Les boues se présentent au départ sous forme liquide et avec une forte charge en matière organique hautement fermentescible (?). Ces deux caractéristiques sont gênantes quelle que soit la destination des boues et imposent la mise en place d’une filière de traitement, c’est-à-dire une suite organisée de procédés qui agissent de façon complémentaire.

On distingue trois grands types de traitement :

- des traitements de stabilisation, dont l’objectif est de réduire la fermentescibilité des boues pour atténuer ou supprimer les mauvaises odeurs ;
- des traitements de réduction de la teneur en eau des boues, visant à diminuer la quantité de boues à stocker et à épandre, ou améliorer leurs caractéristiques physiques (tenue en tas notamment) ;
- des traitements d’hygiénisation (?) qui visent à éradiquer la charge en micro-organismes pathogènes (?). Ils ne sont mis en œuvre que dans des contextes particuliers.

• La stabilisation des boues

Les traitements de stabilisation utilisés sont de type biologique, chimique ou thermique. Ils s'appliquent aux boues mixtes fraîches, aux boues secondaires ou à l'ensemble des boues.

La stabilisation biologique réduit la teneur des boues en matières fermentescibles. Elle se fait soit par voie aérobie (en présence d'oxygène) dans les bassins d'aération ou dans des bassins de stabilisation aérobie, soit par voie anaérobie (absence d'oxygène) dans des digesteurs avec production d'un biogaz riche en méthane. Dans le premier cas, on obtient des boues « aérobies » ou « stabilisées aérobies », dans le second cas des boues « digérées », encore appelées « anaérobies » ou « stabilisées anaérobies ». La digestion anaérobie se pratique dans environ 200 stations d'épuration en France. Il s'agit d'installations de taille souvent supérieur à 50 000 EH et totalisant 21 millions d'EH.

La stabilisation biologique est de loin le procédé le plus employé en France (plusieurs milliers de stations d'épuration), parfois en combinaison avec des procédés chimiques ou thermiques.

Le compostage constitue un procédé particulier de stabilisation biologique aérobie. Il se réalise de préférence sur des boues déjà déshydratées de façon à économiser l'approvisionnement en support de compostage, les boues n'étant pas auto-compostables. Les boues compostées ont un aspect de « terreau » et présentent une structure solide ; elles sont stables. On constate actuellement un fort regain d'intérêt pour cette technique en raison des nouvelles donnes réglementaires et économiques concernant la gestion des déchets (?).

La stabilisation chimique bloque simplement l’activité biologique, et donc l'évolution de la boue, par adjonction d'une quantité importante de chaux (10 à 50 % de la matière sèche, en général 30 %) élevant le pH au delà de 12.
Le chaulage suppose généralement une déshydratation préalable des boues , sauf dans le cas du filtre-presse où un lait de chaux est mélangé aux boues liquides. Les boues chaulées obtenues sont de structure pâteuse ou solide.

La stabilisation par chaulage connaît un développement soutenu depuis plusieurs années en raison de son efficacité vis à vis de la maîtrise des nuisances olfactives et de l'intérêt des boues pour le chaulage des sols acides.
Environ 200 stations d'épuration pratiquent le chaulage en France, ce qui représente 2 % du parc français (exprimé en nombre de stations, soit 25 % de la capacité de traitement installée). Il s'agit généralement de stations de taille supérieure à 15 000 équivalent-habitants, avec une moyenne voisine de 40 000 équivalent-habitants.

Pour être précis, il est utile de souligner que souvent chaulage et compostage se pratiquent sur des boues déjà stabilisées biologiquement en station d'épuration. Ils constituent en quelque sorte un traitement complémentaire de stabilisation. Toutefois, pour des boues primaires ou physico-chimiques, ce sont les uniques modes de stabilisation.
D’autres techniques chimiques, basées sur le blocage de l’activité biologique, commencent à être proposées (exemple : procédé de traitement aux nitrites à pH acide).

Le séchage thermique des boues revêt un effet temporaire de stabilisation (par absence d’eau), persistant aussi longtemps que les boues ne sont pas réhumectées. Pour des raisons de coût, le séchage se pratique sur des boues déjà déshydratées mécaniquement.

• Réduction de la teneur en eau des boues

Pour réduire les volumes à manipuler, différents procédés sont mis en œuvre comprenant, par ordre croissant d'efficacité et de coût, l'épaississement, la déshydratation et le séchage.

