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Chelsea Wold est une journaliste indépendante basée à La Haye, aux Pays-Bas, et auteure de Daydream : An Urgent Global Quest to Change Toilets.
Les systèmes de toilettes spécialisés extraient l'azote et d'autres nutriments de l'urine pour les utiliser comme engrais et autres produits.Crédit d'image : MAK/Georg Mayer/EOOS NEXT
Gotland, la plus grande île de Suède, a peu d'eau douce.Dans le même temps, les habitants sont aux prises avec des niveaux dangereux de pollution provenant de l'agriculture et des systèmes d'égouts qui provoquent des proliférations d'algues nocives autour de la mer Baltique.Ils peuvent tuer des poissons et rendre les gens malades.
Pour aider à résoudre cette série de problèmes environnementaux, l'île place ses espoirs dans la seule substance improbable qui les lie : l'urine humaine.
À partir de 2021, l'équipe de recherche a commencé à travailler avec une entreprise locale qui loue des toilettes portables.L'objectif est de collecter plus de 70 000 litres d'urine sur une période de 3 ans dans des urinoirs sans eau et des toilettes dédiées à plusieurs endroits pendant la saison touristique estivale.L'équipe est venue de l'Université suédoise des sciences agricoles (SLU) à Uppsala, qui a créé une société appelée Sanitation360.À l'aide d'un procédé mis au point par les chercheurs, ils ont séché l'urine en morceaux ressemblant à du béton, qu'ils ont ensuite broyés en poudre et pressés en granulés d'engrais adaptés à l'équipement agricole standard.Les agriculteurs locaux utilisent l'engrais pour cultiver de l'orge, qui est ensuite envoyée aux brasseries pour produire de la bière qui peut retourner dans le cycle après consommation.
Prithvi Simha, ingénieur chimiste à SLU et CTO de Sanitation360, a déclaré que l'objectif des chercheurs est « d'aller au-delà du concept et de mettre en pratique » la réutilisation de l'urine à grande échelle.L'objectif est de fournir un modèle qui puisse être émulé dans le monde entier."Notre objectif est que tout le monde, partout, fasse cet exercice."
Dans une expérience à Gotland, de l'orge fertilisée à l'urine (à droite) a été comparée à des plantes non fertilisées (au centre) et à des engrais minéraux (à gauche).Crédit photo : Jenna Senecal.
Le projet Gotland fait partie d'un effort mondial similaire visant à séparer l'urine des autres eaux usées et à la recycler en produits comme les engrais.La pratique, connue sous le nom de détournement d'urine, est étudiée par des groupes aux États-Unis, en Australie, en Suisse, en Éthiopie et en Afrique du Sud, entre autres.Ces efforts vont bien au-delà des laboratoires universitaires.Les urinoirs sans eau sont connectés aux systèmes d'évacuation des sous-sols des bureaux de l'Oregon et des Pays-Bas.Paris prévoit d'installer des toilettes à séparation d'urine dans une écozone de 1 000 habitants en cours de construction dans le 14e arrondissement de la ville.L'Agence spatiale européenne installera 80 toilettes à son siège parisien, qui commencera ses opérations plus tard cette année.Les partisans du détournement d'urine disent qu'il pourrait trouver des utilisations dans des endroits allant des avant-postes militaires de fortune aux camps de réfugiés, aux centres urbains riches et aux bidonvilles tentaculaires.
Les scientifiques affirment que la dérivation de l'urine, si elle est déployée à grande échelle dans le monde, pourrait apporter d'énormes avantages à l'environnement et à la santé publique.Cela s'explique en partie par le fait que l'urine est riche en nutriments qui ne polluent pas les masses d'eau et peuvent être utilisées pour fertiliser les cultures ou dans les processus industriels.Simha estime que les humains produisent suffisamment d'urine pour remplacer environ un quart des engrais azotés et phosphatés actuels dans le monde ;il contient également du potassium et de nombreux oligo-éléments (voir « Constituants dans les urines »).Mieux encore, en ne jetant pas l'urine dans les égouts, vous économisez beaucoup d'eau et réduisez la charge sur un système d'égout vieillissant et surchargé.
