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[Translate to Français:] Foto: Max Maurer, Eawag

Développement durable de systèmes urbains de traitement des eaux usées

8 avril 2022 | Bärbel Zierl

Le programme de recherche Wings se penche sur des systèmes de traitement des eaux usées décentralisés alternatifs et met en relation des acteurs issus de la recherche, de la politique, des autorités, de l’aménagement urbain, de bureaux d’études et de cabinets d’architectes.  L'objectif est d’encourager l’innovation dans le secteur de l’eau et d’identifier de nouvelles voies menant à un avenir durable et flexible dans le secteur des eaux usées.

Le système suisse de traitement des eaux usées est extrêmement efficace, l’un des meilleurs au monde, mais aussi l’un des plus coûteux et des plus dispendieux en ce qui concerne les ressources utilisées. Un réseau de canalisations de 130 000 km est installé dans le sous-sol suisse pour éliminer les déchets provenant des habitants du pays. D’immenses quantités d’eau, surtout potable, sont également requises pour acheminer l’urine et les matières fécales dans des installations de traitement des eaux usées souvent très éloignées. Les estimations s’élèvent à quelque 1,4 milliard de mètres cubes. Rares sont les pays qui sont en mesure de se permettre de telles dépenses. La Suisse est aussi sollicitée, car les infrastructures sont vieillissantes et la croissance démographique, le changement climatique et les microimpuretés accroissent la pression qui s’exerce sur le système de canalisations et sur les installations de traitement des eaux usées, surtout dans les villes. Comme les ressources ne cessent par ailleurs de se raréfier, la société a de plus en plus intérêt à récupérer de précieuses matières premières à partir des eaux usées.

Contribution à l’objectif numéro 6 de développement durable des Nations unies

Le programme de recherche interdisciplinaire et transdisciplinaire Wings de l’Institut de recherche sur l’eau Eawag s’est donc notamment fixé pour objectif de développer durablement des systèmes urbains de traitement des eaux usées afin de contribuer à l’objectif de développement durable numéro 6 des Nations unies: eau propre et installations d’assainissement pour tous. Sabine Hoffmann, la directrice du programme, déclare: «Le programme étudie des systèmes de traitement des eaux usées décentralisés alternatifs qui ne nécessitent pas de réseaux de conduites couvrant de grandes superficies et qui permettent de récupérer des matières premières précieuses telles que de l’eau, des nutriments et de l’énergie à partir des eaux usées.» 
 

En ligne de mire: des systèmes de traitement des eaux usées centralisés, décentralisés et hybrides

Les systèmes conventionnels de traitement des eaux usées associés à un réseau de canalisations implanté sur un vaste territoire et à quelques grandes installations de traitement des eaux usées sont connus sous l’appellation de systèmes centralisés. A contrario, les nouveaux systèmes de traitement des eaux usées qui traitent, assainissent et recyclent l’eau sur place sont appelés des systèmes de traitement des eaux usées décentralisés non connectés à un réseau. Des systèmes hybrides prennent forme lorsque des systèmes décentralisés sont associés à des systèmes centralisés. Cette approche serait particulièrement intéressante pour les pays tels que la Suisse qui disposent déjà d'un immense réseau de canalisations. Il serait alors possible d’intégrer des technologies innovantes au système conventionnel. Dans les pays qui commencent à peine à construire des systèmes de traitement des eaux usées, les dispositifs décentralisés constituent souvent une alternative flexible, peu onéreuse et respectueuse des ressources.

De nombreuses technologies alternatives sont actuellement utilisées en Suisse. A Genève, des coopératives de construction de logement séparent l’urine et les eaux ménagères usées sur place. L’entreprise suisse Laufen a lancé en 2019 un WC permettant de séparer et de récupérer des nutriments dans l’urine. L’Eawag et l’Empa développent et testent l’assainissement décentralisé des eaux usées dans le bâtiment NEST et les villes de Berne et de Fribourg sont leaders dans le développement de quartiers disposant d’un système d'assainissement des eaux usées décentralisé. Le fabricant zurichois de toilettes de compostage Kompotoi cherche à démarrer la transition des eaux usées avec des partenaires allemands et français en utilisant les nutriments issus des matières fécales et de l’urine et récupérés dans les toilettes de compostage publiques comme engrais dans l’agriculture.

