Les villes européennes émettent d'énormes quantités de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Deux services urbains essentiels – l'incinération des déchets et le traitement des eaux usées – figurent parmi les principaux contributeurs aux émissions municipales de CO2 dans l'UE.
Ces systèmes sont essentiels à la santé publique et à la vie urbaine, mais ils produisent des émissions difficiles à éliminer totalement. Et si ce CO2 n'était pas gaspillé ?
Pour un groupe international de chercheurs, la pollution urbaine au carbone représente une opportunité. Dans le cadre de l'initiative WaterProof, financée par l'UE, ils développent une méthode pour capter le CO2 issu de ces processus et le convertir en acide formique : un composé chimique simple et très polyvalent utilisé dans de nombreux secteurs industriels.
Cela permettrait de transformer les émissions des incinérateurs de déchets et les eaux usées en produits de nettoyage, voire en cuir pour nos chaussures.
Transformer un problème en ressource
Les efforts déployés pour lutter contre le changement climatique se concentrent principalement sur les énergies renouvelables, l'électrification et l'amélioration de l'efficacité énergétique. Cependant, certaines sources restent obstinément difficiles à éliminer.
« Certaines émissions sont difficiles à stopper », a déclaré Annelie Jongerius, électrochimiste et responsable de programme chez Avantium, une entreprise chimique néerlandaise qui coordonne la recherche.
Une option consiste à capter le CO2 et à le stocker sous terre. Mais l'équipe de WaterProof explore une alternative plus circulaire : maintenir le carbone en usage plutôt que de le stocker.
« Ce serait mieux si nous pouvions l’utiliser », a déclaré Jongerius. « Parallèlement, nous avons besoin d’alternatives aux matières premières fossiles pour la production de produits chimiques. »
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Si vous récupérez le CO2 des eaux usées, le transformez en un produit, puis utilisez ce produit pour nettoyer vos toilettes afin qu'il retourne dans le système d'eaux usées, vous créez une boucle complète.
Ce défi est particulièrement visible dans des installations comme celles exploitées par la société néerlandaise de gestion des déchets HVC, qui gère deux grands incinérateurs de déchets aux Pays-Bas.
« Nous devons absorber tous les déchets produits par la société », a déclaré Jan Peter Born, responsable de l'innovation en matière de valorisation énergétique des déchets chez HVC. « Nous n'avons aucun moyen de réglementer les émissions de CO2, si ce n'est d'inciter les gens à consommer moins et à recycler davantage. »
HVC capte déjà une partie du CO2 et la vend aux agriculteurs sous serre, qui l'utilisent pour augmenter les rendements de cultures comme les tomates et les concombres. Mais il ne s'agit que d'une solution partielle.
« La majeure partie du CO2 administré aux plantes est rejetée par le toit de la serre », explique Born. « Juridiquement, il s'agit d'une émission différée. C'est l'agriculteur qui réduit les émissions en évitant la combustion du gaz pour produire du CO2. »
Les chercheurs de WaterProof visent à aller encore plus loin en transformant le carbone capturé en produits utiles qui le maintiennent plus longtemps hors de l'atmosphère.
Du CO2 aux produits de nettoyage
L'innovation WaterProof repose avant tout sur un procédé électrochimique qui convertit le CO2 capturé en acide formique grâce à de l'électricité renouvelable.
« C’est l’une des conversions les plus simples que vous puissiez réaliser », a déclaré Jongerius.
Un courant électrique alimente une réaction dans une cellule spécialisée, réduisant le CO2 en acide formique. Ce système, fonctionnant à l'électricité renouvelable et utilisant du carbone issu de déchets, diminue la dépendance aux matières premières fossiles.
Ce procédé pourrait également présenter d'autres avantages. Dans une cellule électrochimique, deux réactions se produisent simultanément, une à chaque électrode. Si l'équipe de WaterProof se concentre sur la conversion du CO₂ en acide formique, elle a également exploré la possibilité de coupler cette réaction à une seconde produisant du peroxyde d'hydrogène et des composés apparentés.
Ces substances peuvent contribuer à décomposer les polluants tenaces présents dans les eaux usées, notamment les résidus pharmaceutiques et de pesticides. Cependant, cette étape du procédé est encore à ses débuts et n'est pas mise en œuvre dans le système de démonstration actuel.
L'équipe teste actuellement son acide formique dérivé du CO2 dans des produits de nettoyage écologiques tels que des nettoyants pour toilettes et surfaces.
