Plateforme pour l’eau, le gaz et la chaleur
Quand la STEP d’Aïre a-t-elle été construite et comment se présente-t-elle aujourd’hui?
La première station d’épuration d’Aïre a été construite en 1967. Entre 1998 et 2003, la station d’épuration a été rénovée et agrandie. Le processus de traitement comprend un prétraitement classique suivi par un traitement primaire de décantation lamellaire (technologie Actiflo) pour finir par un traitement biologique par biofiltration (technologie Biostyr, support bactérien composé de billes de polystyrène). Actuellement, la station d’épuration est conçue pour traiter la pollution équivalente à de 600 000 habitants et un débit de 6 m3/s. De plus, la STEP d’Aïre traite l’ensemble des boues produites par les quatres autres STEP du Canton. Ce traitement comprend trois digesteurs primaires et deux digesteurs secondaires, une étape de déshydrations et finalement un ouvrage de séchage thermique. Fin novembre 2023, SIG a entamé des travaux de modernisation, notamment l’extension ainsi que la rénovation de la STEP d’Aïre. Les travaux devraient être achevés en 2030. Le projet, dont l’investissement total s’élève à environ 400 millions de francs suisses, a pour but de répondre aux nouvelles normes environnementales suisses, de maximiser la récupération d’énergie et réduire les gaz à effet de serre.
D’où proviennent les eaux usées épurées dans la STEP?
La STEP d’Aïre traite plus de 80% du volume d’eaux usées sur le territoire Genevois. Cela comprend toutes les eaux usées de la ville de Genève et des 24 communes situées au bord du lac. Dans l’ensemble, la STEP est la pièce maîtresse du parc d’assainissement cantonal.
Comme mentionné, un grand projet d’extension est en cours à l’heure actuelle. Pourquoi la STEP d’Aïre est-elle agrandie?
Aujourd’hui, on relève que la STEP d’Aïre est saturée et fonctionne avec une surcharge moyenne de pollution carbonée équivalente à 750 000 EH. Un objectif important du projet est donc d’augmenter la capacité de traitement à l’équivalent d’un million d’habitants afin de répondre à la hausse de la population et au développement économique du canton. Parallèlement, de nouvelles normes plus strictes en matière de protection des eaux, concernant d’une part l’azote et d’autre part les micropolluants, sont à l’origine de ces travaux d’extension et de transformation. Étant donné que davantage d’eaux usées seront traitées, la filière de traitement des boues doit également être étendue. Celle-ci fait en même temps l’objet d’une rénovation.
Quels procédés sont prévus pour le traitement mécanique et surtout biologique?
Le traitement primaire sera assuré par la décantation lamellaire actuelle optimisée. Les cinq unités d’Actiflo existants – système de clarification à grande vitesse basé sur le concept de floculation lestée – seront désormais dédiés uniquement à la décantation des eaux usées prétraitées. Le traitement biologique étendu sera alimenté par une nouvelle station de relevage. Le traitement biologique du carbone et de l’azote sera assuré par une biofiltration en cascade incluant la dénitrification (taux de recirculation de 150% maximum): Il est prévu d’étendre le traitement biologique existant à un deuxième niveau de biofiltration basé sur la technologie Biofor en amont du traitement dans le filtre Biostyr. La combinaison des procédés Biofor (traitement du charbon et dénitrification) et Biostyr (traitement de la charge azotée) permet d’augmenter la capacité de la station d’épuration et d’améliorer des performances sur l’azote.
Et pour la 4e étape de traitement visant à éliminer les micropolluants: quel procédé est prévu à cet effet?
Pour traiter les micropolluants, on a opté pour un procédé d’ozonisation suivi d’une filtration sur sable. Le procédé de filtration sur sable, peut être transformé en filtration sur charbon actif. Cela signifie qu’il existe l’option de remplacer le sable par du charbon actif en grain si l’évolution des polluants ou les exigences en matière de qualité des eaux usées l’exigent. Cette étape est conçue pour un débit de 3,5 m3/s.
«Le projet, dont l’investissement total s’élève à environ 400 millions de francs suisses, a pour but de répondre aux nouvelles normes environnementales suisses.»
Quels ont été les principaux critères de sélection du procédé?
