Une nouvelle étude menée par l'Université Northwestern et l'Université de l'Illinois Urbana-Champaign révèle que les usines de traitement des eaux usées aux États-Unis émettent l'équivalent d'environ 47 millions de tonnes métriques de dioxyde de carbone (CO2) chaque année. Cette recherche, publiée dans la revue Nature Water, souligne un rôle des gaz à effet de serre, le méthane et l'oxyde nitreux, plus important que ce qui était précédemment estimé, dépassant les chiffres gouvernementaux actuels de 41%.
Ces résultats offrent une perspective plus claire sur la contribution du secteur au changement climatique et identifient des opportunités de décarbonisation. Les chercheurs ont analysé les données de plus de 15 000 installations de traitement à travers le pays pour établir ce bilan environnemental détaillé.
Points Clés
- Les usines de traitement des eaux usées américaines émettent l'équivalent de 47 millions de tonnes de CO2 par an.
- Les émissions de méthane et d'oxyde nitreux sont 41% plus élevées que les estimations officielles.
- Le méthane représente 41% des émissions totales, l'oxyde nitreux 24%.
- Des solutions existent pour réduire ces émissions, comme la réparation des fuites de digesteurs.
- De nouvelles technologies sont nécessaires pour une décarbonisation plus poussée.
Émissions de gaz à effet de serre sous-estimées
L'étude met en évidence que les estimations précédentes des émissions des usines de traitement des eaux usées étaient incomplètes. Le méthane et l'oxyde nitreux, deux gaz à effet de serre très puissants, jouent un rôle prépondérant. Ces gaz proviennent directement des processus de traitement des eaux.
Jennifer Dunn, auteure principale de l'étude et professeure de génie chimique et biologique à la McCormick School of Engineering de Northwestern, a exprimé sa surprise face à ces découvertes. « Voir clairement comment le méthane et l'oxyde nitreux sont les principaux acteurs a été assez frappant », a-t-elle déclaré.
Mme Dunn, également directrice du Centre pour l'ingénierie de la durabilité et de la résilience, estime qu'une meilleure compréhension de ces émissions permettra de cibler plus efficacement les efforts de réduction.
Le saviez-vous ?
- Les usines de traitement des eaux usées aux États-Unis traitent des milliers de milliards de gallons d'eau chaque année.
- Le méthane a un potentiel de réchauffement global bien plus élevé que le CO2 sur une période courte.
- L'oxyde nitreux est également un puissant gaz à effet de serre, avec un potentiel de réchauffement environ 300 fois supérieur à celui du CO2 sur 100 ans.
Une comptabilité environnementale complète
Pour obtenir une image complète du coût climatique du traitement des eaux usées, les chercheurs ont pris en compte plusieurs facteurs. Ils ont évalué non seulement les émissions directes des processus de traitement, mais aussi celles liées à la production de l'énergie et des produits chimiques nécessaires au fonctionnement des installations. De plus, les émissions générées par l'élimination des déchets solides après traitement ont été incluses dans l'analyse.
Les résultats montrent que le méthane et l'oxyde nitreux sont les plus grands contributeurs. Le méthane représente 41% des émissions totales, soit l'équivalent de 16 millions de tonnes métriques de CO2. L'oxyde nitreux, quant à lui, constitue 24% des émissions, soit l'équivalent de 12 millions de tonnes métriques de CO2.
« Nous avons constaté qu'il existe des opportunités relativement faciles à saisir pour réduire les émissions de gaz à effet de serre des usines de traitement des eaux usées », a expliqué Jennifer Dunn.
Le méthane et le secret des boues d'épuration
Dans les usines de traitement, les eaux usées et les matières solides qu'elles contiennent subissent plusieurs étapes de traitement. L'objectif est de les rendre suffisamment propres pour être rejetées dans l'environnement. Une méthode courante pour décomposer les solides des eaux usées, ou boues d'épuration, est la digestion anaérobie.
À l'intérieur d'un digesteur anaérobie, des micro-organismes se nourrissent des déchets et produisent du biogaz, composé majoritairement de méthane. Le problème, selon Jennifer Dunn, est que ces digesteurs peuvent fuir. « Le problème avec les digesteurs anaérobies est qu'ils peuvent fuir, et certains digesteurs anaérobies fuient beaucoup », a-t-elle précisé.
Bien que le biogaz puisse être utilisé comme source d'énergie renouvelable, les émissions de méthane dues aux fuites peuvent annuler les bénéfices climatiques. La bonne nouvelle est que ces fuites sont souvent réparables. « C'est quelque chose qui peut être résolu », a affirmé Mme Dunn. « C'est un exemple d'opportunité facile à saisir que nous avons identifiée immédiatement. »
Contexte des émissions de gaz à effet de serre
Les gaz à effet de serre (GES) sont des composés gazeux qui absorbent et émettent des rayonnements infrarouges, contribuant ainsi au réchauffement de l'atmosphère terrestre. Les principaux GES incluent le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et l'oxyde nitreux (N2O). Le méthane est environ 28 à 36 fois plus puissant que le CO2 sur une période de 100 ans, tandis que l'oxyde nitreux est environ 265 à 298 fois plus puissant. La réduction de ces émissions est cruciale pour atteindre les objectifs climatiques mondiaux.
Un besoin d'innovation technologique
Avant d'être suffisamment propres pour être relâchées dans l'eau de surface ou souterraine, les eaux usées doivent souvent être débarrassées de l'excès d'azote. Un excès d'azote peut en effet entraîner une prolifération d'algues et une diminution de l'oxygène dans l'eau, nuisant à la vie aquatique.
Pour éliminer l'azote des eaux usées, de nombreuses usines utilisent un processus appelé nitrification-dénitrification. Ce processus libère de l'oxyde nitreux, un gaz à effet de serre puissant, ainsi que de l'azote inoffensif dans l'air. Parallèlement, d'autres technologies récupèrent l'azote de l'air pour l'utiliser dans des produits comme les engrais.
Cependant, ces technologies sont souvent très énergivores. Développer une méthode pour récupérer l'azote directement des eaux usées pourrait économiser de l'énergie et réduire les émissions. « Si nous pouvions éviter de remettre cet azote dans l'air et l'utiliser pendant que nous l'avons pour fabriquer un produit comme des aliments pour animaux ou des engrais, alors nous progresserions vers une économie circulaire de l'azote », a ajouté Jennifer Dunn.
Perspectives d'avenir et impact mondial
Les chercheurs collaborent actuellement avec des installations de traitement des eaux usées pour collecter des données plus détaillées. Ils affinent également un outil de modélisation open-source que les usines pourront utiliser pour comprendre leurs propres émissions. « De nombreuses municipalités ont des plans d'action climatique et veulent donc agir pour réduire leurs émissions de gaz à effet de serre », a souligné Mme Dunn. « L'un de nos espoirs était que cette étude aiderait les usines de traitement. »
Bien que leur analyse se soit concentrée sur les usines américaines, les méthodes développées peuvent être appliquées à n'importe quelle installation disposant de données appropriées. Avec la croissance continue de la population mondiale et l'expansion des services sanitaires publics, la décarbonisation du traitement des eaux usées à l'échelle mondiale sera essentielle pour atteindre les objectifs climatiques.
« C'est un secteur substantiel, et il a besoin d'attention », a conclu Jennifer Dunn. L'étude, intitulée « Benchmarking greenhouse gas emissions from US wastewater treatment for targeted reduction », a été publiée dans Nature Water. Les informations fournies par l'Université Northwestern sont cruciales pour orienter les futures stratégies environnementales.