En amont de ces procédés, des traitements dits de conditionnement sont souvent utilisés pour favoriser la séparation liquide-solide. Ils utilisent des floculants (?) organiques de synthèse (appelés polyélectrolytes) ou minéraux (chaux, sels de fer ou d'aluminium).

Le conditionnement peut aussi se faire par voie thermique (autoclavage) et consiste en une cuisson des boues à 180 - 220 °C pendant une demi-heure à deux heures pour casser les liaisons colloïdales propres à la rétention d’eau. Ce procédé est toutefois rarement utilisé en France en raison des difficultés d'emploi et d'un coût prohibitif.

L'épaississement vise à augmenter la siccité (teneur en matière sèche) des boues sans pour autant modifier le caractère liquide de la boue. Cet épaississement peut se faire simplement par voie gravitaire dans un concentrateur ou par des moyens mécaniques (égouttage, flottation (?) ou centrifugation). La siccité des boues épaissies ne dépasse pas usuellement 7 % en moyenne et se situe plutôt vers 5 à 6 %. Généralement, les boues épaissies gravitairement ne sont pas conditionnées et leur siccité plafonne à 3 ou 3,5 %. Ce procédé est fréquent en zone rurale et concerne les petites stations d'épuration, de taille inférieure à 2 000 équivalent-habitants. L'épaississement dynamique (ou mécanique) devient plus fréquent pour les stations de taille comprise entre 2 000 et 5 000 équivalent-habitants.
Ces valeurs sont simplement indicatives car les situations observées sur le terrain restent fort diverses.

A la sortie du traitement des eaux usées, la teneur en eau des boues est très élevée, de l'ordre de 99 % de la matière brute.

La déshydratation, qui correspond en fait à une augmentation forte de siccité, modifie l'état physique des boues, celles-ci passant de l'état liquide à l'état pâteux ou solide.
Les filtres à bandes et les centrifugeuses (à noter que les centrifugeuses donnent selon leur réglage des boues liquides ou pâteuses) donnent des boues plutôt pâteuses en raison de performances de déshydratation qui plafonnent à 18-20 % de siccité pour la première famille de matériels, et 20-25 % de siccité pour la seconde.
Les filtres-presses produisent par contre des boues de structure solide (30 à 35 % de siccité) car conjuguant un conditionnement au lait de chaux et des pressions élevées. Ces matériels sont réservés aux installations les plus importantes, car plus coûteux et contraignants d'emploi que les filtres à bande et les centrifugeuses. Des perfectionnements technologiques sont régulièrement enregistrés.

Le séchage élimine en grande partie ou en totalité l'eau par évaporation, soit par voie naturelle (lits de séchage), soit par voie thermique. La technique des lits de séchage se pratique à l'air libre sur des boues liquides et combine évaporation naturelle et drainage de l'eau libre à travers une couche filtrante de sable et de graviers. L'emprise au sol est de 1 m² pour 4 à 5 habitants raccordés.
Ce système extensif donne des boues solides à 35 - 40 % de siccité mais reste fort dépendant des conditions météorologiques.

Le séchage thermique permet une élimination quasi-totale de l'eau (siccité d'environ 95 %). Les boues obtenues sont pulvérulentes ou en granulés.

En raison des coûts énergétiques, ce procédé reste peu utilisé en France, malgré son intérêt manifeste sur la réduction des volumes à manipuler. Le séchage thermique devrait connaître un nouveau développement dans les années à venir car les autres filières de traitement des boues, dont l'incinération, se renchérissent sous l'effet des nouvelles conditions réglementaires et économiques.

Les filtres à bandes sont de loin les matériels de déshydratation les plus répandus en France (plus de 80 % du parc des matériels de déshydratation)

• Les traitements d’hygiénisation

L’arrêté du 8 janvier 1998 sur l’épandage des boues d’épuration définit l’hygiénisation (?) comme un « traitement qui réduit à un niveau non détectable les agents pathogènes présents dans la boue ». Une boue est considérée comme hygiénisée quand, à la suite d'un traitement, elle satisfait aux exigences définies dans le tableau ci-dessous. L’hygiénisation des boues ne s’impose que dans certains contextes d’utilisation agronomique : la plupart des boues épandues en France ne sont pas hygiénisées, la maîtrise du risque sanitaire reposant de façon satisfaisante sur l’application de règles de bonnes pratiques (Cf. FICHE : Contraintes réglementaires pour l'aptitude des boues à l'épandage).

