Produire de l'énergie décarbonante en valorisant les eaux usées

Face aux défis climatiques et énergétiques, les collectivités territoriales sont en première ligne pour répondre à un triple enjeu : réduire leurs émissions de carbone, assurer la sécurité énergétique des territoires et garantir des prix abordables pour leurs citoyens.
Produire de l'énergie décarbonée en valorisant les eaux usées

La méthanisation des boues d’épuration et la production d’énergie verte associée peut y contribuer de façon décisive. En transformant les boues en biogaz, elle permet de produire de la chaleur ou d’alimenter le réseau municipal de bus. Une démarche aux multiples avantages : en plus de diminuer le volume de déchets issus de l’assainissement, elle est une concrétisation tangible des politiques locales de développement durable.

Il est donc essentiel de créer et d’animer de véritables filières locales de valorisation, en créant des synergies entre les collectivités, le monde agricole, les industries agro-alimentaires et la grande distribution.

Propositions pour vos projets de territoires

Pour 2026, vous pouvez vous engager à :

  •  Proposition n°36  Transformer les stations d'épuration du territoire en unités de production d'énergie positive d'ici 2030. L'objectif : produire suffisamment de biogaz pour alimenter la flotte de bus municipaux et fournir de l'énergie verte à prix abordable aux foyers de la commune.
  •  Proposition n°37  Valoriser 100% des boues d'épuration en biogaz et en engrais agricoles. Cette action permettra d'alimenter en énergie verte l'ensemble des bâtiments publics de la collectivité, de réduire les déchets et d'offrir aux agriculteurs locaux un engrais naturel à coût réduit, renforçant ainsi l'économie circulaire du territoire.
  •  Proposition n°38  Déployer des panneaux solaires sur la station d’épuration pour maximiser sa production d'énergie, tout en limitant l'artificialisation de nouvelles terres.
  •  Proposition n°39  Chauffer la piscine municipale avec l’énergie tirée des eaux usées de la commune, et sécuriser son ouverture y compris en cas de nouvelle hausse des coûts de l’énergie. Le bilan écologique de la piscine pourra par ailleurs être optimisé en optimisant les cycles de renouvellement de l’eau des bassins et en veillant à sa réutilisation.

> Retrouvez les 70 propositions pour vos nouveaux projets de territoire

Les faits

- 300 millions de tonnes de CO2
La valorisation des boues et déchets organiques en biogaz et en amendements agricoles abaisserait de 300 millions de tonnes les émissions de CO2 d’ici 2050 dans le monde, en évitant l’extraction de sources d’énergies fossiles et donc les émissions associées.

- 95 %
Les véhicules fonctionnant au biogaz réduisent de 95% les émissions de particules fines et de 80% celles de CO2.

13°
C'est la température minimale à laquelle circulent les eaux usées dont la chaleur est récupérée.

Les ambitions

2,13 milliards de kilowattheures
C’est le potentiel de production de gaz vert issu des stations d’épuration, équivalent à environ 20 % de l’énergie produite par des centrales gaz en France.(1)

+ 30 %
En mobilisant tout le potentiel de méthanisation des stations d’épuration, la France dépasserait de 30 % les objectifs fixés par la loi de transition énergétique pour la croissance verte : 10 % de gaz vert dans les réseaux d'ici 2030.

🔎 Que dit la réglementation ?

Zoom sur la stratégie française en termes de neutralité carbone

La stratégie française sur l’énergie et le climat (SFEC) est la feuille de route de la France pour atteindre la neutralité carbone en 2050. Elle est composée de différents documents programmatiques :

  • La Stratégie nationale bas-carbone (SNBC) ;
  • Le plan national d'adaptation au changement climatique (PNACC) ;
  • La programmation pluriannuelle de l'énergie (PPE).

Selon la SFEC, au 30 septembre 2024, 710 installations ont injecté du biométhane dans les réseaux de gaz naturel. Leur capacité s’élève à 13,1 TWh/an.

