Un train de marchandises plein d’énergie

Transition énergétique : les eaux usées permettent de produire de l’énergie de manière innovante et durable.

« L'énergie » ! Un mot qui électrise actuellement les discussions comme peu d'autres l'ont fait. Chacune et chacun dans ce pays connaît désormais l’importance de l’énergie, ainsi que sa disponibilité et ses coûts. Et ce sont les sources d'énergie, la chaleur et l'électricité, c'est-à-dire les produits de transformation de nos processus techniques, entâchés de pertes, qui maintiennent à la fois notre vie et celle de l'industrie « en marche », tout en la facilitant considérablement.

1 000 000 milliards de joules de consommation d’énergie primaire

Mais avez-vous déjà réfléchi à la quantité d'énergie consommée chaque année en Allemagne ? Selon les derniers chiffres de l'Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen de septembre 2022, l'Allemagne a une consommation d'énergie primaire de 12 413 pétajoules. Ce sont des chiffres imposants, mais qui correspondent à la réalité.  Peta représente le nombre 10 puissance 15, ou plus simplement : 1 000 000 milliards. Ces chiffres sont énormes. Ils échappent totalement à notre imagination et nécessitent des images mentales pour comprendre leur signification.

Un train de marchandises long de 78 191 kilomètres

Imaginons donc qu'il faille transporter cette énergie primaire sous forme de charbon vers l'Allemagne par un train de marchandises. Les wagons de marchandises généralement utilisés à cet effet présentent une charge utile de 65 tonnes pour une longueur de 12 mètres. Ce train de marchandises serait vraiment très long : soit plus de 6,5 millions de wagons pour une longueur totale de 78 191 kilomètres ! Chaque année, nous vidons et rechargeons ce « train spécial vers l’Allemagne » dont la longueur équivaut à deux fois le tour de la terre. Les ménages, les transports et l’industrie se répartissent ainsi la consommation finale de manière à peu près égale, soit environ 20 % chacun. Et presque autant d'énergie primaire, soit près de 18 %, est perdue dans la transformation de l'énergie primaire en énergie finale.

Économies d’énergie, récupération d’énergie et nouvelles formes de production

Économiser l'énergie, la récupérer partout où c'est possible et trouver de nouvelles formes de production d'énergie est donc la priorité absolue tant que l'on ne parviendra pas à remplacer à grande échelle la consommation d'énergie primaire, issue principalement de sources d'énergie fossiles, par des sources d'énergie renouvelables.

Les eaux usées contiennent de l'énergie chimique et thermique

Les eaux usées semblent être un milieu très intéressant à cet égard et pourraient apporter une contribution importante. Les eaux usées contiennent d'une part de l'énergie liée chimiquement, que les micro-organismes peuvent libérer de manière contrôlée sous forme de méthane, un vecteur d'énergie, dans le cadre de processus anaérobies. D’autre part, l’énergie thermique stockée dans les eaux usées devrait présenter un grand intérêt. 1 mètre cube d’eaux usées possède la quantité d’énergie de 1,16 kWh par degré Celsius. Les eaux usées pourraient donc théoriquement remplacer 1 mètre cube de gaz naturel si 1 000 litres de celui-ci étaient refroidis d'environ 9 degrés Celsius par extraction de chaleur. Chauffons-nous avec les eaux usées plutôt qu'avec le gaz naturel !

Exploiter un potentiel énergétique élevé grâce à des systèmes d’échange de chaleur adaptés

De telles applications dans le domaine des réseaux communaux d'eaux usées ne sont toutefois pas réalistes, car cela affecterait la qualité du processus d'épuration de la station de manière trop importante. Cependant, le refroidissement de 1 à 2 degrés ne pose généralement aucun problème et présente déjà un potentiel énergétique ou thermique élevé dans ce volume relativement faible. Mais il n’est pas rare que les eaux usées ou l’eau de process soient également produites à des températures relativement élevées dans les communes ou dans les processus de production de l’industrie. Il ne faudrait plus se permettre de renoncer à cette énergie à l'avenir. Pour réaliser cet objectif, des systèmes d’échange de chaleur performants, adaptés aux particularités des eaux usées, constituent cependant la condition technique nécessaire pour pouvoir établir des concepts d’utilisation de la chaleur durables pour chaque cas respectif.

L'avenir des processus et des produits de récupération d'énergie et à haute efficacité énergétique

Si l'on considère l'ensemble de la technologie des eaux usées, l'avenir des processus et produits de récupération d'énergie et à haute efficacité énergétique ne date pas d'hier. L’utilisation de la chaleur résiduelle issue des eaux usées s’établit de plus en plus, tandis les moteurs électriques à rendement amélioré sont parallèlement de plus en plus utilisés. Les nouveaux procédés d'épuration des eaux usées visent à éliminer les composants organiques de ces dernières en amont des stations d'épuration afin de produire davantage de méthane dans les digesteurs tout en réduisant l'énergie nécessaire au traitement aérobie dans la station d'épuration.

De nouveaux processus de surveillance innovants pour détecter l’usure excessive des machines sont développés au fur et à mesure de l’évolution de la numérisation afin de détecter à un stade précoce toute consommation d’énergie inutile. En outre, la numérisation, associée à une évaluation intelligente des données, ouvre de toutes nouvelles possibilités d'optimisation des process, en réduisant la production de boues ou l'utilisation d'agents de précipitation, par exemple. Ces avantages peuvent ne pas être perçus immédiatement comme des mesures d'économie d'énergie.

Construction intelligente, matériaux légers, qualité et longévité

Cependant, après analyse, force est de constater qu'ils se traduisent par une réduction des produits chimiques et du transport. En d’autres termes : une économie d’énergie due à la « non-production » et au « kilométres non parcourus ». La conception intelligente des machines ou le choix de matériaux légers dans le but de réduire le poids sont également directement liés aux économies d’énergie pour la production et le transport. La qualité élevée des produits et, par conséquent, leur longévité, constituent à leur tour la base d'une utilisation économique des matières premières nécessaires à leur fabrication. La qualité des produits devrait donc toujours être considérée comme un facteur positif d'économie d'énergie.

La symbiose technique entre énergie et durabilité

Parmi les exemples cités, de nombreux montrent que la gestion responsable de l’énergie est indissociable d'une technologie d'assainissement durable. L’énergie et la durabilité se sont réunies pour former une symbiose technique remarquable. Dans cette optique, la technologie des eaux usées dans tous ses domaines d'application pourra également apporter une contribution importante pour raccourcir notre « train de marchandises plein d'énergie » à l'avenir. Il suffit de le faire, comme dit le dicton : « Si on veut, on peut, si on peut, on doit ! »

Franz Bischof est professeur à la faculté de génie mécanique/technique de l'environnement pour le domaine « Procédés de purification de l'eau, de l'air et du sol » à l'université technique d'Amberg-Weiden, située dans l'est de la Bavière.