Rapport de synthèse du projet Melting Pot

Le changement climatique impacte fortement le cycle de l’eau : les épisodes de sécheresse, observés lors des étés 2022 et 2023, et d’inondations, lors de l’hiver 2023 dans le Nord de la France, sont amenés à se multiplier. L’utilisation d’eaux non conventionnelles (ENC) en substitution des prélèvements sur la ressource conventionnelle ou la réutilisation des eaux usées traitées (REUT) font partie des réponses envisageables. Si le recours à la REUT ou aux ENC est déjà bien balisé pour certains usages (agricoles et espaces verts, voire industriels et nettoyage urbain), c’est moins le cas pour les usages domestiques (à l’exception des eaux de pluies). Pourtant, les prélèvements d’eau dans le milieu naturel pour la production d’eau potable en France sont équivalents à la somme de ceux pour les usages agricoles et industriels (Ministère de la Transition Ecologique, 2020). C’est dans ce contexte que le projet Melting-pot a été lauréat au printemps 2022 du premier appel à projet Pépinière RSE. L’objectif du projet est de concevoir, chiffrer et prioriser des boucles de valorisation d’ENC à mettre en œuvre au niveau du bâtiment du site INRAE de Lyon-Villeurbanne, pour limiter les prélèvements sur les ressources conventionnelles. Première étape : fonctionnement initial du bâtiment La collecte d’informations sur le fonctionnement du bâtiment a permis d’identifier les ressources en eau mobilisées, leurs usages au sein du bâtiment et les eaux usées produites. Les ressources en eau mobilisées sur le site de Lyon-Villeurbanne proviennent de 2 sources : eau potable du réseau du Grand Lyon et eau de nappe pompée par 2 forages présents sur le site. Les volumes d’eau potable consommés sur le site sont de l’ordre de 1 000 m3/an, avec des variations de +/- 20% autour de cette moyenne selon les années. Les consommations mensuelles d’eau potable sont variables selon les années avec néanmoins deux tendances marquées : un minimum de consommation pendant les vacances (août et décembre) et un maximum en juillet, des consommations plus faibles pendant la période d’octobre à février. Les volumes d’eau de forage consommés sont nettement plus importants que les volumes d’eau potable avec une moyenne autour de 6 700 m3/an. Ces volumes varient fortement selon les années et sont en forte diminution : les volumes pompés ont été divisés par 4 entre 2017 et 2023. Les eaux potables et les eaux de forage usées sont rejetées dans le réseau du Grand Lyon. Les volumes d’eaux consommés sont d’environ 200 L par jour ouvré par agent sur le site soit 140 % de la moyenne française (148 L/j/hab). Les usages L’eau potable est consommée sur notre site pour des usages classiques : les éviers (coins café, cuisine) et douches représentent entre 10 et 20 % des consommations en eau du centre, soit en moyenne 160 m3/an ; les lavabos dans les blocs sanitaires entre 30 et 60 % des consommations, soit 490 m3/an en moyenne ; les chasses d’eau représenteraient quant à elles 30 à 50 % des volumes, soit 430 m3/an en moyenne. Une enquête, appelée « Chasse à l’eau » a été menée au sein du centre afin de mieux caractériser les usages contribuant à cette consommation et leur part dans la consommation totale. Les données ont été récoltées quotidiennement grâce à des fiches remplies sur la base du volontariat par les agents présents sur le site, disposées dans les blocs sanitaires, les douches et les coins café de chaque étage. Au total, plus de 1 200 réponses ont été récoltées concernant l’utilisation des chasses d’eau sur une période de 2 semaines, ainsi que 1 500 réponses concernant l’utilisation des éviers et des lavabos. Le taux de participation à l’enquête a été d’environ 44%. Les données récoltées ont permis de réaliser une clé de répartition des différents usages : les volumes d’eaux ménagères (lavabos, douches et éviers) produits (67%) sont plus de 2 fois supérieurs aux volumes d’eau potable consommés pour le fonctionnement des chasses (33%). Cette enquête a également permis d’estimer le volume d’urine produit sur le site, qui serait d’environ 44 m3 par an. Les eaux de forage consommées sur notre site après traitements (osmose inverse, déchloration, filtration, déminéralisation…) sont liées à des usages plus spécifiques pour la recherche : - Alimentation du hall hydraulique de l’équipe HH, une plateforme expérimentale qui permet l’étude des processus associés aux écoulements en rivière et en milieu fortement anthropisé. Les consommations du hall hydraulique varient entre 600 et 1 600 m3/an, en fonction des expérimentations et de la nécessité de renouveler l’eau. Certaines expérimentations sont réalisées à l’eau claire, d’autres avec une eau chargée en sédiments. Enfin, dans certains cas, des micro-plastiques sont utilisés, ce qui peut compliquer la réutilisation des eaux au sein du bâtiment. - Alimentation de bassins d’élevage ou d’exposition, contenant des organismes aquatiques modèles et spécifiques (invertébrés, poissons…) qui permettent d’étudier l’évolution des communautés aquatiques et des risques écotoxiques en lien avec les modifications environnementales du milieu et la dynamique des contaminations. L’utilisation d’eau de