Recyclage du phosphore

Gestion durable des matières premières grâce au recyclage du phosphore

Le phosphore est un élément vital. Il est l’un des principaux minéraux qui composent les cellules et les os, au même titre que l’azote et le potassium. De plus, l’ADN humain, porteur des informations génétiques, est également constitué d’acide phosphorique. La croissance des plantes dépend aussi de cet élément. Un hectare de blé, par exemple, nécessite 60 kg de phosphore par saison. Le phosphore représente donc un composant majeur de tous les engrais agricoles. Les stations d’épuration et les entreprises de valorisation des déchets d’abattoirs et des cadavres d’animaux produisent de grandes quantités de résidus très riches en phosphore. Or, dans la gestion actuelle des déchets, ce nutriment n’est pas récupéré.

Dès 2026, le phosphore contenu dans les eaux usées, les boues d’épuration ou les cendres résultant du traitement thermique de ces boues devra être récupéré et faire l’objet d’une valorisation matière (p. ex. engrais). Ainsi, le secteur de l’agriculture sera à même de couvrir ses besoins avec une ressource indigène, sans qu’il soit nécessaire d’importer des engrais minéraux d’origine critiquable et contenant des métaux lourds nocifs. Cette valorisation permet en outre de boucler un cycle de matières primordial et de ménager les réserves primaires de phosphates.

En 2018, l’Office fédéral de l’environnement (OFEV) a lancé SwissPhosphor afin de créer, dans le cadre d’un processus participatif impliquant l’ensemble des acteurs concernés, les bases décisionnelles pour le recyclage du phosphore en Suisse.

Engrais phosphoré
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Réserves mondiales de phosphore

Dans la nature, le phosphore (P) existe presque exclusivement sous forme liée, à savoir de phosphate (P2O5). Ce dernier est extrait de roches phosphatées (minerais phosphatés), qui se sont principalement formées à partir de sédiments marins. Accessoirement, on trouve aussi des minerais phosphatés dans des roches magmatiques. Si la disponibilité des gisements de minerais phosphatés est assurée à moyen terme, ceux-ci se concentrent dans quelques régions caractérisées par leur instabilité géopolitique (p. ex. Maroc, Chine et Russie). Selon les régions, l’extraction des phosphates a également des effets négatifs graves pour l’être humain et l’environnement.

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Réserves mondiales de phosphore
© USGS 2016, OFEV
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Mine de phosphate
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Dépendance aux importations exacerbée par les valeurs limites strictes pour le cadmium

Si les gisements de minerais phosphatés d’origine sédimentaire ont une concentration de phosphate plus élevée que ceux d’origine magmatique, ils affichent également une teneur accrue en polluants tels que le cadmium et l’uranium. La Suisse a fixé des valeurs limites très strictes s’agissant des concentrations de métaux lourds dans les engrais minéraux et s’approvisionne donc principalement en minerais phosphatés d’origine magmatique qui contiennent peu de cadmium. En conséquence, elle ne peut acquérir du phosphore à des fins de production d’engrais qu’auprès de quelques mines seulement. Aussi la Suisse importait-elle jusqu’à présent beaucoup d’engrais minéraux phosphorés de Russie. Cependant, la guerre en Ukraine a changé la donne, soulignant encore une fois à quel point il est essentiel et actuel pour la Suisse de devenir moins dépendante du phosphore importé.

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Carte synoptique des gisements de minerais phosphatés dans le monde
© OFEV

Consommation de phosphore en Suisse

Chaque année, la Suisse importe 14 600 t nettes de phosphore via les engrais minéraux (4200 t), les aliments pour animaux (6200 t), les denrées alimentaires (2600 t) et les produits chimiques (1600 t). Comme il n’existe pas de réserves primaires de phosphore (minerais phosphatés) en Suisse, seules les importations permettent de couvrir les besoins en phosphore, notamment en engrais phosphorés. Or cette dépendance est problématique. L’épandage direct, à des fins de fertilisation, de boues d’épuration contenant du phosphore est interdit dans l’agriculture depuis 2006. Cette règle empêche les polluants de contaminer le sol, mais elle casse le cycle du phosphore dans l’agriculture.

