En Afrique du Sud, des chercheurs de l’Eawag ont mis au point avec les autorités locales un système sanitaire rentable qui améliore l’assainissement, réduit la pollution des ressources en eau et produit un engrais pour l’agriculture. La matière première utilisée est l’urine. Ce système peut être utilisé dans tout le pays pour les stades, les gares et les aires d’autoroute.

Dans la langue des résidents zoulous de la région de Durban, «Vuna» signifie la récolte. Mais VUNA est également l’abréviation anglais du projet de valorisation des nutriments dans l’urine en Afrique («Valorisation of Urine Nutrients in Africa»), – lancé par l’Eawag grâce à un financement de la Fondation Bill & Melinda Gates. Bastian Etter, ingénieur des procédés, accompagne le projet sur place depuis quatre ans: «Durban est une ville très hétéroclite qui comporte aussi bien des gratte-ciel, des routes à huit voies et des quartiers de villas résidentielles que des bidon-villes et des lotissements isolés s’étalant sur des zones très vallonnées», dit-il au sujet de la métropole située au bord de l’océan Indien, sur la côte est de l’Afrique du Sud, «mais avant tout, Durban est très progressiste.» C’est pourquoi VUNA représente aussi l’histoire d’une réussite, qui prouve que le transfert de technologie vaut la peine pour toutes les personnes impliquées.

Il y a dix ans, Durban s’est mise à croître très rapidement, et s’est soudain retrouvée avec plus de trois millions d’habitants, mais sans un réseau d’égouts desservant ses vaste zones urbanisées. A la fin de l’apartheid, le droit à des toilettes a été inscrit dans la nouvelle constitution, c’est pourquoi les autorités ont décidé d’installer des toilettes sèches. Entretemps, la banlieue de Durban compte près de 90 000 toilettes publiques sans chasse d’eau, dans lesquelles les excréments et l’urine sont séparés. Tan dis que les matières solides sont séchées et enterrées, le liquide s’infiltre le plus souvent dans le sol, polluant ainsi les ruisseaux, les rivières et les eaux souterraines à long terme. Tel n’est plus le cas actuellement pour les quelque 700 familles qui participent à VUNA. Chez ces personnes, des employés de la municipalité recueillent l’urine dans des bidons afin de la réutiliser.

Les chercheurs fournissent eux-mêmes la matière première

«L’urine est une matière première», souligne Kai Udert, responsable du projet VUNA à l’Eawag, «50 à 90 % des nutriments que nous ingérons ne sont pas excrétés par les matières solides, mais par l’urine». Citons notamment l’azote, le potassium, le soufre et le phosphore, mais également des oligoéléments tels que le bore et le manganèse. Le traitement de l’urine est d’ailleurs la véritable spécialité de ces chercheurs de l’Eawag. «S’agissant des technologies utilisées dans ce processus, nous apportons généralement du savoir-faire suisse en Afrique du Sud», explique Kai Udert. Ce projet bénéficie également de la contribution de nombreux experts de l’Eawag. En plus des chimistes de l’environnement et des sociologues, des experts en automatisation et en modélisation de données font également partie de l’aventure.

Dans le bâtiment principal de l’Eawag à Dübendorf, les employés fournissent eux aussi de la matière première grâce aux toilettes NoMix installées pour les essais en Suisse. Le sous-sol de l’immeuble abrite deux grands réservoirs noirs qui stockent le liquide provenant des WC situés au-dessus. La pièce précédente comporte deux grandes colonnes en plastique d’environ deux mètres de haut: les réacteurs. Dans ces réacteurs, des milliers de petits morceaux de plastique clair gargouillent dans un liquide brun. Dans un premier temps, les réacteurs stabilisent l’azote, qui est présent dans l’urine sous la forme d’ammoniac malodorant. Cette mission est accomplie par des bactéries se trouvant sur les particules de plastique. Il s’agit de boue activée, comme dans une station d’épuration. Mais ce qui fonctionne dans le traitement des eaux usées, les chercheurs doivent d’abord l’enseigner aux micro-organismes de leur usine pilote: «La concentration d’urine dans notre réacteur est beaucoup plus élevée que dans une station d’épuration», explique Kai Udert. «Nous devons donc laisser plus de temps aux bactéries pour se nourrir, et rajouter chaque jour un peu d’urine, jusqu’à ce qu’elles puissent traiter cette forte concentration au bout de deux mois.» Ainsi, l’ammoniac volatil est-il transformé en nitrate d’ammonium dissous et inodore.

