En Suisse, 97% des ménages sont raccordés à un réseau d’égouts qui achemine leurs eaux usées vers une station d’épuration centralisée. Un tel système nécessite de grandes quantités d’eau et d’énergie. Son fonctionnement nécessite l’intervention de spécialistes et les infrastruc-tures doivent être entretenues régulièrement. Le système d’assainissement suisse coûte ainsi 1,69 milliards de francs par an, soit 232 francs par personne [1]. Un coût et des conditions d’utilisation prohibitifs pour les pays en développement. Dans le monde, près d’un milliard d’êtres humains ne disposent d’aucune installation sanitaire et se soulagent dans la nature. 2,7 milliards de per-sonnes utilisent des dispositifs d’assainissement à la parcelle – latrines traditionnelles ou fosses

Fig. 1 : En Afrique subsaharienne, les infrastructures sanitaires dont disposent la plupart des habitants se limi-tent à des latrines traditionnelles et des fosses septiques.

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Une fois séchées, les boues de vidange peuvent constituer un combustible inté-

ressant pour l’industrie. Les revenus alors envisageables pourraient fortement

accroître la motivation des entreprises subsahariennes à développer des filières

de collecte et de traitement efficaces des matières fécales, ce qui contribuerait

fortement à améliorer les conditions d’hygiène dans ces régions où il est fré-

quent, en milieu urbain, de déverser les boues dans le milieu aquatique ou de les

épandre sur les terres inoccupées. Par Moritz Gold et Linda Strande

Matières fécales : un nouveau combustible pour l’Afrique

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septiques – qui ne sont pas reliés à un réseau d’égouts [2]. Ces dispositifs emmagasinent les matières fécales – en mélange ou non avec des eaux grises – qui se transforment avec le temps en un produit appelé « boues de vidange » (faecal sludge en anglais) [4]. Ils sont beaucoup moins coûteux que le réseau de type européen basé sur l’évacuation vers une station d’épuration cen-tralisée [3] mais un assainissement bien conçu et pérenne ne se limite pas à la mise à disposition de toilettes ; il doit également comporter un service de collecte, de transport et de traitement ou de revalorisation des excrétas (Fig. 2) [4].

Demande de produits issus du traitement des boues de vidangeDans la plupart des villes subsahariennes, la chaîne de l’assainissement s’arrête au stockage étant donné que les coûts des étapes suivantes sont trop élevés et que les ménages assurent quasi-ment seuls le financement du système. Les boues sont alors généralement déversées au sein même des quartiers [3]. Dans le cadre du projet «Faecal Management Enterprises» (FaME), l’Eawag a travaillé avec des partenaires locaux à l’identification de stratégies permettant d’améliorer cette situation. Nous avons en particulier cherché à savoir quels produits issus du traitement des boues de vidange pourraient intéresser les acteurs locaux. Nous avons donc mené une enquête à Dakar (Sénégal), à Kampala (Ouganda) et à Accra (Ghana) pour sonder la demande auprès des industriels de combustibles issus de boues fécales et effectué des essais pour déterminer le pou-voir calorifique des boues et pour savoir si une telle utilisation serait techniquement possible.

Nos études de marché ont montré qu’une demande de produits issus du traitement des boues de vidange existe dans les trois régions concernées. Les acteurs locaux interrogés seraient in-téressés par une utilisation des boues séchées en tant que combustible pour l’industrie ou en tant que matière première pour la production d’aliments pour le bétail, pour la production de biogaz ou pour la fabrication de matériaux de construction. Elles sont utilisées depuis des temps immémoriaux dans l’agriculture pour amender les sols. A Dakar, à Kampala et à Accra, cette pratique est toutefois très peu répandue cependant que les autres marchés sont encore totale-ment inexistants. Ces derniers seraient pourtant très probablement à même de générer des gains substantiels. La demande varie très fortement en fonction des conditions locales : l’état du marché existant, les besoins de l’industrie, le contexte juridique, l’existence de subventions, la disponibilité d’autres matières premières et les caractéristiques physico-chimiques des boues [6].

LatrineFosse septique

Collecte Transport TraitementValorisation / Elimination

Fig. 2 : Collecte, transport, traitement et élimination ou valorisation : un système raisonné et durable de gestion des matières fécales doit comprendre la totalité de ces étapes [5].