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Importations annuelles de phosphore en Suisse (chiffres basés sur l’année 2015)
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Épandage d’engrais chimique dans un champ.
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Récupération du phosphore : fermeture d’un cycle de matières essentiel

Pas de phosphore, pas de vie. En effet, tant les êtres humains que les animaux et les plantes ont besoin de phosphore, indispensable à leur croissance et à leur métabolisme énergétique. La limite planétaire déterminée pour le cycle du phosphore est largement dépassée, et ce cycle n’est actuellement pas fermé en Suisse. Autrefois, les boues d’épuration étaient utilisées comme engrais dans l’agriculture, permettant ainsi de réintroduire le phosphore dans le cycle des matières. Or l’épandage direct de ces boues n’était pas sans risques. Il est ainsi interdit depuis 2006, aussi en raison de la crise de la vache folle. Désormais, ces boues doivent être incinérées (traitement thermique). Pour son utilisation dans l’agriculture, le phosphore est aujourd’hui extrait sous forme de phosphates, transformé en engrais, importé et épandu dans les champs suisses. De là, ce nutriment est absorbé par des plantes, qui servent à leur tour d’aliments pour animaux et de denrées alimentaires pour les êtres humains. Le phosphore pénètre dans le corps humain via les denrées alimentaires végétales et animales consommées et est évacué via les excréments dans les eaux usées avant de terminer sa course principalement dans les boues d’épuration. Enfin, ces dernières sont incinérées, et le phosphore qu’elles contiennent finit donc soit sous forme de cendres de boues d’épuration ou de mâchefers dans les décharges, soit dans les cimenteries, où les boues d’épuration, les farines animales et les poudres d’os servent de combustibles de substitution.

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Possibilités de récupération du phosphore.
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La fermeture du cycle du phosphore permet d’exploiter les matières premières efficacement et le plus longtemps possible. Le recyclage du phosphore et la fermeture de son cycle valent assurément la peine sur les plans écologique et économique afin de préserver les ressources naturelles et de renforcer l’indépendance de la Suisse vis-à-vis des importations. En 2016, le Conseil fédéral a donc introduit une obligation de récupération dans l’ordonnance sur les déchets (OLED ; RS 814.600).

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Cycle de la nature.
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Bases légales applicables à la récupération du phosphore

La loi sur la protection de l’environnement (LPE ; RS 814.01), la loi fédérale sur la protection des eaux (LEaux ; RS 814.20) ainsi que l’OLED définissent les principes de base d’une gestion des déchets respectueuse de l’environnement.

L’art. 15, al. 1, OLED fonde l’obligation de récupérer le phosphore et dispose que le phosphore contenu dans les eaux usées communales, les boues d’épuration des stations centrales d’épuration des eaux usées ou les cendres résultant du traitement thermique de ces boues doit être récupéré et faire l’objet d’une valorisation matière. La même obligation s’applique aux farines animales et aux poudres d’os, à moins que celles-ci ne soient utilisées comme fourrage (art. 15, al. 2, OLED). Le Conseil fédéral a fixé l’entrée en vigueur de l’obligation de récupérer le phosphore au 1er janvier 2026 (art. 51 OLED). De plus, la valorisation doit se faire conformément à l’état de la technique (art. 12, al. 2, OLED). L’obligation d’exécution incombe aux cantons.

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Eaux usées / sous-produits animaux
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Exigences quantitatives et qualitatives

Le but est de récupérer autant de phosphore dans les différents flux de déchets que ce que permet l’état de la technique. À long terme, la Suisse doit récupérer au moins autant de phosphore qu’elle en importe aujourd’hui via les engrais minéraux et les produits chimiques. Pour atteindre cet objectif, un taux de récupération d’au moins 50 % a été défini dans l’aide à l’exécution. Le module « Déchets riches en phosphore » de l’aide à l’exécution relative à l’OLED offre aux cantons et aux organisations économiques concernées un cadre pour mettre en œuvre de manière aussi homogène que possible la législation relative à la récupération du phosphore. Ce document explicite aussi bien les exigences légales que l’état de la technique. Le phosphore issu de ces flux de déchets peut être utilisé comme engrais dans l’agriculture s’il répond aux exigences de l’ordonnance sur les engrais. Actuellement, l’utilisation d’engrais à base de phosphore récupéré est autorisée dans l’agriculture conventionnelle, mais pas encore dans l’agriculture biologique.


Potentiel de la Suisse en matière de phosphore

En Suisse, 6900 t de phosphore pourraient être valorisées chaque année à partir des flux de déchets, notamment des boues d’épuration, qui sont les déchets les plus riches en phosphore (5700 t de phosphore par an). C’est dans les boues d’épuration et leurs cendres qu’il est le plus efficace de récupérer le phosphore. Ces boues doivent être traitées thermiquement depuis que leur épandage direct comme engrais est interdit dans l’agriculture. Les sous-produits animaux (farines animales et poudres d’os) occupent la deuxième place du classement des déchets riches en phosphore, et leur valorisation permettrait à la Suisse de récupérer environ 1200 t de phosphore par an. En comparaison des boues d’épuration, les sous-produits animaux contiennent des concentrations élevées de phosphore et peu de polluants. D’un point de vue technique, il est donc relativement aisé de recycler le phosphore qu’ils contiennent. Théoriquement, un taux de récupération de 80 % permettrait de couvrir près de 40 % de la consommation annuelle de phosphore avec du phosphore recyclé indigène.