forage pour les bassins d’élevage ou d’exposition est la plus importante en volume mais également celle qui varie le plus d’une année sur l’autre. La consommation moyenne annuelle sur 7 ans (2016-2022) est d’environ 6 600 m3/an mais est peu représentative car une modification du fonctionnement des bassins d’élevage (ajout de poire de niveau) a permis une diminution très importante des volumes consommés. En 2022, la consommation d’eau de forage pour les bassins a été de 2 200 m3. A noter, il existe 2 types de bassins : les bassins d’élevage, les plus nombreux et dont les eaux pourraient être réutilisées, et les bassins d’exposition, dans lesquels l’eau est dopée en polluants. Ces eaux-là sont prétraitées avant d’être renvoyées au tout l’égout. Leur réutilisation au sein du bâtiment semble plus compliquée. - Production d’eaux de process, eaux déminéralisées et osmosées disponibles au niveau des paillasses et pour les « eaux techniques » destinées à la centrale thermique (chauffage / climatisation) du centre. Les eaux osmosées et les eaux déminéralisées (ou distillées) produites sur site représentent une vingtaine de m3 par an. Elles sont utilisées pour les paillasses ou les réseaux d’eaux chaudes et glacées pour le contrôle de la température du bâtiment. Les différents usages décrits dans la partie précédente produisent tous des « eaux usées », qui pourraient éventuellement être valorisées (après traitement adéquats) pour d’autres usages au sein du bâtiment. En complément de ces eaux usées, il existe 2 autres gisements qui n’ont pas été évoqués jusqu’à présent : - L’eau de pluie est une eau produite et collectée à l’aval de toitures inaccessibles. Les toitures du centre produisent en moyenne 1 746 m3 d’eaux de pluie par an. La qualité des eaux de pluie a une importante variabilité spatio-temporelle, il est difficile de prédire celle produite par les toitures du site. Ces eaux de pluies sont à l’heure actuelle collectées et dirigées vers un ouvrage de stockage de 200 m3, situé sous la chaussée à l’arrière du bâtiment, puis envoyées au tout-à-l’égout du Grand Lyon. - L’eau pluviale est l’eau qui ruisselle sur les toitures accessibles pour des usages récréatifs ou les chaussées. La production d’eaux pluviales sur notre site est estimée à 1 868 m3 par an. Ces eaux ont ruisselé sur les chaussées du site et se sont chargées en matières minérales, hydrocarbures etc. Elles présentent probablement une qualité moyenne qui les rend peu intéressantes comme gisement à valoriser. Elles rejoignent à l’heure actuelle les eaux de pluie dans l’ouvrage de stockage avant restitution au tout à l’égout. L’ensemble de ces éléments ont été présentés lors du premier atelier participatif du projet, qui s’est tenu le 15 décembre 2022. A l’issue de l’atelier, différents groupes de travail ont été constitués. Chaque groupe a travaillé sur un gisement pour produire des scénarios de boucle de valorisation à l’échelle du site : eaux ménagères, eaux de pluie et désimperméabilisation des sols, urine. Seconde étape : scénarios de recyclage et valorisation des eaux produites par le bâtiment Les eaux ménagères des lavabos de notre bâtiment sont collectées par une canalisation spécifique, distincte de la canalisation des eaux vannes (eaux des toilettes), ce qui permettrait de les réutiliser assez facilement. Les deux canalisations se rejoignent au sous-sol. Près de 50% de l’eau potable du bâtiment est consommé au niveau des lavabos dans les blocs sanitaires. Trois scénarios de réutilisations des eaux ménagères issus des lavabos ont été envisagés : - Remplacement des toilettes actuelles par des toilettes avec lave main incorporé. Cette solution n’a pas été retenue car elle ne permet pas la mutualisation avec les propositions du groupe sur les urines (installations de toilettes à séparation des urines) - Collecte et traitement sous évier de chaque bloc à l’étage N, avant réutilisation pour les WC à l’étage N-1. Ce scénario a été écarté principalement parce que l’installation du traitement sous le lavabo bloque l’accès à ce dernier pour les personnes à mobilité réduites - Traitement des eaux ménagères en bas de la colonne d’eau avant renvoi en toiture pour le stockage et l’alimentation gravitaire des chasses d’eau. Le dispositif de traitement pourrait être installé à la place du potager qui serait décalé de quelques mètres. La chaîne de traitement serait constituée d’un filtre planté à écoulement horizontal aéré suivi d’un traitement complémentaire par chloration. Les eaux de pluie, collectées sur les toitures inaccessibles, pourraient être stockées dans la cuve de régulation à l’arrière du bâtiment (ouvrage de stockage des eaux de pluie et des eaux pluviales) dont le rôle et la configuration seraient changés. Un stockage pourrait également être réalisé dans une des cuves du hall hydraulique, la bâche de sédimentation qui n’est actuellement pas utilisée, en les interconnectant. Ce stockage permettrait de répondre aux besoins d’eau pour les toilettes ainsi que pour deux remplissages complets par an de la citerne du hall hydraulique, avec une probabilité de défaillance supérieure à 50 ans. Concernant la désimperméabilisation des sols, l’analyse du site a