Combinaison du Low-Tech et du High-Tech

Les approches sont très différentes, comme le montre une étude menée par Jonas Heiberg et Bernhard Truffer, deux chercheurs à l’Eawag. Tandis que quelques acteurs privilégient les solutions plutôt low-tech, d’autres misent sur le high-tech. Ce choix pourrait favoriser l’émergence de scènes d’innovation indépendantes qui sont même susceptibles de s’inhiber mutuellement. C’est là qu’intervient le programme de recherche Wings. «Ce n'est que si les chercheurs, les politiciens, les spécialistes de l’aménagement urbain, les ingénieurs et les architectes collaborent que des solutions durables et pratiques peuvent être développées pour différentes villes et mises en œuvre efficacement», déclare Sabine Hoffmann.

Pour développer de telles solutions et les appliquer concrètement en pratique, Wings fonctionne dans le cadre d’une équipe interdisciplinaire composée d’ingénieurs et de spécialistes des sciences sociales des départements Eawag Technologie des procédés, Gestion des eaux urbaines, Sciences sociales de l’environnement et Assainissement, eau & déchets pour le développement. Le programme s’appuie sur des projets interdisciplinaires et transdisciplinaires existants qui collaborent en partie étroitement avec des acteurs issus des services administratifs, des milieux politiques, de la pratique et de l’industrie. Il réunit ces projets de recherche sous une ombrelle commune et tire parti de synergies afin de favoriser des processus de changement en direction d’une gestion durable des eaux urbaines dans les pays industriels, les pays émergents et les pays en voie de développement. «Nous voulons apprendre des solutions concrètes à partir des expériences que nous avons faites jusqu’à présent dans le développement et la mise en œuvre pour lancer de tels processus de changement de manière ciblée», affirme Sabine Hoffmann.

Changement de paradigme de la réflexion linéaire à l’approche circulaire

Wings identifie également les domaines dans lesquels des modifications sont nécessaires pour que les systèmes de traitement des eaux usées soient compatibles avec les exigences de demain. Il ne suffit pas d’engager des changements dans les infrastructures et sur les marchés et de coupler des innovations techniques et sociales. Il faut également tester de manière ciblée des solutions sociotechniques initialement à petite échelle, par exemple dans des laboratoires réels, sur des projets pilotes et dans des espaces d'expérimentation. Des conditions-cadres adaptées, qui permettent également les échecs, doivent être mises en place ici. Tous les acteurs pertinents doivent naturellement être impliqués systématiquement et largement dans de tels processus de changement. Mais, en fin de compte, il faut un changement de paradigme de la réflexion linéaire à l’approche circulaire que les écoles, les universités et les centres de formation professionnelle initiale et continue doivent diffuser de manière ciblée à leurs élèves et à leurs étudiants.

Photo de couverture: Max Maurer, Eawag

[Translate to Français:] Originalpublikationen

A research agenda for the future of urban water management: exploring the potential of non-grid, small-grid, and hybrid solutions