Le document soumis à consultation fin 2023 adresse les objectifs suivants pour le développement du biogaz et du biométhane :

  • Doubler notre rythme de déploiement du biogaz et des réseaux de chaleur d’ici 2030 et quadrupler le rythme de déploiement de la géothermie ;
  • Passer de 10,5 TWh/an de biogaz produit par an en 2023 à 50 TWh/an en 2030 (soit 15 % de biogaz injectés dans les réseaux de gaz par an). En 2035, la production de biogaz par méthanisation pourrait être comprise entre 50 et 85 TWh.

Ces points seront à suivre notamment dans le cadre des débats à venir sur la SNBC, le PNACC et la PPE.


S'engager, à l'échelle des territoires, dans une stratégie à énergie positive

La méthanisation des boues d'épuration n'a rien d'un projet technique : elle est avant tout un projet de territoire, à même de mettre en cohérence plusieurs politiques publiques – assainissement, mobilité, réseau d'énergie, développement durable...

Produire une énergie locale, renouvelable et décarbonée nécessite donc une réflexion en amont.

Il s'agit notamment de définir les objectifs en termes d'usages : souhaite-t-on produire de la chaleur ? De l'électricité ? Du biocarburant ? Pour qui – les habitants, les services publics ?

Ce type de projet gagne à être abordé en dépassant les fonctionnements en silo, et à être mis au cœur des stratégies de territoires, pour leur permettre de renforcer leur résilience et de s’engager efficacement dans la baisse de leurs émissions de gaz à effet de serre.

Un exemple emblématique est celui de la Communauté Urbaine d’Arras (CUA), la première collectivité en France à avoir signé, en octobre 2018, un Contrat de transition écologique (CTE) avec l'État. Veolia s’est pleinement associé à cette démarche, grâce notamment à Eurametha dont il est l'un des 4 actionnaires associés, aux côtés de la CUA, d’Engie et du SMAV (Syndicat Mixte Artois Valorisation). Cet imposant technocentre s’impose comme une vitrine régionale de la méthanisation. Opérationnel fin 2024, il permet de produire du gaz vert, à partir de déchets collectés dans un rayon de quelques kilomètres. L'équivalent à la consommation de 2 000 foyers. Lieu de production, Eurametha sera également un espace de formation et un lieu de recherche et de développement en matière de méthanisation.

Image d’une unité de méthanisation appartenant à un agriculteur en Loire-Atlantique pour la valorisation des biodéchets

Valoriser les eaux usées : de multiples bénéfices

  • une meilleure acceptabilité de l'assainissement auprès des riverains,
  • une contribution pour aller vers un bilan carbone neutre du service d’assainissement,
  • une production énergétique locale, pouvant être utilisée localement,
  • une opportunité de garantir une fourniture du réseau de transport public en énergie verte,
  • la possibilité de fournir les logements à proximité avec une énergie à moindre coût,
  • un levier d’attractivité du territoire.

Des eaux usées à la production de biogaz, comment ça marche ?

Grand Auch Methanisation Biogaz

Les boues issues du traitement des eaux usées vont subir un processus naturel de fermentation, dont le résultat est la production de biogaz.

Ce gaz vert est capté avant d’être acheminé, soit vers une unité de purification et d’injection vers le réseau de gaz naturel, soit vers une unité de cogénération qui permet de produire à la fois de la chaleur et de l’électricité. La combustion du gaz dans des moteurs met alors en mouvement des alternateurs produisant de l’électricité : une partie est utilisée sur place tandis que le reste est livré au réseau électrique public haute tension.

La chaleur résiduelle de la combustion peut être transférée par échangeur thermique au réseau de chaleur de l’agglomération, d'un industriel ou d’un exploitant agricole.


Transports propres, chauffage, engrais : s'inspirer des meilleures pratiques pour réussir

Grâce à la méthanisation des eaux usées, plusieurs collectivités ont déjà franchi le pas d’alimenter leur réseau de transports au gaz vert. D'autres usages sont également possibles, comme le chauffage de foyers à proximité ou la mise à disposition d’électricité verte. Cette production d’énergie renouvelable est de plus toujours combinée avec une production d’engrais organiques pour le monde agricole.

L'unité de méthanisation de la station d’épuration du Reyran, dans le Var, permet de diminuer de plus de 30% les boues et de produire du biogaz.