Selon des experts dans le domaine, de nombreux composants de dérivation de l'urine pourraient bientôt devenir largement disponibles grâce aux progrès des toilettes et des stratégies d'élimination de l'urine.Mais il existe également de grands obstacles au changement fondamental dans l'un des aspects les plus fondamentaux de la vie.Les chercheurs et les entreprises doivent relever une myriade de défis, allant de l'amélioration de la conception des toilettes à séparation d'urine à la simplification du traitement de l'urine et de sa transformation en produits de valeur.Cela peut inclure des systèmes de traitement chimique reliés à des toilettes individuelles ou des équipements de sous-sol desservant l'ensemble du bâtiment et fournissant des services de récupération et d'entretien du produit concentré ou durci résultant (voir "De l'urine au produit").En outre, il existe des problèmes plus larges de changement social et d'acceptation, liés à la fois aux différents degrés de tabous culturels associés aux déchets humains et aux conventions profondément ancrées sur les eaux usées industrielles et les systèmes alimentaires.
Alors que la société est aux prises avec des pénuries d'énergie, d'eau et de matières premières pour l'agriculture et l'industrie, le détournement et la réutilisation de l'urine sont «un défi majeur pour la façon dont nous fournissons l'assainissement», déclare la biologiste Lynn Broaddus, consultante en développement durable basée à Minneapolis..« Un genre qui va devenir de plus en plus important.Minnesota, il était l'ancien président de la Fédération aquatique d'Alexandria, en Virginie, une association mondiale de professionnels de la qualité de l'eau."C'est en fait quelque chose de valeur."
Il était une fois, l'urine était une denrée précieuse.Dans le passé, certaines sociétés l'utilisaient pour fertiliser les cultures, fabriquer du cuir, laver des vêtements et fabriquer de la poudre à canon.Puis, à la fin du XIXe et au début du XXe siècle, le modèle moderne de gestion centralisée des eaux usées est apparu en Grande-Bretagne et s'est répandu dans le monde entier, aboutissant à la soi-disant cécité urinaire.
Dans ce modèle, les toilettes utilisent de l'eau pour évacuer rapidement l'urine, les matières fécales et le papier hygiénique dans les égouts, mélangés à d'autres fluides provenant de sources domestiques, industrielles et parfois d'égouts pluviaux.Dans les stations d'épuration centralisées, les procédés énergivores utilisent des micro-organismes pour traiter les eaux usées.
Selon les règles locales et les conditions de la station d'épuration, les eaux usées rejetées par ce processus peuvent encore contenir des quantités importantes d'azote et d'autres nutriments, ainsi que d'autres contaminants.57 % de la population mondiale n'est pas du tout raccordée à un système d'égout centralisé (voir « Égouts humains »).
Les scientifiques s'efforcent de rendre les systèmes centralisés plus durables et moins polluants, mais à commencer par la Suède dans les années 1990, certains chercheurs poussent à des changements plus fondamentaux.Les avancées à la fin du pipeline ne sont "qu'une autre évolution de la même fichue chose", a déclaré Nancy Love, ingénieure en environnement à l'Université du Michigan à Ann Arbor.Détourner l'urine sera "transformateur", dit-elle.Dans l'étude 1, qui simulait des systèmes de gestion des eaux usées dans trois États américains, elle et ses collègues ont comparé des systèmes de traitement des eaux usées conventionnels avec des systèmes hypothétiques de traitement des eaux usées qui détournent l'urine et utilisent des nutriments récupérés au lieu d'engrais synthétiques.Ils estiment que les communautés utilisant le détournement d'urine peuvent réduire les émissions globales de gaz à effet de serre de 47 %, la consommation d'énergie de 41 %, la consommation d'eau douce d'environ la moitié et la pollution par les nutriments des eaux usées de 64 %.technologie utilisée.
Cependant, le concept reste de niche et largement limité aux zones autonomes telles que les éco-villages scandinaves, les dépendances rurales et les développements dans les zones à faible revenu.
Tove Larsen, ingénieur chimiste à l'Institut fédéral suisse des sciences et technologies aquatiques (Eawag) à Dübendorf, affirme qu'une grande partie de l'arriéré est causée par les toilettes elles-mêmes.Introduites pour la première fois sur le marché dans les années 1990 et 2000, la plupart des toilettes à séparation d'urine ont un petit bassin devant elles pour recueillir le liquide, un réglage qui nécessite un ciblage minutieux.D'autres conceptions incluent des tapis roulants actionnés au pied qui permettent à l'urine de s'écouler lorsque le fumier est transporté vers le bac à compost, ou des capteurs qui actionnent des vannes pour diriger l'urine vers une sortie séparée.
