En Suisse, environ 700 stations d'épuration communales (STEP) sont en exploitation. Pratiquement toute la population y est raccordée [1]. Les STEP sont les plus répandues qui utilisent un procédé continu à boues activées. Elles traitent plus de 60% des charges polluantes (tab. 1). Avec la croissance démographique, les charges dans les eaux usées à traiter ont également augmenté de manière constante au cours des dernières années (2010-2020: DCO +13%, azote +15%) [2]. Pour la DCO (paramètre cumulé pour les matières organiques) et le phosphore, la performance d'épuration se situe à un très bon niveau avec une moyenne suisse >90% (base de données 2020) et a pu être augmentée continuellement malgré la charge plus élevée.
| Procédé | Nombre de STEP suisses | Proportion de la charge azotée traitée dans les STEP suisses [%] | |
| Boues activées | Conventionnelles (procédé à boues activées en continu) | 415 | 63% |
| Dénitrification alternée/intermittente | 11 | 10% | |
| SBR | 68 | 4% | |
| MBR | 6 | 1% | |
| Haute charge faible | 5 | 0,3% | |
| Biofilm |
Lit fixe | 21 | 12% |
| Lit fluidisé/lit hybride fluidisé | 52 | 6% | |
| Lit bactérien | 57 | 2% | |
| Disque biologique | 49 | 1% | |
| Système d'épuration par les plantes | 11 | 0.1% | |
| Pas de données | 42 | 0.7% | |
En revanche, l'efficacité de traitement des composés azotés ne correspond souvent pas à l'état de la technique et est parfois nettement en retard par rapport aux autres pays [3]. Il en résulte des effets négatifs sur les eaux en raison de la libération de nitrites et d'ammonium/ammoniac, préoccupants sur le plan écotoxicologique, ainsi que de nitrates eutrophisants. De plus, le climat est affecté par l'émission de protoxyde d'azote, gaz à effet de serre.
Chaque année, environ 22'000 t d'azote sont rejetées dans les eaux suisses par les effluents des STEP. Sur un total d'émissions de 70'000 t par an, elles représentent donc, avec l'agriculture (32'000 t par an), la plus grande voie d'apport [4].
L'azote parvient aux STEP principalement sous forme d'urée et d'ammonium dans les eaux usées, où il est transformé en nitrites, nitrates et azote atmosphérique ainsi qu’une petite part en protoxyde d'azote, en fonction du mode d'exploitation et de l'état d’équipement de la STEP. Dans les STEP nitrifiantes, l'ammonium est transformé en nitrate et une petite partie en nitrite. Si une STEP procède en outre à une dénitrification, le nitrate est dégradé jusqu'à l'azote atmosphérique inerte et retiré des eaux usées, c'est-à-dire éliminé. Environ 30% des STEP suisses, en majorité les plus petites (voir fig. 1), ne sont conçues que pour l’élimination du carbone. Dans leurs effluents, l'azote est principalement présent sous forme d'ammonium. Une dégradation plus poussée du nitrate en azote atmosphérique (dénitrification), qui a lieu dans des étapes de processus supplémentaires, a lieu dans une mesure variable dans environ 30% des STEP [3].
En moyenne, l'élimination de l'azote dans l'ensemble des STEP en Suisse est actuellement de 52% [3]. Pour une composition d'eaux usées comparable, les STEP d'Autriche et d'Allemagne atteignent une élimination de l'azote de plus de 80% en moyenne [3, 6]. Dans ces pays, une élimination plus importante de l'azote est exigée depuis longtemps. Les STEP sont conçues et exploitées en fonction de ces exigences. Par exemple, pour obtenir un meilleur rapport nutritif dans la biologie, les décanteurs primaires sont exploités avec un temps de séjour réduit et des procédés sont utilisés pour optimiser l'élimination de l'azote (p. ex. la dénitrification en cascade). En Suisse, les STEP de grande taille ont tendance à présenter une meilleure élimination de l'azote que les plus petites. Ainsi, celle-ci est d'environ 45% pour les STEP de 1000-10'000 équivalents-habitants et de 56% en moyenne pour les STEP de plus de 50'000 équivalents-habitants (voir fig. 1). Il existe d'autres différences dans l'élimination de l'azote entre les procédés et en fonction de l'exploitation ou non d'un traitement séparé des eaux digérées (fig. 2). Les installations utilisant le même procédé diffèrent également selon qu'elles sont conçues pour la nitrification ou la dénitrification ou uniquement pour la dégradation du carbone, et selon qu'elles traitent ou non des boues d'épuration.
