Optimiser les étangs aérés : des solutions pour relever les défis des municipalités québécoises

Enjeu 1 : Performance des étangs aérés

Bien que les étangs aérés assurent généralement un enlèvement efficace de la matière organique biodégradable et des matières en suspension, leur rendement peut varier selon les conditions d’opération et les caractéristiques des eaux usées. Dans plusieurs municipalités, l’augmentation des charges hydrauliques et organiques ainsi que le vieillissement des infrastructures réduisent la capacité de traitement et compliquent le respect des objectifs de qualité des effluents. On estime qu’au cours des prochaines années, près de 200 StaRRE par étangs aérés au Québec devront être mises à niveau en raison d’une surcharge hydraulique ou organique (Patry, 2020).

Avant d’envisager des travaux d’agrandissement couteux, l’optimisation des installations existantes constitue souvent la solution la plus avantageuse, tant sur les plans technique qu’économique. Les travaux d’OptimEau visent à accroitre la capacité des ouvrages existants, à maintenir leur conformité réglementaire et à limiter les investissements majeurs lorsque possible. L’optimisation de l’aération constitue un exemple concret, l’aération représentant une part importante des couts énergétiques et d’exploitation des stations.

Enjeu 2 : Gestion des boues

La gestion des boues constitue un enjeu opérationnel et financier majeur pour les municipalités dotées d’étangs aérés. Après plusieurs années d’exploitation, d’importantes quantités de boues s’accumulent dans les bassins, ce qui nécessite une planification rigoureuse des activités de vidange. Les couts de vidange pouvant dépasser 2000 $ par tonne de matières sèches dans les petits projets municipaux, une estimation précise des quantités de boues est essentielle pour planifier les interventions et choisir les meilleures options de disposition ou de valorisation. Au-delà des couts qu’elles engendrent, les boues accumulées peuvent réduire la performance des étangs en diminuant le volume utile de traitement. Les conditions anaérobiques favorisent également la production de méthane, un important gaz à effet de serre, ainsi que la remontée de bulles pouvant entrainer la remise en suspension des boues et le relargage de contaminants accumulés dans les sédiments.

Or, plusieurs municipalités rapportent encore des écarts importants entre les volumes de boues estimés et les quantités réellement extraites lors des opérations de vidange. Ces écarts s’expliquent notamment par les méthodes de mesure, les caractéristiques des boues et les conditions propres à chaque site, compliquant la comparaison des résultats et la planification des interventions. Plutôt que de développer une nouvelle méthode, OptimEau vise à améliorer la cohérence et la fiabilité de l’évaluation des boues grâce à un protocole standardisé d’estimation de leur hauteur, de leur siccité, de leur volume et de leur masse. Une telle approche permettra aux municipalités d’améliorer la prévisibilité des couts de vidange, de réduire les incertitudes lors de la planification des interventions et de disposer de données plus fiables pour orienter leurs décisions de gestion des actifs.

Enjeu 3 : Enlèvement de l’azote

L’enlèvement efficace de l’azote figure désormais parmi les priorités des municipalités exploitant des étangs aérés. Alors que la réglementation québécoise visait traditionnellement la pollution carbonée, l’attention portée à l’azote ammoniacal augmente en raison de sa toxicité pour les organismes aquatiques et de sa contribution à l’eutrophisation des milieux récepteurs. L’amélioration de la nitrification permet de mieux protéger les cours d’eau, de se préparer à l’évolution des exigences réglementaires et de réduire les émissions de protoxyde d’azote (N₂O), un puissant gaz à effet de serre produit lors d’une conversion incomplète de l’azote et qui représenterait, dans certains cas, jusqu’à 90 % des émissions totales de GES d’une StaRRE nitrifiante.

Au cours des dernières années, plusieurs études réalisées sur des étangs aérés au Québec ont permis de mieux documenter les transformations de l’azote. Les travaux de Tafti et al. (2024) aux étangs aérés de Repentigny ont mis en évidence l’influence de la dynamique saisonnière sur les processus biologiques, les caractéristiques des boues et la qualité des effluents. Plus récemment, les suivis réalisés à Portneuf par Razeh et al. (2025) ont montré que les étangs aérés peuvent atteindre une nitrification complète en été, bien que ce phénomène demeure variable et fortement influencé par la température de l’eau. Des observations de terrain ont également révélé des épisodes d’accumulation de nitrites, suggérant des déséquilibres temporaires du processus de nitrification susceptibles d’entrainer d’importantes émissions de N₂O. Ensemble, les résultats obtenus démontrent que les mécanismes contrôlant la nitrification dans les étangs aérés demeurent encore partiellement compris et que leur optimisation pourrait accroitre l’efficacité du traitement. En combinant suivis terrain et analyses microbiologiques/génomiques avancées, OptimEau cherche à identifier les conditions favorisant une nitrification plus efficace et prévisible dans les étangs aérés. Pour les municipalités, ces connaissances permettront de mieux anticiper l’évolution et les futures attentes réglementaires tout en conservant les avantages associés aux étangs aérés.

Enjeu 4 : Devenir des contaminants d’intérêt émergent

L’attention croissante portée aux contaminants d’intérêt émergent (CIÉ) transforme progressivement la manière d’évaluer la performance des StaRRE. Les produits pharmaceutiques, les produits de soins personnels, les substances perfluoroalkylées et polyfluoroalkylées (ou substances perfluorées, SPFA), les perturbateurs endocriniens, les microplastiques et d’autres composés sont fréquemment détectés dans les eaux usées municipales. Bien que ces contaminants ne soient pas encore visés par une réglementation spécifique au Québec, contrairement à l’Europe, où la nouvelle directive sur le traitement des eaux usées urbaines encadre cette problématique (UE, 2024), les préoccupations liées à leur présence dans l’environnement sont grandissantes. À cet égard, la Table de consultation scientifique sur les contaminants nocifs non normés recommande une approche intégrée combinant réduction à la source, acquisition de connaissances, suivi environnemental et optimisation des traitements des eaux usées pour limiter les rejets de contaminants nocifs non normés (TCS-CNNN, 2026). À titre d’exemple, la Suisse a mis en place une stratégie nationale reposant sur 12 substances indicatrices permettant d’évaluer la capacité des StaRRE à éliminer les micropolluants (DETEC, 2016). Cette approche pourrait inspirer le développement d’indicateurs adaptés aux contextes québécois et canadien pour mieux documenter et comparer la performance des différentes filières de traitement.

Des travaux récents au Québec suggèrent que les étangs aérés peuvent éliminer certains CIÉ aussi efficacement, voire davantage, que certains procédés conventionnels, notamment grâce à leurs longs temps de rétention hydraulique et des boues et leur exposition à la lumière (Milhau et Vanrolleghem, 2025). Toutefois, les mécanismes responsables de cette élimination importante demeurent encore mal compris.

OptimEau vise à mieux caractériser la présence, le devenir et les mécanismes d’élimination des CIÉ dans les étangs aérés. Les résultats aideront les municipalités à mieux comprendre l’efficacité de leurs installations face à ces contaminants et à identifier des pistes d’amélioration compatibles avec les infrastructures existantes.