Un prototype de toilette qui sépare l'urine et la sèche en poudre est en cours de test au siège de la société suédoise d'eau et d'égout VA SYD à Malmö.Crédit d'image : EOOS NEXT
Mais dans les projets expérimentaux et de démonstration en Europe, les gens n'ont pas adopté leur utilisation, a déclaré Larsen, se plaignant qu'ils sont trop volumineux, malodorants et peu fiables."Nous avons été vraiment rebutés par le sujet des toilettes."
Ces préoccupations ont hanté la première utilisation à grande échelle de toilettes à séparation d'urine, un projet dans la ville sud-africaine d'Ethekwini dans les années 2000.Anthony Odili, qui étudie la gestion de la santé à l'Université du KwaZulu-Natal à Durban, a déclaré que l'expansion soudaine des frontières post-apartheid de la ville a conduit les autorités à prendre le contrôle de certaines zones rurales pauvres sans toilettes ni eau.
Après l'épidémie de choléra en août 2000, les autorités ont rapidement déployé plusieurs installations sanitaires répondant à des contraintes financières et pratiques, dont quelque 80 000 toilettes sèches à séparation d'urine, dont la plupart sont encore utilisées aujourd'hui.L'urine s'écoule dans le sol sous les toilettes et les matières fécales se retrouvent dans une installation de stockage que la ville vide tous les cinq ans depuis 2016.
Odili a déclaré que le projet a créé des installations sanitaires plus sûres dans la région.Cependant, la recherche en sciences sociales a identifié de nombreux problèmes avec le programme.Malgré l'idée que les toilettes valent mieux que rien, des études, y compris certaines des études auxquelles il a participé, ont montré plus tard que les utilisateurs ne les aiment généralement pas, a déclaré Odili.Beaucoup d'entre eux sont construits avec des matériaux de mauvaise qualité et sont inconfortables à utiliser.Alors que de telles toilettes devraient théoriquement empêcher les odeurs, l'urine dans les toilettes eThekwini se retrouve souvent dans le stockage des matières fécales, créant une odeur terrible.Selon Odili, les gens « ne pouvaient pas respirer normalement ».De plus, l'urine n'est pratiquement pas utilisée.
En fin de compte, selon Odili, la décision d'introduire des toilettes sèches à séparation d'urine a été prise du haut vers le bas et n'a pas pris en compte les préférences des gens, principalement pour des raisons de santé publique.Une étude de 20173 a révélé que plus de 95 % des répondants d'eThekwini souhaitaient avoir accès aux toilettes pratiques et inodores utilisées par les riches résidents blancs de la ville, et beaucoup prévoyaient de les installer lorsque les conditions le permettraient.En Afrique du Sud, les toilettes ont longtemps été un symbole d'inégalité raciale.
Cependant, la nouvelle conception pourrait être une percée dans la diversion urinaire.En 2017, dirigée par le designer Harald Grundl, en collaboration avec Larsen et d'autres, la société de design autrichienne EOOS (séparée d'EOOS Next) a lancé un piège à urine.Cela élimine le besoin pour l'utilisateur de viser et la fonction de déviation d'urine est presque invisible (voir "Nouveau type de toilettes").
Il utilise la tendance de l'eau à coller aux surfaces (appelé effet bouilloire car il agit comme une bouilloire qui goutte maladroitement) pour diriger l'urine de l'avant des toilettes dans un trou séparé (voir "Comment recycler l'urine"). Développé avec le financement de la Fondation Bill & Melinda Gates à Seattle, Washington, qui a soutenu un large éventail de recherches sur l'innovation des toilettes pour les milieux à faible revenu, le piège à urine peut être intégré à tout, des modèles de piédestal en céramique haut de gamme aux squats en plastique. des casseroles. Développé avec le financement de la Fondation Bill & Melinda Gates à Seattle, Washington, qui a soutenu un large éventail de recherches sur l'innovation des toilettes pour les milieux à faible revenu, le piège à urine peut être intégré à tout, des modèles de piédestal en céramique haut de gamme aux squats en plastique. des casseroles. Développé avec le financement de la Fondation Bill & Melinda Gates à Seattle, Washington, qui a soutenu un large éventail de recherches sur l'innovation dans les toilettes à faible revenu, le piège à urine peut être intégré à tout, des modèles avec des socles en céramique aux squats en plastique.marmites. Développé avec le financement de la Fondation Bill & Melinda Gates à Seattle, Washington, qui soutient des recherches approfondies sur l'innovation des toilettes à faible revenu, le collecteur d'urine peut être intégré à tout, des modèles haut de gamme à base de céramique aux plateaux de squat en plastique.Le fabricant suisse LAUFEN lance déjà un produit appelé "Save!"pour le marché européen, bien que son coût soit trop élevé pour de nombreux consommateurs.