Le processus d’élimination des micropolluants devant être compatible avec le traitement biologique en amont, tous les procédés utilisant du charbon actif en poudre ont été exclus dans le cas de la STEP Aïre et de ses processus de biofiltration. En outre, il a fallu déterminer si les eaux usées traitées à la STEP d’Aïre se prêtaient à l’ozonation, sur la base de la recommandation publiée à ce sujet par VSA. Les tests ont montré que nos eaux usées étaient adaptées à ce procédé. Parallèlement, une étude multicritères préliminaire portant sur différentes variantes a été réalisée en 2015. Elle a été complétée par des études détaillées en 2021.
L’étude multicritères s’est appuyée sur des critères techniques, financiers et environnementaux. Les variantes suivantes ont été examinées de près: Ozonisation suivie d’une filtration sur sable (V1), ozonisation suivie d’une filtration sur charbon actif en grain (V2), ozonisation suivie d’une filtration sur sable pouvant être convertie en filtration sur charbon actif en grain (V2’), filtre à charbon actif en micro-grain (V3) et enfin ozonisation suivie d’un filtre à charbon actif en micro-grain (V4). La solution adaptative (V2’) s’est avérée être la plus stable et permet de répondre à une évolution de la qualité des effluents.
Comment la question des émissions de protoxyde d’azote est-elle abordée dans le projet d’agrandissement?
L’accent a été mis sur trois étapes du processus afin de réduire les émissions de protoxyde d’azote. Tout d’abord, le procédé de traitement des retours de centrifugeuse a été adapté en remplaçant le réacteur Sharon (Single reactor system for High activity Ammonium Removal Over Nitrite) par une installation Anammox dans laquelle l’azote est éliminé par oxydation de l’ammonium. Cela permet de supprimer l’ajout des sources de carbone nécessaire avec le procédé Sharon et de réduire considérablement les émissions de protoxyde d’azote. En 2023, nous avons testé le procédé Anammox et en février 2024, nous avons mis en service la nouvelle installation. Deuxièmement, la réduction de la formation de protoxyde d’azote a été prise en compte dans le dimensionnement du futur four d’incinération. En particulier, le temps de séjour et la température dans le four ont été augmentés. Et troisièmement, le nouveau procédé biologique avec un séparation des traitement (C/DN + N) et une dénitrification à venir par recirculation interne s’accompagnera d’une réduction des émissions de protoxyde d’azote.
Outre l’augmentation de la capacité et l’amélioration des performances d’épuration, le projet d’extension vise également à optimiser les bilans énergétiques. Comment comptez-vous y parvenir?
La STEP d’Aïre sera un gisement important d’énergies: D’une part, l’eau traitée, dont la température est comprise entre 12 et 24 °C, servira de source de chaleur pour six pompes à chaleur d’une puissance de 12,5 MW chacune. Aujourd’hui, cette énergie thermique est perdue dans le Rhône. Cela permettra d’alimenter le réseau de chauffage à distance de SIG (CAD Geniterre) avec 20 à 25% d’énergie renouvelable sur les 80 % fixés dans le plan Directeur directeur de l’énergie du canton. D’autre part le traitement des boues est une source de biogaz. Grâce à la transformation complète de la filière de traitement des boues, le biogaz ne sera plus nécessaire pour le traitement des boues. Après traitement, le biométhane obtenu sera injecté dans le réseau de gaz naturel de SIG. Le nouveau four d’incinération des boues produira également de la chaleur qui servira au site et dont le surplus sera envoyé dans le réseau CAD Geniterre. Tous ces projets s’intègrent au sein d’une démarche ambitieuse de convergence des réseaux – réseau des eaux usées, réseau CAD et réseau de gaz – sur la STEP d’Aïre. A terme, le renouvellement des ouvrages et l’optimisation énergétique sur le site d’Aïre va permettre une réduction des gaz à effet de serre de plus 100 000 tonnes CO2 par an.
«Tous ces projets s’intègre au sein d’une démarche ambitieuse de convergence des réseaux – réseau des eaux usées, réseau CAD et réseau de gaz – sur la STEP d’Aïre.»
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Que prévoit le projet en matière de traitement des boues?