principalement porté sur la parcelle correspondant au parking attenant au centre. Il serait possible d’infiltrer sur cette parcelle jusqu’à 2,8 à 2,9 mètres en moyenne grâce à une structure réservoir sous chaussée poreuse pour le parc automobile. La désimperméabilisation de la cour d’accès au bâtiment INRAE permettrait d’améliorer encore le ruissellement local avec infiltration vers la nappe. La collecte sélective d’urine dans le bâtiment grâce à des urinoirs masculins ou féminins ou des toilettes séparatives permettrait de diminuer la consommation d’eau pour les chasses d’eau, ainsi que de valoriser les nutriments (azote, phosphore, potassium) contenus principalement dans les urines en agriculture. Ces nutriments, indispensables à la croissance des plantes sont apportés aux sols agricoles en France principalement sous forme d’engrais, produits selon un procédé qui utilise énormément d’énergie fossile (pour l’azote) ou importés de mines lointaines (pour le phosphore et le potassium). Différents traitements peuvent être utilisés pour transformer les urines en urinofertilisants, des plus simples au plus compliqués. On peut les classer en 4 grandes catégories : urine stockée épandue sous forme liquide, urine nitrifiée concentrée épandue sous forme liquide également, urino-fertilisants organiques où l’urine (fraîche ou hydrolysée) est mélangée avec des matières organiques (compost, sciure, copeaux de bois, biochar, etc.) et enfin fertilisants extraits de l’urine par traitements extractifs qui visent à récupérer un ou plusieurs nutriments (azote ou phosphore) présents dans l'urine pour obtenir un fertilisant concentré, solide ou liquide. Sept filières ont été identifiées en région lyonnaise, allant de la plus simple (épandage d’urine stockée) à la plus complexe (production de fertilisants extraits de l’urine). La filière la plus adaptée pour une valorisation sur notre bâtiment INRAE dépendra de l’avancée des projets après la mise en place d’une collecte sélective de l’urine. Les économies d’eau attendues dépendent du degré de mise en place d’urinoirs ou de toilettes séparatives et peuvent atteindre 247 m3 par an (- 60 %) dans le scénario le plus ambitieux où toutes les toilettes « handicapés » serait remplacées par des toilettes séparatives et toutes les toilettes « conventionnelles » par des urinoirs chez les hommes et chez les femmes. Les travaux des différents sous-groupes ont été présentés lors du second atelier Melting-Pot. Les temps d’échanges par groupes ont permis de faire ressortir les points suivants : - Il y a un fort intérêt pour les toilettes à séparation, tant pour les économies d’eau qu’elles pourraient permettre que pour la valorisation de l’urine produite au niveau du site. Cependant, il serait intéressant de pouvoir tester les différentes options techniques disponibles afin que chacun se fasse une idée et que l’« acceptabilité » de la solution par les collègues puisse être évaluée, avant de les déployer dans l’ensemble du bâtiment. La partie « économies d’eau » associée pourrait également être étudiée plus finement. - Il y a une articulation à construire entre la valorisation des eaux ménagères et celle des eaux de pluie. Les possibilités de stockage doivent être investiguées plus en avant, pour cela il est nécessaire de clarifier le statut de la parcelle adjacente au site. - Des travaux complémentaires doivent être menés sur les principaux postes de consommation du site (hall hydraulique et bassins d’élevage) afin : o D’évaluer les qualités d’eau nécessaires d’une part et produites d’autre part ; o D’identifier les travaux à mener pour permettre l’utilisation d’ENC (modification du parcours des canalisations dans le hall hydraulique pour pouvoir mobiliser la bâche de stockage) ; o De déterminer la qualité de l’eau de pluie produite par les toitures du site et leur évolution pendant le stockage, de manière à dimensionner un traitement permettant de mobiliser cette ressource. Ces différents points ont conduit à proposer une seconde phase d’étude au projet Melting-Pot, selon 2 axes : des démonstrateurs de toilettes du futur (urinoir féminin, urinoir sec masculin et toilettes à séparation urine/fèces) et la caractérisation des eaux non conventionnelles produites sur le site. En termes de participation, le projet a suscité un intérêt grandissant. L’ensemble des unités du site sont représentées dans l’équipe projet. Une quinzaine d’agents se sont impliqués dans les travaux de groupes. Des équipes peu, voire pas représentées jusqu’à présent devraient rejoindre le projet pour ses développements ultérieurs. Si la participation aux ateliers a été limitée à 10% des agents du centre, le projet bénéficie d’un intérêt plus large puisque plus d’un quart des agents du centre ont répondu au sondage proposé à la fin de la phase 1. Le format des ateliers sera revu pour permettre une plus large participation, en cohérence avec les propositions qui ressortent du sondage. Enfin, le comité de pilotage RSE a demandé à ce que la suite du projet soit co-porté par le SDAR. C’est une suggestion intéressante qui pourrait permettre d’une part de donner une légitimité au projet, mais aussi de plus impliquer les collègues de ce collectif.