L'Université du KwaZulu-Natal et le conseil municipal d'eThekwini testent également des versions de toilettes à piège à urine qui peuvent détourner l'urine et évacuer les particules.Cette fois, l'étude se concentre davantage sur les utilisateurs.Odie est optimiste sur le fait que les gens préféreront les nouvelles toilettes à séparation d'urine parce qu'elles sentent mieux et sont plus faciles à utiliser, mais il note que les hommes doivent s'asseoir pour uriner, ce qui représente un énorme changement culturel.Mais si les toilettes "sont également adoptées et adoptées par les quartiers à revenu élevé - par des personnes d'origines ethniques différentes - cela aidera vraiment à se répandre", a-t-il déclaré."Nous devons toujours avoir une lentille raciale", a-t-il ajouté, pour s'assurer qu'ils ne développent pas quelque chose qui est considéré comme "noir uniquement" ou "pauvre uniquement".
La séparation des urines n'est que la première étape de la transformation de l'assainissement.La partie suivante consiste à déterminer quoi faire à ce sujet.Dans les zones rurales, les gens peuvent le stocker dans des cuves pour tuer tous les agents pathogènes, puis l'appliquer sur les terres agricoles.L'Organisation mondiale de la santé fait des recommandations pour cette pratique.
Mais l'environnement urbain est plus compliqué – c'est là que la majeure partie de l'urine est produite.Il ne serait pas pratique de construire plusieurs égouts séparés dans toute la ville pour acheminer l'urine vers un emplacement central.Et comme l'urine est composée à environ 95 % d'eau, son stockage et son transport sont trop coûteux.Par conséquent, les chercheurs se concentrent sur le séchage, la concentration ou l'extraction des nutriments de l'urine au niveau des toilettes ou du bâtiment, laissant de l'eau derrière eux.
Ce ne sera pas facile, a déclaré Larson.D'un point de vue technique, "la pisse est une mauvaise solution", a-t-elle déclaré.En plus de l'eau, la majorité est de l'urée, un composé riche en azote que le corps produit comme sous-produit du métabolisme des protéines.L'urée est utile en elle-même : la version synthétique est un engrais azoté courant (voir Besoins en azote).Mais c'est aussi délicat : lorsqu'elle est mélangée à de l'eau, l'urée se transforme en ammoniac, ce qui donne à l'urine son odeur caractéristique.S'il n'est pas allumé, l'ammoniac peut sentir, polluer l'air et emporter de l'azote précieux.Catalysée par l'uréase, une enzyme omniprésente, cette réaction, appelée hydrolyse de l'urée, peut prendre plusieurs microsecondes, faisant de l'uréase l'une des enzymes les plus efficaces connues.
Certaines méthodes permettent à l'hydrolyse de se poursuivre.Des chercheurs de l'Eawag ont mis au point un procédé avancé qui transforme l'urine hydrolysée en une solution nutritive concentrée.Premièrement, dans l'aquarium, les micro-organismes convertissent l'ammoniac volatil en nitrate d'ammonium non volatil, un engrais courant.Le distillateur concentre ensuite le liquide.Une filiale appelée Vuna, également basée à Dübendorf, travaille à la commercialisation d'un système pour les bâtiments et d'un produit appelé Aurin, qui a été homologué en Suisse pour les usines alimentaires pour la première fois au monde.
D'autres tentent d'arrêter la réaction d'hydrolyse en augmentant ou en abaissant rapidement le pH de l'urine, qui est généralement neutre lorsqu'elle est excrétée.Sur le campus de l'Université du Michigan, Love s'associe à l'organisme à but non lucratif Earth Abundance Institute de Brattleboro, dans le Vermont, pour développer un système pour les bâtiments qui élimine l'acide citrique liquide des toilettes à dérivation et des toilettes sans eau.L'eau jaillit des urinoirs.L'urine est ensuite concentrée par congélation et décongélation répétées5.