L'ammonium (NH4+) est en équilibre avec l'ammoniac (NH3), qui est très toxique pour les poissons, en fonction de la température et du pH. En outre, il peut également avoir un effet négatif sur les écosystèmes aquatiques en raison de son effet eutrophisant [6].
L'ordonnance sur la protection des eaux (OEaux) actuellement en vigueur prescrit une exigence numérique de 2 mg/l N et une élimination de 90% pour l'ammonium dans les effluents des STEP communales lorsque la concentration d'ammonium dans les eaux usées épurées a un effet négatif sur la qualité des eaux d'un cours d'eau (OEaux, annexe 3.1, ch. 2, n° 5). Les exigences numériques prévues à cet effet dans les eaux sont de 0,2 mg/l N lorsque la température est supérieure à 10 °C et de 0,4 mg/l N lorsque la température est inférieure à 10 °C, en tant que somme de l’azote sous forme d’ammonium (NH4+) et d’ammoniac (NH3) (OEaux, annexe 2, ch. 12, n° 3). Les STEP qui rejettent dans un tel cours d'eau doivent par conséquent nitrifier toute l'année et respecter les conditions de rejet pour l'ammonium lorsque la température des eaux usées est supérieure à 10 °C. Actuellement, environ 80 STEP ne respectent pas ces exigences, car elles ne sont conçues que pour la dégradation du carbone. C'est ce qu'indique une modélisation dans laquelle il a été calculé, sur la base de la concentration à la sortie des STEP et du rapport de mélange dans le cours d'eau récepteur, que ces quelque 80 STEP (18% des STEP évaluables), qui ne nitrifient pas toute l'année, provoquent une concentration d'ammonium trop élevée dans le cours d'eau en période d'étiage (Q347) [7].
Le nitrite (NO2-) a un effet toxique aigu sur de nombreux organismes et présente également des risques écotoxicologiques à long terme en raison de son effet mutagène [8, 9]. L'OEaux actuellement en vigueur ne contient pour les nitrites qu'une valeur indicative pour l’effluent des STEP (0,3 mg NO2--N/l) et aucune valeur limite contraignante (OEaux, annexe 2, chiffre 12, n° 6). Pour les eaux elles-mêmes, l'OEaux ne contient pas d'exigence numérique, mais une exigence verbale selon laquelle les nitrites ne doivent pas nuire à la reproduction, au développement et à la santé des organismes sensibles. Cette exigence est concrétisée dans une aide à l'exécution [10] qui fixe une valeur cible dépendant de la concentration en chlorure (0,05 mg NO2--N/l pour 10-20 mg Cl-/l).
La valeur indicative pour les nitrites dans les effluents de 0,3 mg/l NO2--N est dépassée dans 50-80% des STEP avec l'état d'équipement actuel [3, 11]. Comme la base de données actuelle sur les nitrites dans les effluents des STEP suisses est lacunaire, les valeurs des rejets de nitrites ont été déterminées en se basant sur la corrélation avec les concentrations des rejets d'ammonium. Une modélisation des flux de matières a montré qu'en période d'étiage (Q347), on peut supposer que les concentrations de nitrites dans les eaux sont modérées, insatisfaisantes ou mauvaises dans environ 85 rejets de STEP (17% des STEP évaluables) [11]. Si toutes les STEP respectaient la valeur indicative de 0,3 mg NO2--N/l, les situations écotoxicologiques préoccupantes dans les eaux pourraient être évitées pour environ trois quarts des rejets de STEP [12]. Dans les autres cas, les autorités devraient fixer des exigences plus strictes, comme c'est déjà le cas actuellement pour l'ammonium.
Le nitrate (NO3-) provenant des STEP rejoint les lacs et la mer via les cours d'eau, où il peut avoir des effets négatifs par eutrophisation, notamment dans les écosystèmes pauvres en nutriments. Dans les zones côtières notamment, des concentrations élevées de nitrates peuvent entraîner des proliférations d'algues. Celles-ci affectent considérablement les organismes aquatiques, directement par les toxines des algues et indirectement par la consommation d'oxygène lors de la décomposition de la biomasse morte [12]. Dans la mer du Nord, les valeurs seuils pour les nitrates selon la directive-cadre de l'Union Européenne sur la stratégie pour le milieu marin (directive 2008/56/CE - DCSMM) sont dépassées en moyenne annuelle dans 11 des 16 places de mesure [13]. Certes, la Suisse respecte depuis une vingtaine d'années la réduction de 2600 t par an des apports d'azote dans le Rhin inscrite dans l'OEaux (annexe 3.1, ch. 3, n° 2) [15], mais les STEP suisses contribuent encore à environ 6% des apports totaux d'azote dans la mer du Nord via le Rhin. Ce chiffre est disproportionné par rapport à la population et s'explique notamment par la faible élimination de l'azote par les STEP [3]. Par ailleurs, l'azote des STEP suisses parvient dans l'Adriatique via le Ticino et dans la Méditerranée via le Rhône, où il contribue également à l'état eutrophe des zones côtières (voir fig. 3) [15].