Recent developments in high- and middle-income countries have exhibited a shift from conventional urban water systems to alternative solutions that are more diverse in source separation, decentralization, and modularization. These solutions include non-grid, small-grid, and hybrid systems to address such pressing global challenges as climate change, eutrophication, and rapid urbanization. They close loops, recover valuable resources, and adapt quickly to changing boundary conditions such as population size. Moving to such alternative solutions requires both technical and social innovations to co-evolve over time into integrated socio-technical urban water systems. Current implementations of alternative systems in high- and middle-income countries are promising, but they also underline the need for research questions to be addressed from technical, social, and transformative perspectives. Future research should apply a transdisciplinary research approach through socio-technical "lighthouse" projects that apply alternative urban water systems at scale. Such research should leverage experience from lighthouse projects in a range of socio-economic contexts, identify their potentials and limitations from an integrated perspective, and share their successes and failures across the urban water sector.
Hoffmann, S.; Feldmann, U.; Bach, P. M.; Binz, C.; Farrelly, M.; Frantzeskaki, N.; Hiessl, H.; Inauen, J.; Larsen, T. A.; Lienert, J.; Londong, J.; Lüthi, C.; Maurer, M.; Mitchell, C.; Morgenroth, E.; Nelson, K. L.; Scholten, L.; Truffer, B.; Udert, K. M. (2020) A research agenda for the future of urban water management: exploring the potential of non-grid, small-grid, and hybrid solutions, Environmental Science and Technology, 54(9), 5312-5322, doi:10.1021/acs.est.9b05222, Institutional Repository

Leading inter- and transdisciplinary research: lessons from applying theories of change to a strategic research program

Theory of Change (ToC) has been promoted as a useful tool in sustainability research for visioning, planning, communication, monitoring, evaluation and learning. It involves a mapping of steps towards a desired long-term goal supplemented with continuous reflection on how and why change is expected to happen in a particular context. However, there is limited reported experience with the development and application of ToCs in inter- and transdisciplinary research contexts. While some previous publications have focused on ex-post application, there has been little discussion about the process of developing and using ToCs in strategic planning and monitoring in large inter- and transdisciplinary research programs. This article reports challenges and lessons learned from the experience of developing and using ToCs in the inter- and transdisciplinary research program Wings (Water and sanitation innovations for non-grid solutions). Challenges include (1) managing time constraints, (2) balancing between concrete and abstract discussions, (3) ensuring diversity in group composition, (4) fluctuating between reservations and appreciation, and (5) fulfilling both service and science roles while leading the ToC process. The experience highlights the importance of alternating formal and informal interaction formats throughout the process, ensuring heterogenous group formation, involving early career scientists, being responsive to emergent needs and making the added value of developing and using ToCs explicit and tangible for all participants. Although these lessons are mainly derived from developing ToCs within the interdisciplinary program team, they can support other programs in both their inter- and transdisciplinary research endeavors.
Deutsch, L.; Belcher, B.; Claus, R.; Hoffmann, S. (2021) Leading inter- and transdisciplinary research: lessons from applying theories of change to a strategic research program, Environmental Science and Policy, 120, 29-41, doi:10.1016/j.envsci.2021.02.009, Institutional Repository

Overcoming the harmony fallacy: how values shape the course of innovation systems

The technological innovation systems (TIS) framework is one of the dominant perspectives in transitions studies to analyze success conditions and system failures of newly emerging technologies and industries. So far, TIS studies mostly adopted a rather harmonious view on the values of actors and by this were unable to address competition, conflicts and, in particular, battles over diverging directionalities within the system. To empirically assess this potential “harmony fallacy”, we identify values as part of underlying institutional logics of major organizations in the field of modular water technologies in Switzerland by means of 26 expert interviews. We show how logics may condition collaboration patterns and technological preferences. This analysis inspires key conceptual tasks of innovation system analysis, like the identification of system failures, the setting of appropriate system boundaries and the formulation of better policy recommendations.
Heiberg, J.; Truffer, B. (2022) Overcoming the harmony fallacy: how values shape the course of innovation systems, Environmental Innovation and Societal Transitions, 42, 411-428, doi:10.1016/j.eist.2022.01.012, Institutional Repository

(copy 31)

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Kristof K (2021) Erfolgsfaktoren für die gesellschaftliche Transformation: Erkenntnisse der Transformationsforschung für erfolgreichen Wandel nutzen. GAIA - Ecological Perspectives for Science and Society 30 (1):7-11. doi:10.14512/gaia.30.1.3

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