FREEZEPEE

L’urine, principale source de nutriments présents dans les eaux usées, est aujourd’hui perçue comme un polluant. Sa valorisation sous forme d’urinofertilisant, plutôt que son traitement énergivore en station d’épuration et l’usage d’engrais de synthèse en agriculture, offre de nombreux avantages : limiter la consommation d’eau et d’énergie, réduire la dépendance aux exploitations minières et d’amoindrir les impacts environnementaux de l’agriculture via une meilleure gestion des cycles biogéochimiques. 

Cependant, la faible concentration en nutriments contenus dans l’urine reste faible et de grands volumes nécessitent de grands volumes, posant des défis de stockage, transport et épandage. Les procédés actuels de concentration, comme la distillation ou l’osmose, restent énergivores ou sous-dimensionnés. Récemment, des travaux sur la concentration par congélation directionnelle ont permis le traitement de grands volumes et la diminution des coûts énergétique.

FreezePee vise à caractériser le nouveau procédé de concentration par congélation directionnelle et les urino-fertilisants produits, tout en établissant un inventaire des procédés existants de concentration des nutriments et des filières de valorisation de l’urine en agriculture. Intégré au programme de rechercheaction OCAPI, il ambitionne d’accompagner l’émergence des filières de valorisation de l’urine humaine les plus pertinentes selon les contextes territoriaux.  

Le projet sera porté sur trois enjeux majeurs :  

1) Réaliser une concentration des nutriments de l’urine avec une faible consommation énergétique ;  

2) Limiter la volatilisation de l’azote ;

3) Améliorer la connaissance du devenir des micropolluants organiques.  

Un objectif clé de FreezePee consiste à développer un démonstrateur à visée pédagogique présentant les problématiques liées au système actuel d’alimentation-excrétion en France et les solutions existantes. 

Le projet commencera par l’étude du procédé de concentration par congélation directionnelle (lot 1). Cette première partie verra le déploiement d’un dispositif complet de traitement de l’urine comprenant le stockage, la stabilisation par nitrification (procédé Pitribon), la filtration sur charbon actif et la concentration des nutriments. Ainsi la consommation d’énergie et l’efficacité du traitement seront évaluées aux différentes étapes (nombre de cycles, températures de fonctionnement). L’urino-fertilisant obtenu (nommé Freezurin) sera également caractérisé (composition en nutriments, micropolluants). Un rapport sur l’installation des équipements de traitement et l’optimisation de leur fonctionnement sera réalisé ainsi qu’une synthèse des données expérimentales obtenus pour la caractérisation du Freezurin. Ces connaissances pourront être utilisées pour réaliser une ACV du Freezurin.
En parallèle, une synthèse des filières existantes et émergeantes sera réalisé avec pour objectif d’établir un inventaire et la publication d’une revue associée (lot 2). Une attention particulière sera portée à la comparaison des différents procédés de concentration existants et envisageables, leur consommation énergétique et leurs potentialités de développement en France. Un démonstrateur sera réalisé pour soutenir la diffusion de ces connaissances sur le campus de l’Ecole des Pont ParisTech. Le lot 3 s’axera autour d’essais en champs du Freezurin (fertilisation de micro-parcelles de blé sur le plateau de Saclay), de l’évaluation de son intérêt agronomique et de la volatilisation de l’ammoniac (en conditions contrôlées nécessaires au modèle Volt’Air puis en champs). Ces analyses seront également effectuées sur d’autre urino-fertilisants pour comparaison et alimentation du lot 2.

De nouvelles connaissances sur le potentiel et les limites de la congélation directionnelle et sur l’intérêt des uriono-fertilisants sont attendues, ainsi que sur l’ensemble des étapes de la valorisation des urines.  

Cette évaluation et sa comparaison avec les filières déjà existantes permettra l’émergence d’une nouvelle filière en France à travers la formulation d’aides aux décideurs, communautés et agriculteurs, dynamisant les emplois locaux. Le retour au sol des nutriments permet de limiter les consommations d’énergies, d’eau et la pollution engendrées par l’utilisation des engrais conventionnels ainsi que le traitement en station d’épuration en plus de favoriser le bouclage des cycles biogéochimiques. 

La publication d’une revue bibliographique sur les filières de valorisation des urines en agricultures est prévue ainsi que l’édition de documents (brochures, rapports, etc) résumant les problématiques et solutions/filières à destination des agriculteurs et des communes. Un démonstrateur au sein de l’Ecole des Pont ParisTech est également prévue, accueillant l’exposition des problématiques des systèmes linéaires de production/excrétion actuels et les solutions existantes notamment à travers la présentation des filières de valorisation de l’urine dont fera partie le Freezurin. La dissémination des connaissances à travers la participation à des conférences scientifiques et des séminaires est également prévue.

• Début de projet : Septembre 2024
• Durée : 36 mois 

Montant total du projet : 320 722 euros

Montant de l'aide Ademe : 300 000 euros