Les concentrations élevées d'azote dans les eaux augmentent la formation de toxines par les cyanobactéries [16]. Une réduction des teneurs en azote peut par conséquent diminuer la fréquence et aussi la toxicité des proliférations de cyanobactéries, qui apparaissent aussi régulièrement dans les eaux douces suisses.
Pour les nitrates, l'OEaux actuellement en vigueur contient l'exigence que les STEP soient exploitées de manière à éliminer le plus d'azote possible (OEaux, annexe 3.1, ch. 3, n° 2). Jusqu'à présent, aucune exigence quantitative en matière de concentration de nitrates n'a été fixée pour les rejets des STEP. Des exigences numériques concrètes ne s'appliquent qu'aux eaux servant à l'utilisation de ressource en eau potable (5,6 mg/l NO3--N, OEaux, annexe 2 ch. 1.11 n° 1).
Une partie de l'azote contenu dans les eaux usées s'échappe des STEP sous forme de gaz hilarant (N2O), nuisible au climat. Les STEP sont à l'origine d'environ 1% des émissions totales de gaz à effet de serre en Suisse. Les émissions de gaz hilarant sont ainsi responsables d'environ 70% des émissions directes et indirectes de gaz à effet de serre dues à l'épuration des eaux usées et correspondent à environ 20% des émissions de gaz hilarant de l'ensemble de la Suisse [17, 18]. Une réduction des émissions de gaz hilarant [SL1] des STEP est donc essentielle pour atteindre l'objectif zéro net.
Comme une accumulation de nitrites et une dénitrification incomplète entraînent des émissions plus élevées de protoxyde d'azote, il faut viser non seulement une nitrification stable, mais aussi une élimination accrue de l'azote.
Pour satisfaire aux futures exigences en matière d'azote, environ 500 des 700 STEP suisses devront prendre des mesures d'ici 2050 [3]. Cela concerne 220 STEP de plus de 1000 équivalents-habitants, qui devront à l'avenir nitrifier de manière stable. 280 autres STEP de plus de 10'000 équivalents-habitants devront prendre des mesures pour atteindre une élimination de l'azote de 80%.
Les mesures possibles pour satisfaire aux exigences sont très variées et dépendent des conditions locales. Elles comprennent des optimisations d'exploitation dans le système existant, des projets d'extension pour un volume de bassin supplémentaire, un changement de procédé ou un traitement séparé des eaux digérées.
Les coûts d'investissement pour les mesures concernant l'azote s'élèvent à environ 3,7 milliards de francs. Il est tenu compte d'un taux de renchérissement annuel de 1,7% dans l'hypothèse d'une mise en œuvre continue jusqu'en 2050 (sans renchérissement, situation en 2024: 2,882 milliards de francs) [3]. Pour situer les choses: la valeur de remplacement de toutes les STEP suisses s'élevait dernièrement à 13,5 milliards de francs, celle de l'évacuation des eaux usées (canalisations, ouvrages spéciaux) à 63,5 milliards de francs [2]. Les investissements annuels dans les STEP se situaient entre 200 et 400 millions de francs entre 2010 et 2020. Le besoin d'investissement annuel prévu pour les mesures concernant l'azote est en moyenne d'environ 170 millions de francs jusqu'en 2050.
Les coûts d'investissement ont été déterminés sur la base des volumes de bassin disponibles supposés et des volumes supplémentaires nécessaires dans les STEP [3]. Là où aucune donnée sur le volume réel des bassins n'était disponible, un volume spécifique de bassin d'activation a été supposé en fonction de la classification de la STEP (p. ex. pour le procédé conventionnel à boues activées pour la dégradation du carbone: 57 l/EH, nitrification: 110 l/EH). Les coûts d'investissement ont été déterminés au moyen de la différence avec le volume de bassin nécessaire pour la nitrification et la dénitrification (p. ex. procédé conventionnel à boues activées: 200 l/EH) avec des coûts de construction spécifiques (Fr./m3 de volume de bassin) provenant de projets de référence.