Fruit d'un partenariat entre Esterel Côte d'Azur Agglomération et Veolia, et première installation de ce type dans la Région Sud-Paca, elle produit 700 000 m3 de méthane, soit l’équivalent de la consommation de 3 000 personnes par an.

La valorisation des boues de la station d'épuration offre aussi un carburant vert aux transports publics : le biométhane produit correspond à la consommation de plus de 40 % du réseau de transport public de bus.

Plébiscité par le public, le projet de production de gaz vert par la station d’épuration du Reyran a reçu le Grand Prix de l'infrastructure durable.

L'unité de production de biométhane implantée sur  la station d’épuration de Perpignan fournit depuis septembre 2018 l’équivalent de la consommation annuelle de 1 200 logements. D'ici fin 2027, elle sera en mesure de produire 20 % de biogaz en plus.

S’inscrivant dans le plan régional TEPOS 2050 (Territoire à Énergie Positive d'ici 2050), cette démarche intègre également un partenariat vertueux avec le fournisseur d’énergie choisi par la collectivité, Save Energies.

Pour le compte du Syndicat Mixte pour l'Aménagement Hydraulique des vallées du Croult et du Petit Rosne (SIAH) qui traite les eaux usées de 35 communes de l'Est du Val d'Oise, Veolia a piloté la conception et la construction de la station d'épuration de Bonneuil-en-France, dont elle assure l'exploitation et la maintenance. 
La mise en œuvre de technologies innovantes a permis d'exploiter les eaux usées pour produire de l'énergie verte et réduire la dépendance du SIAH aux carburants fossiles. 
Ainsi, les boues générées par le procédé d'épuration servent à produire du biogaz, qui est injecté dans le réseau de gaz existant. Cette source d'énergie verte renouvelable correspond à la consommation de gaz annuelle de 1 750 logements neufs chauffés au gaz. 
La chaleur produite par les eaux traitées est également récupérée grâce à la solution Energido pour chauffer les bâtiments administratifs et techniques.

Après traitement, une partie des eaux usées est réutilisée comme eau industrielle, diminuant ainsi la pression sur la ressource en eau afin d'atténuer les effets du changement climatique. Enfin, le traitement des eaux usées par des procédés biologiques permet d'éliminer les matières organiques et l'azote, responsables de la prolifération des algues et de la détérioration de l'écosystème aquatique.

Traitement des eaux usées de 35 communes du Val d'Oise → 12 000 m3 de biogaz produit par jour

Se servir de la chaleur des eaux usées comme source d’énergie pour chauffer l’eau des piscines, voire des bâtiments, c’est ce que permet la technologie Energid'O. Aujourd’hui en France, 16 sites, dont des centres aquatiques, s’appuient sur cette solution qui leur fournit une énergie locale et décarbonée.

Depuis juin 2021, Energid'O permet de chauffer les bassins du 2e centre aquatique français situé à Aulnay-sous-Bois. A Issy-les-Moulineaux, elle permet de chauffer et de fournir de l’eau chaude sanitaire à un ensemble d’immeubles d’habitation.

Les stations d'épuration à énergie positive, c'est possible

La station d'épuration de Sofia, en Bulgarie, gérée par Veolia, illustre l'important potentiel énergétique des boues.

Grâce à la valorisation du biogaz, elle produit aujourd'hui 23 % d’énergie de plus que ce qu'elle consomme, ce qui fait d'elle une des premières stations à énergie positive en Europe. Le surplus a été revendu sous forme d’électricité au gestionnaire du réseau public.
Outre la production d'énergie verte, les avantages environnementaux se traduisent par une réduction de plus de 75 000 tonnes d'émissions de CO2 chaque année.

Cagnes-sur-Mer, la 1ère station d'épuration à énergie positive en France

Plus qu’une station de dépollution des eaux, c'est un site vertueux qui produit plus d’énergie qu'il n'en consomme : elle produit 10,5 gigawatts-heures de biométhane par an pour une consommation de 8,7 gigawatts-heures.