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Potentiel de la Suisse en matière de phosphore avec consommation annuelle et flux potentiel de phosphore récupéré, pour un taux de récupération de 80 % des flux de déchets valorisables.
© OFEV

Possibilités de récupération du phosphore

La récupération du phosphore contenu dans les eaux usées, les boues d’épuration ou les cendres résultant du traitement thermique de ces boues ainsi que dans les farines animales et les poudres d’os constitue un nouveau secteur technologique. Ces dernières années, plusieurs technologies ont été développées puis testées et optimisées dans des centres d’essais et dans le cadre de projets pilotes. Elles reposent sur des principes différents et se distinguent par leur approche de départ. Dans les procédés décentralisés, le phosphore est extrait directement des eaux usées et des boues d’épuration dans les stations d’épuration des eaux usées (STEP). Les procédés centralisés, eux, entrent en jeu principalement une fois les boues d’épuration incinérées (cendres de boues d’épuration) et ne dépendent ni de l’exploitation ni de l’emplacement des STEP.

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Possibilités de récupération du phosphore
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État actuel de développement de la technique

L’éventail des procédés envisageables et suffisamment développés s’est drastiquement réduit au cours des dernières années. Les procédés de récupération du phosphore qui s’attaquent aux cendres des boues d’épuration, notamment, semblent s’imposer. La préférence est donnée à l’extraction et à la minéralisation chimiques par voie humide des cendres de boues d’épuration, qui permettent un taux de récupération élevé ainsi que le respect des valeurs limites applicables aux engrais de recyclage minéraux, lors de leur production. En Suisse, trois procédés sont actuellement à l’étude : Phos4Life, REALphos et ZAB. Les approches décentralisées ne joueront probablement pas un rôle crucial dans la récupération du phosphore, notamment parce qu’elles présentent un faible taux de récupération. En effet, les STEP qui disposent d’un système fonctionnel d’élimination biologique du phosphore peuvent prétendre au mieux à un taux de récupération de 50 %.


Installations prévues de récupération du phosphore

Phos4Life (Emmenspitz, canton de Soleure)

Il est prévu d’aménager sur le site de l’usine d’incinération des ordures ménagères KEBAG et de l’association « Zweckverband der Abwasserregion Solothurn-Emme » (ZASE), à Zuchwil (canton de Soleure), une installation d’envergure utilisant le procédé Phos4Life (P4L). Les partenaires du projet sont la fondation « Stiftung Zentrum für nachhaltige Abfall- und Ressourcennuzung », les installations d’incinération de boues acr (canton du Tessin), ERZ (canton de Zurich), Epura (canton de Vaud), erzo (canton d’Argovie), REAL (canton de Lucerne), saidef (canton de Fribourg), les Services industriels de Genève (canton de Genève) et ZASE (canton de Soleure). Des cendres de boues d’épuration, l’installation extrait, par voie chimique humide, un acide phosphorique technique de haute qualité, qui peut être directement commercialisé dans l’industrie chimique et technique tant en Suisse qu’en Europe. De plus, l’acide phosphorique technique peut servir à la fabrication d’engrais peu polluants, comme le TSP46, en Suisse. D’après le projet actuel, cette installation permettra de récupérer environ 2200 t de phosphore par an. Les travaux de construction devraient démarrer à la mi-2027 pour une mise en service en 2030.

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P4L Emmenspitz – Quantités visées, produit, schéma simplifié du processus ; état : octobre 2023
© OFEV

Phosphor26 (Oftringen, canton d’Argovie)

Dans le cadre du projet « Phosphor26 », il est prévu de construire sur le site de l’association « Entsorgung Region Zofingen » (erzo), à Oftringen (AG) et avec le concours de l’entreprise Holcim, une installation de séchage des boues d’épuration ainsi qu’une installation d’envergure utilisant le procédé REALphos. Les partenaires du projet sont erzo (AG), l’installation d’incinération de boues REAL (canton de Lucerne) et Holcim. Le procédé REALphos de blanchiment des cendres consiste à produire un acide phosphorique fertilisant au moyen d’une méthode d’extraction chimique par voie humide à partir des cendres de boues d’épuration. L’association ZAB, à Bazenheid, doit ensuite transformer cet acide phosphorique fertilisant en engrais phosphoré. D’après le projet actuel, l’installation prévue permettra de récupérer environ 1300 t de phosphore par an. La décision d’investissement lancera le début des travaux, pour une mise en service environ trois ans et demi plus tard.

