Une start-up de San Francisco transforme le caca humain en engrais

Pourquoi le caca des Américains pourrit-il dans les décharges alors qu'il pourrait fertiliser les fermes et les parcs ?

Par Lina Zeldovich | Publié le 14 mars 2023 à 09h00 HAE

JE SUIS DEBOUT dans le sous-sol du 1550 Mission Street à San Francisco, un nouveau gratte-ciel situé dans le meilleur emplacement immobilier de la ville, écoutant le bourdonnement constant de la crasse humaine filtrée. Au-dessus de moi, les résidents de 38 étages se douchent et se brossent les dents dans le cadre de leur routine matinale. Devant moi, un labyrinthe de tuyaux et de tubes alimente leur eau rejetée dans un bioréacteur à membrane de la taille d'un spa de jardin. À l'intérieur, les membranes et les bulles d'oxygène purifient l'H2O et le renvoient dans le bâtiment plutôt que dans les canalisations d'égout, suffisamment propres pour la chasse d'eau des toilettes et des urinoirs. "Nous pouvons en réutiliser environ 95 %", déclare Aaron Tartakovsky, co-fondateur et PDG d'Epic Cleantec, la société qui a conçu la technologie. Son père, Igor, l'autre co-fondateur et ingénieur en chef, intervient avec une étincelle dans les yeux et un sourire fier. "C'est plutôt cool comment ça marche."

Les trucs vraiment cool, cependant, sont stationnés dans le nouveau marché voisin, ou NEMA, bâtiment où Aaron et Igor ont piloté leur opération de recyclage de caca. Contrairement à la configuration de la mission 1550, qui ne récupère que les eaux grises - de tout sauf des toilettes et des éviers de cuisine - NEMA fait le sale boulot. Ici, une machine argentée ressemblant à un robot culinaire géant de la taille d'un petit réfrigérateur collecte les déchets des gens, interceptant les écoulements des eaux usées. Lorsque la machine fonctionne, les boues s'écrasent sur sa bande à mailles rotative. Les liquides s'écoulent, mais les matières fécales restent. Un wrangler fait sortir plus d'eau, produisant des glottes de bouse de la taille d'une paume qui tombent dans une poubelle.

Lorsque le programme pilote était en vigueur en 2019 et 2020, Aaron ou ses collègues remplaçaient cette poubelle de 55 gallons chaque semaine et la conduisaient à l'installation de traitement des caca à proximité de l'entreprise, Epic Hub, située dans un ancien concessionnaire automobile. Là, les excréments étaient jetés dans un autre appareil qui les mélangeait soigneusement avec un mélange chimique désinfectant, tuant les agents pathogènes. La crasse stérilisée a été compostée en terre, qu'Aaron et Igor ont utilisée pour transformer une parcelle de terrain industrielle à l'extérieur d'Epic Hub en un jardin fleuri. "Nous l'appelons" Sol par San Franciscains pour San Franciscains "", explique Aaron. "Nous parlons à la ville de l'utiliser dans les parcs." Je partage chaque instant de son enthousiasme. Ayant grandi dans une petite ferme de l'ex-Union soviétique que mon grand-père a fertilisée avec le contenu de notre système septique, je crois que notre soi-disant "humanure" devrait nourrir nos cultures.

Les États-Unis ont produit 5 823 000 tonnes métriques sèches de biosolides - le produit final des usines de traitement des eaux usées - en 2018. En termes de chimie, la substance ressemble à la saleté moyenne, mais avec une odeur. Dans un monde idéal, les biosolides - de puissants engrais riches en azote, phosphore et potassium - seraient retournés aux fermes maraîchères et laitières pour reconstituer les nutriments que nous avons extraits ou faire pousser les arbres que nous avons coupés. Les scientifiques appellent ce concept l'écologie circulaire, qui est la clé d'une vie durable au 21e siècle. Pourtant, à l'heure actuelle, seulement la moitié de nos biosolides reviennent sur les terres agricoles. L'autre moitié pourrit dans les décharges, libérant des gaz à effet de serre ou, pire, est poussée dans des incinérateurs qui crachent de la fumée dans l'air. Les raisons de ces approches inutiles vont de la finance à la logistique en passant par le facteur beurk général. Le nouvel équipement pour transformer les boues en engrais sans pathogènes qui répond aux normes de l'EPA peut être coûteux. Si une grande région métropolitaine génère quelques milliers de tonnes métriques de biosolides par semaine et n'a pas assez de terres agricoles à proximité pour les absorber, la ville devra les transporter par camion en utilisant des combustibles fossiles. Enfin, les gens n'aiment tout simplement pas les installations de traitement des eaux usées, qu'ils considèrent comme l'incarnation de la saleté.