« Ses performances sont exactement les mêmes que celles de l'acide formique produit de manière conventionnelle », a déclaré Jongerius. « C'est la même molécule. »
Au-delà du nettoyage, le projet explore l'utilisation de l'acide formique dérivé du CO2 dans le tannage du cuir. Bien que cet acide puisse être utilisé pour tous les types de cuir, l'équipe collabore actuellement avec l'entreprise islandaise Nordic Fish Leather afin de commercialiser un cuir de poisson écologique, une alternative plus durable au cuir traditionnel de bovin.
Passer à l'échelle supérieure pour un impact concret
Bien que la chimie soit prometteuse, le passage à l'échelle industrielle constitue le prochain défi.
S’appuyant sur des recherches antérieures financées par l’UE, l’équipe travaille actuellement sur une unité pilote à grande échelle où plusieurs cellules électrochimiques sont empilées, ce qui augmente le volume de CO₂ pouvant être traité. En cas de succès, elle ouvrira la voie à des installations à l’échelle industrielle.
La conception modulaire du système permet de l'adapter à différents sites, des stations d'épuration aux incinérateurs. L'objectif est de démontrer le procédé WaterProof durant l'été 2026, prouvant ainsi qu'une chaîne de production sans combustibles fossiles peut fonctionner en conditions réelles.
De tels systèmes pourraient à terme être intégrés aux infrastructures urbaines, transformant les villes en centres de production chimique circulaire plutôt qu'en sources d'émissions.
Récupération de matériaux précieux contenus dans les déchets
Le potentiel des travaux menés dépasse le simple recyclage du carbone. Les chercheurs étudient également comment l'acide formique peut être utilisé pour récupérer des matériaux précieux contenus dans les déchets.
En le combinant avec d'autres composés, ils développent des solvants eutectiques profonds – des liquides à faible toxicité capables de dissoudre et de se lier aux métaux présents dans les déchets afin que ces métaux puissent être extraits.
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Nous n'avons aucun moyen de réglementer les émissions de CO2, si ce n'est en encourageant les gens à acheter moins et à recycler davantage.
De nombreux matériaux précieux se retrouvent dans les cendres d'incinération et les boues d'épuration, notamment le cuivre, le lithium, le cobalt et même de petites quantités d'or – tous essentiels aux technologies modernes et à la transition écologique.
HVC utilise déjà des procédés mécaniques pour récupérer les métaux, en séparant les particules les plus lourdes des cendres, un procédé similaire à l'orpaillage. Cependant, cela produit des flux de métaux mélangés, moins précieux. Les nouveaux solvants pourraient permettre une séparation plus précise.
« Ces solvants eutectiques peuvent être conçus sur mesure pour cibler des métaux spécifiques », a déclaré Born. « Cela signifie qu’il est possible de récupérer des matériaux individuels plutôt que des mélanges, ce qui augmente leur valeur. »
Cependant, les réalités économiques constituent toujours un obstacle. L'or est le seul métal extrait qui se vende à un prix décent, explique Born. Pour beaucoup d'autres, notamment les terres rares, le prix du marché reste trop bas pour justifier le coût.
Cela soulève des questions plus larges concernant les politiques et les priorités, d'autant plus que la demande en matériaux critiques continue de croître : dans quelle mesure les sociétés sont-elles prêtes à subventionner la valorisation des déchets, et la valeur stratégique doit-elle primer sur les décisions purement dictées par le marché ?
Fermer la boucle
Ce type de réflexion sur la valorisation des déchets gagne du terrain en Europe. Les nouvelles réglementations européennes prévues pour 2026 visent à rendre les matériaux recyclés plus accessibles et plus largement utilisés.
En cas de succès, elles pourraient contribuer à transformer des idées circulaires comme celles à l'origine de WaterProof en réalité quotidienne, soutenant ainsi l'ambition de l'Europe de devenir leader mondial de la production circulaire d'ici 2030.
En associant la capture du carbone, la production chimique, le traitement de l'eau et la valorisation des matériaux, les chercheurs rassemblent de multiples éléments de cette vision au sein d'un système unique.
Pour Jongerius, ce concept est à la fois pratique et symbolique.
« Si l’on récupère le CO2 des eaux usées, qu’on le transforme en produit, puis qu’on utilise ce produit pour nettoyer ses toilettes afin qu’il retourne dans le système d’assainissement, on crée un cycle complet », a-t-elle expliqué. « C’est l’exemple parfait de l’économie circulaire. »
Les recherches présentées dans cet article ont été financées par le programme Horizon de l'UE. Les opinions des personnes interrogées ne reflètent pas nécessairement celles de la Commission européenne. Si vous avez apprécié cet article, n'hésitez pas à le partager sur les réseaux sociaux.