Une équipe SLU dirigée par l'ingénieur environnemental Bjorn Winneros sur l'île de Gotland a développé un moyen de sécher l'urine en urée solide mélangée à d'autres nutriments.L'équipe évalue son dernier prototype, une toilette autoportante avec sèche-linge intégré, au siège de la société suédoise d'eau et d'égouts VA SYD à Malmö.
D'autres méthodes ciblent les nutriments individuels dans l'urine.Ils pourraient être plus facilement intégrés dans les chaînes d'approvisionnement existantes pour les engrais et les produits chimiques industriels, explique l'ingénieur chimiste William Tarpeh, ancien boursier postdoctoral à Love's qui est maintenant à l'Université de Stanford en Californie.
Une méthode courante de restauration du phosphore à partir d'urine hydrolysée est l'ajout de magnésium, qui provoque la précipitation d'un engrais appelé struvite.Tarpeh expérimente des granulés de matériau adsorbant capables d'éliminer sélectivement l'azote sous forme d'ammoniac6 ou le phosphore sous forme de phosphate.Son système utilise un fluide différent appelé régénérant qui circule dans les ballons après leur épuisement.Le régénérant prend les nutriments et renouvelle les boules pour le tour suivant.Il s'agit d'une méthode passive de faible technicité, mais les régénérations commerciales sont mauvaises pour l'environnement.Aujourd'hui, son équipe essaie de fabriquer des produits moins chers et plus respectueux de l'environnement (voir "La pollution du futur").
D'autres chercheurs développent des moyens de générer de l'électricité en plaçant de l'urine dans des piles à combustible microbiennes.Au Cap, en Afrique du Sud, une autre équipe a mis au point une méthode de fabrication de briques de construction non conventionnelles en mélangeant de l'urine, du sable et des bactéries productrices d'uréase dans un moule.Ils se calcifient dans n'importe quelle forme sans cuisson.L'Agence spatiale européenne considère l'urine des astronautes comme une ressource pour la construction de logements sur la Lune.
"Quand je pense à l'avenir du recyclage de l'urine et des eaux usées, nous voulons être en mesure de produire autant de produits que possible", a déclaré Tarpeh.
Alors que les chercheurs poursuivent une gamme d'idées pour marchandiser l'urine, ils savent que c'est une bataille difficile, en particulier pour une industrie bien établie.Les entreprises d'engrais et d'aliments, les agriculteurs, les fabricants de toilettes et les régulateurs ont mis du temps à apporter des changements significatifs à leurs pratiques."Il y a beaucoup d'inertie ici", a déclaré Simcha.
Par exemple, à l'Université de Californie à Berkeley, l'installation de recherche et d'enseignement du LAUFEN save!Cela comprend les dépenses pour les architectes, la construction et le respect des réglementations municipales – et ce n'est pas encore fait, a déclaré Kevin Ona, un ingénieur en environnement qui travaille maintenant à la West Virginia University à Morgantown.Il a déclaré que l'absence de codes et de réglementations existants créait des problèmes pour la gestion des installations, il a donc rejoint le groupe qui développait de nouveaux codes.
Une partie de l'inertie peut être due à la peur de la résistance des acheteurs, mais une enquête menée en 2021 auprès de personnes dans 16 pays7 a révélé que dans des endroits comme la France, la Chine et l'Ouganda, la volonté de consommer des aliments enrichis en urine était proche de 80 % (voir Est-ce que les gens mangeront il?').
Pam Elardo, qui dirige la Wastewater Administration en tant qu'administratrice adjointe de l'Agence de protection de l'environnement de la ville de New York, a déclaré qu'elle soutenait les innovations telles que le détournement d'urine, car les principaux objectifs de son entreprise sont de réduire davantage la pollution et de recycler les ressources.Elle s'attend à ce que pour une ville comme New York, la méthode la plus pratique et la plus rentable pour détourner l'urine soit les systèmes hors réseau dans les bâtiments rénovés ou neufs, complétés par des opérations de maintenance et de collecte.Si les innovateurs peuvent résoudre un problème, "ils devraient fonctionner", a-t-elle déclaré.
Compte tenu de ces avancées, Larsen prédit que la production de masse et l'automatisation de la technologie de dérivation de l'urine ne seront peut-être pas loin.Cela améliorera l'analyse de rentabilisation de cette transition vers la gestion des déchets.La dérivation urinaire "est la bonne technique", a-t-elle déclaré.« Il s'agit de la seule technologie capable de résoudre les problèmes d'alimentation à domicile dans un délai raisonnable.Mais les gens doivent se décider. »
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