Cet état d'esprit a commencé à changer en 2011, d'abord parmi les créateurs de technologies, puis le grand public, lorsque la Fondation Bill et Melinda Gates a lancé le Reinvent the Toilet Challenge, demandant aux experts de récupérer des ressources précieuses à partir des sorties de toilettes, y compris de l'eau propre et des nutriments. Initialement destiné à résoudre les problèmes d'assainissement dans les pays les plus pauvres, il a propulsé de nouvelles idées pour le traitement des eaux usées en général. La sécheresse historique de la Californie a été un autre grand catalyseur. "En 2014, nos élus ont demandé : 'Pourquoi utilisons-nous encore de l'eau douce pour chasser les toilettes à San Francisco ? Et pourquoi ne pouvons-nous pas la réutiliser ?'", explique Aaron. "Nous nous sommes donc vraiment concentrés sur la résolution de ce problème."

La ville voulait encourager la réutilisation de l'eau, en particulier dans les nouveaux grands bâtiments, explique Paula Kehoe, directrice des ressources en eau à la San Francisco Public Utilities Commission, une agence qui dessert 2,7 millions de personnes dans la région de la baie de San Francisco. "Nous avons commencé à considérer les systèmes de traitement de l'eau sur place comme davantage d'installations de récupération des ressources", explique Kehoe.

À une époque où nous adoptons les aliments cultivés localement, il est logique de transformer également les restes localement. Les stations d'épuration centralisées sur lesquelles comptent la plupart des municipalités ont peut-être bien fonctionné au XXe siècle, mais nombre d'entre elles ont maintenant vieilli au point de ne plus être durables ou économiques. Le tuyau d'eaux usées typique dure de 50 à 100 ans; l'américain moyen a environ 45 ans, certains ayant plus d'un siècle, ce qui crée un risque de déversement d'eaux usées et de contamination. Selon une estimation de 2019 du Report Card of America's Infrastructure, les services publics du pays ont dépensé plus de 3 milliards de dollars pour remplacer environ 4 700 milles de pipelines, soit seulement une infime partie du réseau total de 1 300 000 milles du pays. Un rapport de 2017 estime que d'ici 2042, 56 millions de personnes supplémentaires utiliseront ces systèmes de traitement centralisés, et quelque 271 milliards de dollars seront nécessaires pour les maintenir chaque année.

La filtration et le traitement sur site pourraient être une alternative cruciale. "Il y a certainement des avantages avec un système d'assainissement centralisé, car vous obtenez des connaissances spécialisées et une expertise technique en un seul endroit en cas de problème", déclare Bill Brower, ingénieur senior en biosolides chez Brown and Caldwell, une entreprise d'ingénierie et de construction environnementale. Pourtant, à l'ère du changement climatique et des sécheresses croissantes, purifier le précieux H2O à la source présente également de réels avantages. "Je pense qu'il y a certainement un endroit pour faire un traitement plus décentralisé", dit Brower. Mais avant de commencer à fermer les conduites d'égouts, nous devons trouver où mettre le "numéro deux".

Ayant grandi dans les années 1960 à Odessa, en Ukraine, qui faisait alors partie de l'URSS, Igor Tartakovsky visait à devenir un spécialiste des fusées. "Je voulais construire des avions et des vaisseaux spatiaux, c'était mon rêve d'enfant", dit-il. Pourtant, pour un enfant juif, c'était un chemin difficile. L'antisémitisme dans l'empire soviétique était palpable : Igor est diplômé du lycée avec les plus grands honneurs, mais a été refusé par les écoles d'ingénieurs de sa ville. Il n'a pas abandonné facilement et a finalement été accepté pour étudier l'aéronautique au Collège électromécanique de Novossibirsk, une ville sibérienne enneigée. Il a échangé le climat doux d'Odessa contre un hiver sans fin en un clin d'œil.

Lorsqu'il a postulé pour un emploi d'été en ingénierie l'année suivante, il a rempli 15 formulaires, soumis plus d'une douzaine de photos de lui-même et a quand même été rejeté. Il a abandonné son rêve aérospatial et s'est tourné vers l'étude de la réfrigération et de la climatisation.

Le changement de carrière n'a pas aidé. Encore une fois, Igor a obtenu son diplôme en tête de sa classe, et encore une fois, il a été refusé pour les emplois pour lesquels il avait postulé. Il a obtenu un poste sur un bateau-usine de pêche flottant qui a navigué dans l'Extrême-Orient gelé pendant six mois d'affilée. Outre la réfrigération des fruits de mer, ses prouesses en ingénierie ont été utiles pour construire un engin pour distiller du clair de lune à partir de jus de pomme fermenté - un exploit que ses coéquipiers ont adoré, mais pas Igor. Il avait l'impression de gâcher sa vie. Il était clair qu'il n'avait pas d'avenir en Union soviétique, alors sa famille a décidé de partir.