Les coûts annuels se composent des coûts d'exploitation et des coûts du capital (amortissements et coûts d'intérêts). Pour les mesures, les coûts du capital d'un montant de 96 millions de francs par an et les coûts d'exploitation d'un montant de 67 millions de francs s'additionneraient pour donner un coût annuel de 163 millions de francs [21]. Les coûts annuels actuels de l'évacuation des eaux usées sont d'environ 2,2 milliards de francs par an, ce qui correspond à 175 francs par équivalent-habitant [2]. Ils se composent des coûts de traitement des eaux usées dans les STEP, soit 0,98 milliard de francs par an, et des coûts d'évacuation des eaux usées, soit 1,23 milliard de francs par an. Il existe toutefois de grandes différences au niveau local, qui dépendent notamment de la taille des STEP et de la densité de population. Selon la classe de taille de la STEP, les coûts du capital augmenteraient de 6 à 12 francs et les coûts d'exploitation de 3 à 8 francs par équivalent-habitant et par an. Les coûts annuels du traitement des eaux usées, y compris l'évacuation des eaux usées, augmenteraient par conséquent d'environ 7% en raison des mesures relatives à l'azote.
Les coûts d'investissement et les coûts d'exploitation des mesures relatives à l'azote devraient - comme le prévoit déjà la loi - être supportés selon le principe du pollueur-payeur par le biais des taxes communales sur les eaux usées.
L'augmentation de l'élimination de l'azote se répercute sur les émissions indirectes et directes de gaz à effet de serre dues à l'épuration des eaux. L'effet le plus important est obtenu par la réduction des émissions directes de protoxyde d'azote jusqu'à 80% (-370'000 t CO2eq par an), obtenue grâce aux mesures [3]. Cela correspond à environ la moitié des émissions totales de gaz à effet de serre causées par l'épuration des eaux usées.
Si l'on se réfère aux émissions actuelles de gaz à effet de serre à l'échelle de la Suisse, la part des STEP passerait ainsi d'environ 1% à 0,5%. Les coûts environnementaux, qui s'élèvent à 140 francs par tonne d'équivalent CO2 émise dans l'atmosphère selon l'Office fédéral du développement territorial [22], pourraient ainsi être réduits d'environ 50 millions de francs par an.
Les STEP suisses consomment chaque année au total environ 460 GWh d'énergie électrique [2]. Cela correspond à moins de 1% des besoins suisses. L'augmentation de l'élimination de l'azote et une nitrification généralisée augmentent les besoins en électricité de 15 à 65 GWh par an au total [5]. Il en résulte en outre des émissions indirectes de gaz à effet de serre à hauteur de 2000-8300 t CO2eq par an (calculées avec le mix électrique suisse: 128 g CO2eq/kWh), qui sont toutefois largement compensées par la réduction des émissions de protoxyde d'azote (voir ci-dessus).
L'augmentation globale des besoins en électricité se compose de trois facteurs: Premièrement, les besoins en énergie pour l'aération de la nitrification à grande échelle augmentent. Deuxièmement, la production d'électricité diminue en raison d'une production moindre de gaz de digestion, car une partie des matières organiques, qui étaient jusqu'à présent séparées dans la décantation primaire et utilisées pour produire du gaz d'épuration, sont désormais utilisées pour la dénitrification. De même, un âge de boue plus élevé réduit la quantité de boue disponible pour la production de gaz d'épuration. Et troisièmement, la dénitrification permet d'économiser de l'énergie, car les nitrates sont utilisés pour la dégradation des polluants organiques, ce qui réduit la quantité d'oxygène à apporter par l'aération.
La mise en œuvre de l'élimination de l'azote permet de réduire les apports d'ammonium/ammoniac et de nitrites toxiques dans les eaux pour environ la moitié des points de rejet des STEP [3]. Les émissions totales d'azote des STEP dans les eaux, composées en majeure partie d'azote nitrique, sont réduites de moitié environ, passant de 22'000 t N par an à 10'300 t N par an dans toute la Suisse.
L'effet secondaire de l'augmentation de l'élimination de l'azote est une augmentation de 1 à 2% de la dégradation du carbone lorsque l'âge des boues augmente [23]. La dégradation de certains micropolluants [24] ainsi que l'efficacité de la désinfection augmentent également [25]. Un volume de bassin plus important - comme c'est souvent le cas pour une élimination accrue de l'azote - conduit généralement à une meilleure efficacité d'épuration en raison d'un temps de séjour hydraulique plus long et d'un âge des boues plus élevé - en particulier par temps de pluie.