La station de Cagnes-sur-Mer transforme ses boues en énergie verte en injectant du biométhane dans le réseau GRDF et valorise à chaque étape de son process la chaleur et l'énergie disponible. Elle produit du biométhane équivalent à 5 500 habitants chauffés/an.


Déployer des panneaux solaires sur les stations d'épuration pour maximiser la production d'énergie

 Les stations d’épuration (STEP) disposent fréquemment de terrains inexploités, initialement prévus pour d'éventuelles extensions futures des installations. Ces espaces représentent une opportunité de valorisation temporaire du foncier pour les collectivités locales.

En effet, plutôt que de laisser ces terrains inutilisés, les collectivités peuvent envisager des solutions innovantes pour optimiser ces espaces, comme l’installation de panneaux solaires photovoltaïques. Cette approche permet non seulement de rentabiliser le foncier disponible, mais aussi de répondre à des besoins locaux spécifiques pendant une période déterminée.

L'utilisation de ces terrains pour la production d'énergie solaire offre de nombreux avantages aux collectivités en termes de :

  • Valorisation financière : la production d'électricité solaire permet de générer des revenus supplémentaires pour la collectivité, soit par la vente de l'électricité produite, soit par des économies sur la facture énergétique de la STEP.
  • Autonomie énergétique : l'électricité produite peut être utilisée directement pour alimenter la station d'épuration, réduisant ainsi sa dépendance énergétique.
  • Transition énergétique : cette initiative contribue aux objectifs de transition écologique en augmentant la part d'énergies renouvelables dans le mix énergétique local.
  • Optimisation des ressources : l'utilisation de terrains déjà artificialisés évite la consommation d'espaces naturels ou agricoles pour l'installation de panneaux solaires.
  • Flexibilité d'utilisation : les installations photovoltaïques peuvent être conçues de manière modulaire, permettant un démontage facile si le terrain devient nécessaire pour l'extension de la STEP.
  • Image : ce projet démontre l'engagement de la collectivité dans des actions concrètes pour l'environnement, renforçant son image auprès des citoyens.

En outre, l'adéquation entre la production d'énergie solaire et le fonctionnement diurne des STEP, conjuguée à leur profil de consommation stable et élevé, fait de l'autoconsommation solaire une solution particulièrement pertinente et efficace pour ces installations. 

Angers - Une nouvelle centrale solaire photovoltaïque dédiée à la production et à l’autoconsommation d’électricité renouvelable pour la station d’épuration de la Baumette

Centrale solaire photovoltaïque, les Baumettes, Angers

Inaugurée à l’été 2024, la centrale photovoltaïque de la station d'épuration de la Baumette, composée de près de 2 300 panneaux solaires installés sur un hectare, produira annuellement 1,15 GWh d'électricité. Cette production, entièrement dédiée à la station d'épuration, couvrira environ 13 % de ses besoins en électricité, permettant une avancée significative vers l'autoconsommation et la réduction de son empreinte carbone.

Ce projet a été conçu pour être vertueux tant par son objet que par ses modalités de mise en œuvre. La prairie, sur laquelle se trouve la nouvelle centrale photovoltaïque, restera entretenue par des moutons. Un aménagement paysager a également été mis en place autour des panneaux solaires pour cacher l'arête de ceux-ci aux promeneurs des bords de Maine et préserver la qualité visuelle de l’environnement. Enfin, 85 % des panneaux cristallins pourront être recyclés après les 25 ans d’exploitation de la centrale.

Par ailleurs, la station d’épuration se distingue déjà par ses efforts en matière d’optimisation énergétique, notamment avec une unité de valorisation de biogaz, une pompe à chaleur pour récupérer l’énergie des eaux usées et de manière globale, la récupération de chaleur sur différents procédés de traitement. La station prévoit également de réutiliser les eaux usées traitées pour l'arrosage des espaces verts en période de sécheresse, contribuant ainsi à la résilience face au changement climatique.

Cette nouvelle centrale solaire photovoltaïque témoigne de l’engagement d’Angers Loire Métropole pour la transition écologique, tout en renforçant l’autonomie et la maîtrise des coûts énergétiques du territoire.


Notes et références

1 ADEME