifier les points chauds identifiés, puis d’utiliser les modèles de procédé pour estimer les émissions entre deux campagnes.
Deux familles de leviers
Le guide distingue deux approches complémentaires : des choix structurants, à intégrer lors de la conception ou de la rénovation lourde des installations, et des ajustements d’exploitation, réalisables sans transformer les infrastructures.
→ Planifier autrement
Les leviers de planification impliquent des investissements et une coordination entre acteurs de l’eau et de l’énergie, mais ils transforment durablement le bilan carbone des installations.
- Valoriser le biogaz. Brûler le méthane le transforme en CO2, bien moins réchauffant, tout en produisant une énergie renouvelable. La cogénération atteint des rendements de 65 à 80 %. Au Brésil, la compagnie d’assainissement de São Paulo alimente depuis 2018 une flotte de 40 véhicules avec du biométhane issu de sa station de Franca.
- Récupérer la chaleur des eaux usées. Celles-ci quittent logements et industries entre 10 et 25 °C. À Vienne, des pompes à chaleur en extraient 55 MW depuis 2023, de quoi chauffer 56 000 foyers.
- Installer du photovoltaïque. Dans le bassin du Yangtsé, en Chine, les centrales solaires couplées aux stations couvrent en moyenne 20 % de leur consommation, avec un retour sur investissement estimé à environ sept ans.
- Séparer les urines à la source. L’urine concentre jusqu’à 80 % de l’azote et 50 % du phosphore des eaux domestiques pour moins de 1 % du volume. Selon des simulations, en détourner 90 % réduirait de 98 % les émissions directes de N2O. L’expérience de Durban, en Afrique du Sud, avec plus de 85 000 toilettes à séparation installées, montre aussi que l’adhésion des usagers conditionne la réussite.
- Décentraliser et réutiliser. Des systèmes plus proches des usagers limitent les réseaux, le pompage et les travaux. La réutilisation de l’eau traitée, la récupération du phosphore et de l’azote ou la production de bioplastiques à partir de bactéries épuratrices inscrivent l’assainissement dans l’économie circulaire. L’analyse de cycle de vie permet de vérifier que ces choix réduisent réellement l’empreinte globale.
→ Optimiser l'existant
Le guide insiste sur un potentiel « largement sous-exploité » d’interventions ciblées et peu coûteuses, portant principalement sur les deux gaz de procédé.
Pour le méthane, la détection et la réparation régulière des fuites permettraient de diviser par deux les émissions fugitives. Une torchère peu performante peut détruire moins de 60 % du méthane. À la station d’Ejby Mølle, au Danemark, un stockage des boues couvert et raccordé au circuit de biogaz a réduit les émissions de méthane de 45 %, et le bilan total du site de 56 %.
Pour le N2O, jusqu’à 56 % des émissions pourraient être évitées à court terme par l’optimisation des procédés. Les leviers identifiés sont la gestion fine de l’oxygène dissous (aération intermittente, consignes basses et stables), l’équilibre carbone/azote, le lissage des pointes de charge et le contrôle du pH. Dans un SBR, une consigne d’oxygène abaissée à 0,5 mg/L a réduit le facteur d’émission de 35 %.
Les auteurs mettent toutefois en garde : intensifier un procédé peut déplacer le problème. À Blue Plains, aux États-Unis, l’ajout d’une hydrolyse thermique a accru de 54 % la consommation de méthanol, un réactif d’origine fossile.
Des cadres réglementaires qui se durcissent
La directive européenne révisée sur les eaux urbaines (2024) impose la neutralité énergétique des stations de plus de 10 000 équivalents-habitants d’ici 2045, ainsi que le suivi de leurs émissions. Le Danemark vise une réduction de moitié des émissions de N2O de ses stations. À l’échelle mondiale, l’Engagement mondial sur le méthane fixe un objectif collectif de réduction d’au moins 30 % d’ici 2030 par rapport à 2020.
Le guide rappelle enfin que près de 44 % des eaux usées domestiques ne sont pas traitées de manière sûre dans le monde. Les stations qui seront construites pour atteindre l’objectif de développement durable 6.3 auront donc tout intérêt à intégrer la contrainte carbone dès la conception.
Une démarche en plusieurs temps
Les auteurs proposent aux exploitants comme aux décideurs publics une progression claire : comprendre les émissions à partir des données existantes, mesurer lorsque les incertitudes persistent, identifier les principaux contributeurs, fixer des objectifs ambitieux mais réalistes, mobiliser les instruments réglementaires et financiers, puis agir sur deux fronts, l’optimisation des installations existantes et une planification systémique des nouvelles.
Ce que cela implique pour le bâtiment et les territoires
Si le guide cible d’abord les stations d’épuration, plusieurs de ses conclusions concernent directement l’aménagement : choix d’assainissement autonome, réutilisation des eaux traitées, récupération de chaleur sur les réseaux, recours aux solutions fondées sur la nature. Autant de décisions qui se prennent en amont des projets.