Les immissions d'azote dans les eaux peuvent être quantifiées en tant que coûts environnementaux, qui permettent d'estimer en termes monétaires la dégradation et la perte d'écosystèmes. La convention méthodologique de l'Office fédéral allemand de l'environnement indique que le coût environnemental par kilogramme d'azote émis dans les eaux est d'environ 21 euros [26]. Selon cette estimation, les coûts environnementaux économisés pour la réduction attendue des émissions d'azote dépasseraient le coût annuel des mesures.
La consultation sur la révision de la loi se déroulera jusqu'en mars 2026 (voir fig. 4). Après les adaptations qui s'ensuivra, celle-ci sera soumise au vote de l'Assemblée fédérale. Parallèlement, l'OEaux sera révisée pour régler en détail la mise en œuvre et devrait être mise en consultation en 2028. La LEaux et l'OEaux devraient entrer en vigueur ensemble en 2029. Ensuite, les cantons devront établir une planification pour la mise en œuvre des mesures. Les mesures visant à augmenter l'élimination de l'azote dans les STEP doivent être mises en œuvre d'ici 2050 au plus tard. Le délai de mise en œuvre pour le déficit d'exécution des exigences existantes pour l'ammonium est 2035.
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[2] Association suisse des professionnels de la protection des eaux et de l'épuration VSA (2023) : Coûts et prestations de l'évacuation des eaux usées
[3] Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW (2024) : Considération globale du développement de la capacité d'épuration des STEP, Office fédéral de l'environnement
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[10] Office fédéral de l'environnement OFEV (1998) : Méthodes d'analyse et d'appréciation des cours d'eau en Suisse
[11] Gulde, R. ; Wunderlin, P. (2025) : Protection des eaux : la valeur de rejet des nitrites sous la loupe
[12] Office fédéral de l'agriculture OFAG (2024) : «Rapport agricole» [2024]
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[18] Gruber, W. et al. (2022) : Emissions de protoxyde d'azote provenant des STEP, Aqua & ; Gas, No. 1
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[20] Haute école spécialisée du nord-ouest de la Suisse FHNW (2024) : Considération globale du développement des performances d'épuration des STEP, Office fédéral de l'environnement
[21] INFRAconcept AG (2024) : Influence des mesures N et CEM sur les coûts de l'épuration des eaux
[22] Office fédéral du développement territorial ARE (2023) : Coûts et bénéfices externes des transports en Suisse. Trafic routier, ferroviaire, aérien et fluvial en 2020
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[26] Agence fédérale de l'environnement (2020) : Convention méthodologique 3.1 pour la détermination des coûts environnementaux, taux de coûts
Les modifications prévues de la loi sur la protection des eaux (LEaux) ont été présentées par le Conseil fédéral en novembre 2025 et sont en consultation jusqu'en mars 2026. Les exigences concrètes en matière de capacité d'épuration seront fixées dans l'OEaux. Afin de pouvoir évaluer l'ampleur des mesures prévues, les modifications de l'OEaux ont d'ores et déjà été proposées, même si elles ne seront mises en consultation que plus tard et séparément [19]. La LEaux prévoit une planification cantonale pour la mise en œuvre des mesures.
Les exigences relatives au rejet d'ammonium, qui ne s'appliquent jusqu'à présent que si celui-ci a des effets négatifs sur les eaux, s'appliqueront à l'avenir à toutes les STEP de plus de 1000 équivalents-habitants. Les exigences sont une moyenne journalière de 2 mg/l en tant que somme de NH4+-N et de NH3-N et une efficacité de traitement de 90% lorsque la température des eaux usées est supérieure à 10 °C. Pour les STEP de moins de 1000 équivalents-habitants, ces exigences ne s'appliqueront, comme aujourd'hui, qu'en cas d'effets négatifs sur la qualité de l'eau.
La valeur indicative actuellement en vigueur pour les nitrites (0,3 mg/l NO2--N) à la sortie de la STEP doit être transformée en une valeur limite.
Pour que le déficit d'exécution dans environ 80 STEP concernant les exigences déjà existantes pour le rejet d'ammoniac soit rapidement comblé, un délai de mise en œuvre est fixé à cet effet jusqu'en 2035.
Une réduction de 80% de l'azote total en moyenne annuelle est exigée pour les STEP de plus de 10'000 équivalents habitants. Les mesures doivent être mises en œuvre d'ici 2050.
L'équipe des auteurs remercie Damian Dominguez et Fabian Soltermann de l'Office fédéral de l'environnement (OFEV) pour leur soutien technique.
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