Seuils de références pour les teneurs en micro-organismes pathogènes
dans les boues hygiénisées (suivant l’arrêté du 8 janvier 1998 relatif aux épandages de boues sur les sols agricoles) :

Les traitements d’hygiénisation résultent souvent d’une conduite particulière des traitements de stabilisation : des boues correctement chaulées, séchées thermiquement ou encore compostées peuvent être considérées comme des boues hygiénisées. Cette liste de traitement n'est pas limitative. Des traitements comme la pasteurisation ou l’ionisation (d’ailleurs non pratiqués en France) hygiénisent les boues mais sans les stabiliser.

NPP : Nombre le Plus Probable
NPPUC : Nombre le Plus Probable d’Unités Cytopathiques
MS : Matière Sèche

• Désignation des différents types de boues

L'appellation des différents types de boues résulte de la combinaison de plusieurs critères :
- nature de l'effluent (?) (urbain, laiterie, abattoir, papeterie,...),
- caractéristique du traitement des eaux (primaire, physico-chimique, biologique),
- procédé de stabilisation (aérobie, anaérobie, chaulage, compostage),
- état physique des boues (liquide, pâteux, solide, pulvérulent, granulé),
- type de matériel de déshydratation (filtre-presse, centrifugeuse, table d'égouttage,...).

L'ensemble des combinaisons possibles montre qu'il existe en théorie un grand nombre de types de boues. Toutefois, en résumant les situations les plus fréquemment rencontrées en France, les principaux types de boues proposés au recyclage en agriculture sont les suivants :
- boues liquides issues de traitements aérobies,
- boues pâteuses issues de traitements aérobies ou anaérobies,
- boues chaulées, pâteuses ou solides,
- boues compostées,
- boues physico-chimiques (très souvent il s'agit aussi de boues chaulées),
- boues de lits de séchage,
- boues de lagunage (catégorie particulière de boues liquides ; le traitement de ces boues se fait de façon extensive, selon un mode anaérobie, au fond des bassins).

• Impact sur la valeur agronomique

Selon les filières de traitement qu’elles ont suivies, les boues d’épuration peuvent être modifiées en terme de valeur agronomique :

- par concentration des éléments fertilisants ou modification de leur biodisponibilité (?),
- par apport de matières ou d’éléments intéressants sur le plan agronomique (chaulage, compostage).

L’essentiel des éléments d’intérêt fertilisant étant concentrés dans la matière sèche, tout traitement de réduction d’eau (épaississement, déshydratation, séchage) va augmenter la richesse en éléments fertilisants par tonne brute à épandre. La déshydratation mécanique réduit les teneurs en éléments solubles (potassium, azote ammoniacal) et concentre les éléments non solubles (phosphore, azote organique).

La digestion anaérobie (méthanisation) modifie les formes de l’azote et le rend plus rapidement assimilable : forte augmentation de la teneur en azote ammoniacal. C’est intéressant si les boues sont épandues sous forme liquide. Si la boue est déshydratée avant épandage, l’eau d’égouttage emporte l’azote ammoniacal (retour en tête de station d’épuration) de sorte que la teneur finale en azote de la boue à épandre est diminuée et moins biodisponible.

Le chaulage et le compostage modifient profondément la vocation fertilisante des boues :

- les boues chaulées sont utilisées comme amendement (?) basiques dans les sols trop acides,
- dans le compostage, les boues sont généralement mélangées à un substrat (paille, sciure, écorces, déchets verts,…) qui leur donne les propriétés d’un amendement organique.
Ces deux procédés modifient également la concentration et la biodisponibilité des autres éléments fertilisants.

Dans les travaux de normalisation en cours au niveau européen sur les boues d’épuration (au sein du CEN TC 308), un guide de bonnes pratiques a été élaboré sur la production de boues en lien avec son utilisation ou élimination (guide n° 2). La volonté de ce guide vise effectivement à rapprocher deux logiques trop souvent déconnectées au sein des stations d’épuration : d’une part le traitement des eaux et des boues, d’autre part l’élimination des boues produites. C’est particulièrement important dans le cas de l’utilisation des boues en agriculture.