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Phosphor26 – Quantités visées, produit, schéma simplifié du processus ; état : octobre 2023
© OFEV

ZAB (Bazenheid, canton de Saint-Gall)

L’association « Zweckverband Abfallverwertung Bazenheid » (ZAB) prévoit de réaliser, sur le site de Bazenheid (canton de Saint-Gall) une installation d’envergure fonctionnant avec le procédé ZAB. Les partenaires du projet sont les associations « Klärschlamm-Interessengemeinschaft Ost », « Abwasserverband Altenrhein » et ZAB ainsi que les entreprises Landi Aachtal (Obstverwertung Oberaach, canton de Thurgovie) et TMF Extraktionswerk (canton d’Argovie). Il est également prévu de créer une société anonyme « P-AG Bazenheid » en qualité de porteur du projet. Grâce à un procédé, fonctionnant avec de l’acide phosphorique, de minéralisation par voie humide des cendres de boues d’épuration, des farines animales et des poudres d’os, l’installation prévue permettra de fabriquer les engrais P30, P38 ou TSP46. Le TSP46 (engrais à base de superphosphate triple contenant 46 % de phosphates) sera vendu et utilisé en Suisse comme engrais ou transformé en un engrais composé. L’acide phosphorique technique produit au moyen du procédé P4L se prêterait à la fabrication de TSP46. Les engrais contenant 30 % ou 38 % de phosphates (P30, P38) sont quant à eux destinés à l’exportation, mais peuvent aussi servir dans l’agriculture suisse. L’acide phosphorique fertilisant résultant du procédé REALphos conviendrait à la fabrication des engrais P30 et P38. D’après le projet actuel, cette installation permettrait de fabriquer chaque année 14 000 t d’engrais TSP46 avec 3000 t de phosphore et 15 000 t d’engrais P30/38 avec 2300 t de phosphore. Les travaux de construction devraient démarrer au printemps 2025 pour une mise en service à l’été 2026.

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ZAB – Quantités visées, produit, schéma simplifié du processus ; état : octobre 2023
© OFEV

Produits et marché

Les principaux produits fabriqués à partir du phosphore récupéré sont l’acide phosphorique de différentes qualités ainsi que les engrais P30, P38 ou TSP46. L’acide phosphorique technique peut être utilisé dans l’industrie chimique et technique ou pour la production d’engrais TSP46. L’acide phosphorique fertilisant sert à la fabrication d’engrais P30 ou P38. Tous les engrais mentionnés (P30, P38, TSP46) respectent les exigences légales et peuvent être utilisés dans l’agriculture suisse. Cependant, les engrais P30 et P38 ne répondent pas aux exigences en vigueur du secteur suisse des engrais, raison pour laquelle ils sont actuellement destinés à l’exportation. L’engrais TSP46 y satisfait et peut donc être vendu sur le marché suisse. Si les trois installations prévues, à savoir Phos4Life, Phosphor26 et ZAB, ont les capacités pour récupérer le phosphore à partir de grandes quantités de cendres de boues d’épuration, elles ne sont pas en mesure d’exploiter tout le potentiel de phosphore des boues d’épuration. D’une part, certains partenaires sont impliqués dans plusieurs projets. D’autre part, les modalités et le site de récupération du phosphore ne sont pas encore définis dans de nombreux cantons.

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Phosphor26 – Quantités visées, produit, schéma simplifié du processus ; état : octobre 2023
© OFEV
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Engrais minéraux
© istockphoto | Srinuan Hirunwat

Financement

Les dépenses liées au développement, à la construction et à l’exploitation des installations de récupération du phosphore excèderont probablement les recettes commerciales générées par la vente des produits issus du phosphore recyclé. Les coûts non couverts s’élèvent à environ 5 francs par personne et par an, en fonction du procédé choisi, et sont financés via les taxes d’épuration des eaux.

Le financement de ces éventuels coûts supplémentaires au moyen des taxes d’épuration des eaux s’appuie sur une disposition de l’ordonnance sur la protection des eaux (RS 814.201). Conforme au principe du pollueur-payeur, il repose sur des processus d’exécution établis et peut donc être mis en œuvre immédiatement. D’après l’état actuel des connaissances, les hausses des taxes d’épuration des eaux nécessaires pour couvrir les coûts supplémentaires seraient inférieures à 10 % et, partant, nettement en dessous des différences existantes entre les taxes des différentes STEP et communes.


Coup d’œil à l’étranger

En Allemagne, l’ordonnance sur les boues d’épuration, entrée en vigueur en 2017, oblige à partir de 2029 les STEP d’une capacité d’au moins 100 000 équivalents-habitants et, à partir de 2032, les STEP plus petites à récupérer le phosphore contenu dans les boues d’épuration. Ces STEP n’auront également plus le droit de valoriser des boues d’épuration en vue d’une utilisation dans l’agriculture ou l’aménagement du paysage. Depuis son entrée en vigueur en 2022, le règlement européen sur les fertilisants couvre également les engrais phosphatés issus des cendres de boues d’épuration et des boues digérées.


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Dernière modification 09.11.2023

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