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La production de ciment et de matériaux de construction est une activité omniprésente dans les villes d’Afrique subsaharienne. Les entreprises industrielles qui la pratiquent sont très consomma-trices d’énergie et l’offre en combustibles ne suffit pas toujours à couvrir les besoins. Il en résulte une demande en combustibles alternatifs comme les huiles usagées retraitées ou les déchets issus de la culture du café. Dans les villes étudiées, les industriels couvrent actuellement leurs besoins énergétiques avec différents combustibles qui pourraient être complétés ou remplacés par des boues de vidange déshydratées. Les entrepreneurs interrogés à Dakar et à Accra ont in-diqué avoir principalement recours à l’énergie électrique ou à des combustibles liquides tels que du gazole, du fuel ou du kérosène. A Kampala, de nombreuses entreprises privilégient les com-bustibles solides, ce qui est particulièrement favorable à une utilisation des boues séchées. 45% des industriels interrogés se déclaraient prêts à adopter le nouveau combustible s’il répondait à leurs exigences techniques [6]. Les boues de vidange livrent un bon combustibleL’expérience acquise en Europe et aux Etats-Unis révèle qu’une fois traitées et déshydratées, les boues d’épuration constituent un combustible de valeur. Nous avons procédé à une étude de faisabilité technique pour savoir dans quelle mesure ces résultats pouvaient s’appliquer aux boues de vidange africaines. Contrairement à celui des boues d’épuration, le pouvoir calorifique des boues fécales était encore inconnu. Dans le projet FaME, des essais ont donc été effec-tués pour déterminer la valeur énergétique de boues issues de fosses de latrines, de fosses septiques, de lagunes anaérobies et de lits de séchage. En moyenne, le pouvoir calorifique des boues était de 17,3 mégajoules par kilo de matière sèche, ce qui est équivalent à celui des boues d’épuration. Les boues de vidange séchées peuvent donc être utilisées par les indus-triels au même titre que les déchets de café, les coques de riz ou la sciure, les autres biocom-bustibles employés dans la région (Fig. 3). Les résultats n’ont pas révélé de différence signifi-

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Fig. 3 : Pouvoir calorifique moyen des boues de vidange et des boues d’épuration comparé à celui du charbon et des biocombustibles [7].

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cative entre les trois villes étudiées. La seule différence observée était une diminution du pouvoir calorifique suite au traitement anaérobie [7].

Pour que les boues de vidange puissent être utilisées en tant que combustible solide, il est impératif de disposer de méthodes de séchage à faible coût financier et énergétique. Des tra-vaux de recherche ont montré que l’incinération des boues produisait un gain énergétique à partir d’une siccité de 27% [7]. Les industriels interrogés ont cependant besoin d’un degré de siccité de 90%. Dans une installation pilote à Dakar, nous avons étudié différentes méthodes de séchage sur lit (Fig. 4). Certains résultats indiquaient que la technique la plus efficace consis-tait à les stocker dans des serres ventilées. A Dakar, où le climat est particulièrement aride, cette mesure n’a pas permis d’accroître le degré de siccité des boues de manière significative. Les serres constituaient cependant une bonne protection par temps de pluie et permettaient de réduire la durée de séchage pendant ces périodes. Le retournement quotidien des boues s’est également révélé efficace : il permettait de réduire de 20% la durée de séchage néces-saire pour atteindre une siccité de 90% (Fig. 5).

A la suite des traitements effectués à la station pilote de Dakar, les boues présentaient un pou-voir calorifique de 12 MJ par kg de matière sèche. La différence par rapport à la valeur moyenne indiquée plus haute (Fig. 3) s’explique probablement par un contenu plus important en cendres (42%), éléments ne participant pas à la production énergétique. Les boues à forte teneur en cendres sont donc peu souhaitables pour l’usage visé. A Dakar, ces cendres proviennent d’une part de déversements des ménages dans les installations sanitaires et d’autre part du sol par-ticulièrement sablonneux de la région. Enfin, une partie du sable provient de la couche de filtra-tion sur sable des lits de séchage eux-mêmes, leur contribution s’élevant à environ 6% de la teneur des boues en cendres [8]. Une grande partie des particules à l’origine de la formation des

Fig. 4 : Dans une installation pilote située à Dakar, différentes techniques ont été étu-diées pour améliorer la dessiccation des boues de vidange sur lits de séchage. Le séchage en serres ventilées a notamment été expérimenté. Li

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Fig. 5 : Siccité des boues de vidange avec ou sans retournement quotidien. Les lits de séchage ont été chargés à hauteur de 100 kg de matières solides par m2 et par an [8].

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cendres dans les boues pourraient être éliminées au moyen de filtres et de dessableurs placés à l’entrée de la station de traitement.

Le choix d’une mauvaise stratégie d’élimination des boues de vidange séchées peut entraîner des risques sanitaires. A Dakar, par exemple, les boues renfermaient encore des germes patho-gènes et des œufs de parasites à des concentrations supérieures aux seuils fixés par l’Organisation mondiale de la santé pour un usage agricole des eaux usées et des excréments [9]. L’utilisation maîtrisée des boues de vidange en tant que combustible semble donc être un bon moyen de limiter les risques d’infection en milieu urbain.

Le combustible issu des boues remporte l’épreuve du terrainA ce jour, les boues de vidange déshydratées n’ont pas encore fait leur entrée en tant que combustible dans l’industrie subsaharienne. Dans le projet FaME, les qualités techniques du combustible pour les usages industriels ont été démontrées dans deux fours expérimentaux construits à Dakar et à Kampala (Fig. 6). L’essai de Dakar a montré que l’utilisation d’un com-bustible à base de boues fécales permettait de générer une chaleur suffisante au retraitement des huiles usagées. L’emploi de 5 kg de boues a permis d’atteindre une température de 174 à 261 °C. En utilisant davantage de combustible, plus de 500 °C ont été atteints. De son côté, le four de type Hofmann installé à Kampala a été utilisé à une température de 800 °C pour pro-duire des briques. La qualité du matériau de construction obtenu était comparable à celle des briques couramment produites dans la région [10]. Nos deux installations ont donc prouvé qu’elles répondaient aux exigences des industriels locaux.