L’installation thermique de séchage des boues existante, qui a atteint la fin de sa durée de vie, sera remplacée par une installation de valorisation thermique par incinération des boues. L’incinérateur de nouvelle génération permettra de satisfaire les nouvelles exigences de la Confédération quant à la qualité de l’air – l’ordonnance sur la protection de l’air ainsi que les normes relatives aux émissions de protoxyde d’azote. En outre, le projet tient compte des nouvelles dispositions de l’ordonnance sur la limitation et l’élimination des déchets (OLED) relatives à la récupération du phosphore contenu dans les cendres d’incinération. Enfin, comme mentionné précédemment, la nouvelle installation permettra de valoriser une plus grande quantité de biogaz, qui pourra être injectée dans le réseau urbain de gaz naturel.
Comment le phosphore sera-t-il récupéré à partir des boues?
La valorisation du phosphore s’effectuera en dehors du site de la STEP d’Aïre. À cette fin, SIG participe à l’étude Phos4Life de la fondation ZAR «Centre pour la valorisation durable des déchets et des ressources». L’objectif est d’étudier la possibilité de construire et d’exploiter une installation Phos4life sur le site d’Emmenspitz à Zuchwil (canton de Soleure) afin de produire de l’acide phosphorique à partir des cendres de boues d’épuration et, le cas échéant, de déterminer les conditions à remplir pour cela. La réalisation d’une installation Phos4Life n’est pas attendue avant 2030 à 2035.
Que devient le gaz d’épuration, aujourd’hui et à l’avenir? À quoi sert-il?
Actuellement, la majeure partie des quelque 7,7 millions de mètres cubes de biogaz produits chaque année est utilisée pour des processus internes, c’est-à -dire pour le séchage des boues, le chauffage des bâtiments et la cogénération (production d’électricité). Le biogaz non valorisé sur la STEP est épuré depuis 2013 dans une installation dédiée et injecté sur le réseau de gaz de SIG. A l’avenir, la quasi-totalité du biogaz produit sur le site sera injectée dans le réseau de gaz après épuration. Cela signifie qu’à partir de 2030, environ 8 millions de mètres-cube de biogaz seront disponibles contre 2 millions actuellement.
Une installation pilote de captage du CO2 a été mise en place sur le site de la STEP d’Aïre. Comment fonctionne-t-elle et que devient le CO2 capté?
Le CO2 issu du biogaz brut est capté à la sortie de l’installation de traitement du biogaz. Il est ensuite liquéfié et transporté vers une installation de l’entreprise Neustark. Là , il est injecté dans des granulats de béton provenant de bâtiments démolis ou d’autres déchets minéraux. Enfin, le CO2 est transformé en calcaire et fixé de manière permanente. Les granulats enrichis en CO2 peuvent être utilisés pour la fabrication de béton recyclé ou dans la construction routière. Nous exploitons actuellement une installation pilote pour la liquéfaction et le stockage temporaire du CO2. À l’issue de ce projet de trois ans, un bilan sera dressé. Si le bilan est concluant, SIG déploiera alors ces installations dans le cadre de la rénovation de la STEP d’Aïre.
Où en est le projet d’extension aujourd’hui? Qu’est-ce qui a déjà été réalisé et quelles sont les prochaines étapes?
À l’automne 2023, SIG a lancé les travaux de construction du grand projet de la STEP d’Aïre, qui dureront cinq bonnes années. Parmi les quatre sous-projets, celui qui concerne l’élimination des micropolluants est le plus avancé. Les travaux de construction ont été achevés en 2025. Le montage des équipements est en cours. La mise en service est prévue pour 2027. Dans le sous-projet de biofiltration, le début des travaux de construction est prévu pour 2026 et la mise en service pour fin 2028. La planification de l’exécution du four d’incinération des boues débutera cette année, sous réserve qu’aucun recours ne soit formulé entre-temps. La mise en service est prévue pour fin 2029. Pour les pompes à chaleur pour Geniterre, le début de l’étude d’exécution est également prévu pour 2026 et la mise en service pour début 2030.
«Le CO2 issu du biogaz brut est capté à la sortie de l’installation de traitement du biogaz. Il est ensuite liquéfié et transporté vers une installation de l’entreprise Neustark.»
L’ensemble du projet est réalisé selon la méthode BIM avec intégration du Lean management. Quels sont les avantages et les défis associés à cette méthode?