Floraison au bureau

Dans un deuxième temps, la solution de nitrate d’ammonium est amenée à un système de distillation. Il se trouve dans la même pièce, juste à côté des colonnes de réacteurs, et retire 97 % de l’eau contenue dans l’urine. Ce qui reste est un liquide brun, composé d’azote et des autres nutriments présents au départ. «Il s’agit d’un engrais, tel que ceux que vous pouvez acheter au supermarché ou dans un centre de jardinage», lance Bastian Etter en ouvrant une bouteille neuve. L’odeur désagréable d’urine a bel et bien disparu. L’ingénieur nous explique qu’il en arrose les plantes qui trônent son bureau. Depuis qu’il fait cela, son pot de piment ornemental n’a jamais produit autant de fruits et de fleurs.

Après le succès de ce premier essai avec les deux réacteurs de Dübendorf, les chercheurs ont construit des installations similaires en Afrique du Sud, en collaboration avec l’Université de Durban. L’un des réacteurs a été installé dans le service clientèle moderne du service des eaux au centre de Durban. «Cela montre l’engagement des autorités municipales», explique Bastian Etter. Le but est également de prouver que cette nouvelle technologie ne convient pas seulement aux bidonvilles, mais aussi aux grands immeubles du centre urbain densément peuplé, ce qui devrait favoriser son acceptation par la population. Les sondages ont en effet montré que les raisons du rejet de la récupération de l’urine ne sont guère culturelles. Le problème se situe surtout au niveau des attentes de la population, explique Kai Udert: «Pour des raisons de prestige, beaucoup de gens ne veulent que des toilettes à chasse d’eau et pensent que l’Etat doit répondre à leur attente.»

De plus, beaucoup de cabines de toilettes publiques se retrouvent rapidement hors service en raison de leur mauvaise qualité, ce qui réduit à néant les efforts de collecte. Les pouvoirs publics se donnent cependant du mal pour informer la population, ce qui a un effet positif. «Des experts se rendent dans les banlieues de Durban pour expliquer aux gens les avantages de l’hygiène», raconte Bastian Etter, tout en saluant ces tentatives. «Ce sont vraiment de gros efforts qui sont entrepris.» C’est là aussi l’occasion d’expliquer comment on peut obtenir des substances précieuses grâce à l’urine. «C’est ce qui rend ce système plus attrayant.» Des chercheurs de l’ETH Zurich se penchent également sur une possibilité supplémentaire d’inciter les habitants à jouer le jeu en leur offrant une rétribution financière s’ils recueillent et apportent eux-mêmes leur urine.

Des traces de médicaments dans l’engrais

Certaines questions continuent cependant à se poser. «L’urine est très propre, mais elle est loin d’être stérile», affirme Kai Udert. La plupart des agents pathogènes sont excrétés dans les selles, mais une contamination croisée de l’urine n’est pas impossible. Des chercheurs de l’EPFL ont voulu déterminer s’il était possible de tuer les bactéries et les virus au cours de la production d’engrais. Un procédé efficace pour tuer les agents pathogènes est la distillation, qui chauffe l’urine à 80 degrés. En plus des agents pathogènes, l’urine peut également contenir des résidus de médicaments. «En raison du VIH, c’est là un problème majeur en Afrique du Sud», ajoute Kai Udert. Les analyses menées à Durban révèlent une concentration beaucoup plus élevée d’antibiotiques et de médicaments antirétroviraux que les mêmes analyses réalisées à Dübendorf. On ne peut pas encore savoir si cela pose un problème ou non, affirme l’expert. Mais il reste convaincu que la collecte d’urine vaut de toute façon la peine: «Elle nous donne la possibilité d’extraire les polluants de manière beaucoup plus ciblée.»

Les chercheurs sont actuellement en quête de nouveaux partenaires pour construire et commercialiser les réacteurs. Cette technologie convient non seulement pour les pays dont le traitement de l’eau dans les villes est insuffisante. «Il existe aussi un grand potentiel en Europe», déclare Bastian Etter. En Suisse, le Conseil fédéral prévoit une nouvelle ordonnance exigeant le recyclage du phosphore dans les boues d’épuration. Selon les experts, il serait tout aussi utile de récupérer le nutriment directement à sa source, à savoir dans notre urine, même si nos excréments liquides ne contiennent que deux fois moins de phosphore.

La récupération de l’urine serait particulièrement utile là où des toilettes sans eau sont déjà installées, par exemple dans les stades. Mais la production d’engrais pourrait aussi s’avérer intéressante d’un point de vue économique dans les gares ou les stations-service d’autoroute, où sont recueillies des quantités d’urine particulièrement élevées. VUNA jette les bases de la commercialisation de cette technologie. «Nous avons beaucoup appris en mettant ce projet sur pied à Durban avec nos partenaires sud-africains», conclut Bastian Etter.