L’équipe de FaME a élaboré un modèle mathématique décrivant les flux monétaires le long de la chaîne de gestion des boues. En se basant sur les prix habituels des combustibles, la simu-lation indique que la vente de combustible à base de boues de vidange génèrerait un gain de 2 à 35 fois supérieur à la vente des boues pour l’amendement des sols [10]. La largeur de la fourchette de valeurs s’explique par les différences de marché entre les villes. La perspective de ces gains supplémentaires pourrait constituer une motivation pour les entreprises publiques ou privées à mettre en place des systèmes de gestion des matières fécales qui soient en me-sure de fonctionner et ce, de façon à peu près rentable. Ce, d’autant plus que cette stratégie permettrait de réduire les coûts de l’assainissement au niveau des ménages.

Pour générer ces gains, des installations et des services doivent être mis en place à tous les niveaux de la chaîne : collecte, transport, traitement, revalorisation. En contrepartie, l’argent gagné peut être réinvesti dans l’amélioration des conditions sanitaires au bénéfice de la popu-lation et de l’environnement. Le projet FaME montre que les conditions techniques et finan-cières son réunies pour le faire. Pour poursuivre les recherches sur la production d’énergie à partir des boues de vidange, l’Eawag et ses partenaires se lancent dans un nouveau projet : « Sludge to Energy Enterprises in Kampala » (SEEK). L’objectif est d’évaluer si les boues peu-vent être traitées avec d’autres déchets organiques pour fabriquer des pellets de combustible qui seraient ensuite brûlés pour produire de l’électricité après gazéification. Le site du départe-ment Eau et assainissement dans les pays en développement de l’Eawag informe en continu sur le projet (www.sandec.ch).

>> Pour en savoir plus sur le projet «Faecal Management Enterprises» (FaME) >> Interview parue dans la revue «Water21» (en anglais)

Fig. 6 : Fours alimentés avec des boues de vidange : pilotes de retraitement des huiles usagées à Dakar (photo de gauche) et de production de matériaux de construction à Kampala (photo de droite) [10].

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[1] Maurer M., Herlyn A. (2006): Zustand, Kosten und Investitions- bedarf der schweizerischen Abwasserentsorgung. Projekt- schlussbericht, Eawag [2] WHO et UNICEF (2013): Progress on sanitation and drinking- water – 2013 update. Boston Consulting Group [3] Dodane P.-H., Mbéguéré M., Sow O., Strande L. (2012): Capital and operating costs of full-scale fecal sludge management and wastewater treatment systems in Dakar, Senegal. Environmental Science & Technology 46 (7), 3705–3711 [4] Strande L., Ronteltap M., Brdjanovic D. (2014): Faecal sludge management: Systems approach for implementation and oper- ation. IWA Publishing, London [5] Parkinson J., Lüthi C., Walther D. (2013): Sanitation 21: A Planning framework for improving city-wide sanitation services. IWA Publishing, London [6] Diener S., Semiyaga S., Niwagaba C. B., Muspratt A. M., Gning J. B., Mbéguéré M., Ennin J. E., Zurbrügg C., Strande L. (2014): A value proposition: Resource recovery from faecal sludge – Can it be the driver for improved sanitation? Resources, Conservation & Recycling 88, 32–38

[7] Muspratt A. M., Nakato T., Niwagaba C. B., Dione H., Kang J., Stupin L., Regulinski J., Mbéguéré M., Strande L. (2014): Fuel potential of faecal sludge: Calorific value results from Uganda, Ghana and Senegal. Journal of Water, Sanitation and Hygiene for Development [8] Seck A., Gold M., Niang S., Mbéguéré M., Strande L. (2014): Technology development of unplanted drying beds for ressource recovery from faecal sludge: Fuel production for sub-Saharan Africa. Eingereicht [9] WHO (2006): Safe use of wastewater, excreta and greywater. Volume IV. Excreta and greywater use in agriculture[10] Gold M., Niang S., Niwagaba C. B., Eder G., Muspratt A. M., Diop P.S., Strande L. (2014): Results from FaME (Faecal management enterprises) – Can dried faecal sludge fuel the sanitation service chain? WEDC Conference, Hanoi, Vietnam

Le projet FaME a été financé par l’European Union Water Initiative Research Area Network. Il n’aurait pu être réalisé sans le concours actif de tous les membres du consortium de recherche. La fondation suisse Symphasis et la plate-forme de la Confédération pour la promotion des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique dans les pays en développement et en transition apportent leur soutien financier au nouveau projet «Sludge to Energy Enterprises in Kampala».

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Linda StrandeCheffe de l’équipe «Excreta and Wastewater Management» du département Eau et assainissement dans les pays en développement, cheffe du projet FaMElinda.strande@eawag.ch

Moritz GoldCollaborateur scientifique de l’équipe «Excreta and Wastewater Management» moritz.gold@eawag.ch

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