Avec l'objectif de rencontrer moins de surprises pendant la phase de construction, nous avons décidé d’effectuer l’ensemble de la planification avec BIM. Toute la planification est réalisée dans une maquette 3D; il n’y a plus de plans papier. Nous avons ainsi sauté la phase 2D afin de réduire les risques pendant la phase de construction. Le plus grand défi a été de réunir tous les acteurs autour d’une table pour travailler avec le BIM, souvent bien avant qu’ils ne commencent leurs travaux proprement dits.
Nous misons sur la gestion de projet Lean comme approche intégrale pour la planification, la conception et la réalisation du projet sur la partie micropolluant, Cette approche «maigre» – maigre est la traduction littérale du mot anglais lean – est soutenue par des outils collaboratifs de gestion de projet et s’inscrit dans le cadre d’une démarche systématique et rigoureuse d’amélioration continue. Comme base, l’ensemble des acteurs du projet a suivi une formation de sensibilisation au Lean management.
L’extension de la STEP d’Aïre est réalisé sans interruption du service. Comment gérez-vous les difficultés que cela implique?
Oui, l’extension de la STEP est en cours depuis environ deux ans et, à l’exception de cas particuliers signalés à l’Office Cantonal de l’Eau, elle se déroule sans interruption de service. Les zones d’extension se trouvent majoritairement en dehors des zones d’exploitation de l’ouvrage actuel ce qui facilite considérablement la coordination entre l’exploitation et le chantier. Le raccordement de nouveaux procédés nécessite bien sûr des interruptions ponctuelles de l’exploitation. Dans l’ensemble, la sécurité de l’exploitation de la STEP est toujours prioritaire, les travaux de construction sont secondaires.
Quelles autres stations d’épuration SIG exploite-t-elle?
Alors qu'il y avait encore 14 STEP dans le Canton de Genève en 2010, aujourd'hui, il n'en reste plus que quatre: la STEP d’Aïre (600 000 EH, extension prévue pour 1 000 000 EH), pièce maîtresse de l’assainissement dans le canton de Genève, ainsi que la STEP de Bois-de-Bay (130 000 EH), la STEP de Villette (80 000 EH) et la STEP de Chancy (14 000 EH). Il n’y a pas d’interconnexion entre les quatre STEP. Alors que la STEP d’Aïre repose sur la biofiltration, les trois autres STEP utilisent des procédés à boues activées, car ceux-ci sont moins coûteux en termes d’investissement et d’exploitation.
La STEP de Villette, rénovée et agrandie, a été mise en service il y a environ deux ans. Comment l’eau y est-elle épurée?
La station d’épuration de Vilette comprend un traitement mécanique avec dégrillage, dessablage et déshuilage, un traitement biologique – un procédé à boues activées – et, à partir de 2024, un traitement des micropolluants.
Quel procédé a été choisi pour la 4e étape dans cette STEP? Quelles sont les expériences d’exploitation jusqu’à présent?
La STEP utilise la technologie CarboPlus, un procédé simple et robuste, pour éliminer les micropolluants. Concrètement, six réacteurs à lit fluidisé par charbon actif en micro-grain de 49 m² chacun sont en service. Le dosage de charbon actif fluctue entre 8 et 15 grammes par mètre cube d’eaux usées traitées. Cela nous permet d’obtenir une réduction des micropolluants de 85%. Dans l’ensemble, le processus est stable, mais il y a encore quelques problèmes de jeunesse ici et là . En d’autres termes, nous sommes encore en train d’optimiser l’installation.
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Frédéric Giraud, ingénieur en Génie de l’environnement, possède 27 ans d’expérience dans l’ingénierie du traitement des eaux et l’exploitation des ouvrages d’épuration. Il a rejoint SIG en 2010 au bureau d’étude interne pour piloter les projets de renouvellement des stations d’épuration avant de devenir, en 2022, le Directeur de l’activité Eaux usées. Cette activité regroupe une centaine de collaborateurs qui travaille à l’exploitation et la maintenance des réseaux d’assainissement, des stations de pompages et des STEP du Canton de Genève. |
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Vincent Francheteau est Responsable du programme de projet d’extension et rénovation de la STEP d’Aïre. Cet ingénieur eau et environnement œuvre depuis 25 ans dans l’ingénierie du traitement des eaux. Que ce soit en bureau d’étude et ou en entreprise, il a participé à de très nombreux projets de construction de STEP. Il a rejoint l’activité ingénierie de SIG en 2021 pour prendre la responsabilité d’une équipe en charge notamment du programme de projets de la STEP d’Aïre. |
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