La seule façon d'émigrer de l'État du KGB à l'époque était de recevoir une invitation à «réunir sa famille» d'un parent vivant à l'étranger. Toute correspondance demandant une telle faveur pourrait être interceptée par le gouvernement. Les proches d'Igor ont donc écrit une soi-disant "lettre de sous-vêtements". Ils inscrivaient leurs noms et dates de naissance sur la ceinture allongée d'un boxer ; lorsque le caoutchouc rétrécissait, le texte n'était pas visible. Une personne quittant le pays a emporté sa missive de sous-vêtements avec lui, et après un an, l'invitation tant convoitée est arrivée. L'officier du KGB travaillant sur le cas d'Igor l'a qualifié d '"idiot" car il "avait clairement de belles perspectives dans ce pays" et lui a donné 45 jours pour partir. Igor obligé. Ses parents et sa sœur ont suivi.

À San Francisco, Igor a rencontré sa future femme, a trouvé un emploi et a eu des enfants. Plus tard, il a lancé sa propre entreprise, concevant des systèmes de climatisation pour les immeubles d'appartements et de bureaux de la ville. Il n'a jamais pensé qu'il finirait par faire "humanure".

Tout au long de la majeure partie de l'histoire humaine, notre relation avec nos déchets a été épineuse. Nous ne pouvons pas arrêter de le produire, mais nous ne pouvons pas vivre avec. Les nutriments non digérés dans nos matières fécales - protéines, lipides, sucres - engendrent des vers intestinaux et des bactéries mortelles qui causent des fléaux comme la dysenterie, la gastro-entérite et la typhoïde. Pour éviter de propager des maladies, nous devons nous éloigner de notre production métabolique aussi rapidement et efficacement que possible.

Les systèmes d'égouts industriels occidentaux des 150 dernières années ont perfectionné ce processus. Au fur et à mesure que les villes se développaient, leurs opérations centralisées d'assainissement augmentaient également. Les premières usines de traitement des eaux usées en Amérique ont été développées dans les années 1850. Aujourd'hui, plus de 16 000 d'entre eux éliminent les boues 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, traitant ce qui descend des canalisations municipales, domestiques et de bureau. Ensemble, les États-Unis ont suffisamment de tubes de ce type pour faire le tour de notre planète 52 fois. Ou atteindre la lune et revenir presque trois fois. Environ 62,5 milliards de gallons d'eaux usées circulent quotidiennement dans ces conduites.

Pour mon grand-père, rien de tout cela n'avait de sens économique ou environnemental, en particulier la partie sur le fait de jeter les excréments avec les ordures. "Vous devez nourrir la terre comme vous nourrissez les gens", disait-il en remplissant ses fosses à compost avec la boue brune de notre fosse septique chaque automne. Il les a ensuite fermés et a laissé Dame Nature faire son travail. Lorsqu'il les a déterrés à nouveau trois ans plus tard, les fosses étaient pleines de terre noire pelucheuse si riche en nutriments que nos plantes ont réussi à porter leurs fruits malgré les étés russes courts, froids et pluvieux.

Dépenser des milliards pour purifier les eaux usées pour les rejeter dans les rivières et les ruisseaux, uniquement pour les remettre dans les conduites d'eau et les nettoyer à nouveau pour la consommation humaine, n'a pas non plus de sens. "En 2015, il est devenu obligatoire pour tout nouveau bâtiment à San Francisco de plus de 250 000 pieds carrés d'installer un système de traitement de l'eau sur place pour leurs besoins en matière de toilettes et d'irrigation", explique Kehoe. "Et en 2021, c'est devenu une exigence pour tout nouveau bâtiment de plus de 100 000 pieds carrés."

Pour Igor et Aaron, son troisième et plus jeune fils, qui a étudié les sciences politiques mais a fini par suivre les traces de l'ingénieur de son père, le déménagement a été un hasard. Ils venaient juste de se mouiller les orteils dans les eaux usées et étaient pompés pour plonger dedans.

En 2013, un client a demandé à Igor de trouver un système de recyclage des eaux usées à l'échelle du bâtiment pour son espace dans la Bay Area. Il n'a pas pu trouver un seul modèle sur le marché. Quelques mois plus tard, lors d'une conférence technique, Igor a vu quelqu'un stériliser du caca de chien en le fouettant dans un robot culinaire avec du permanganate de potassium. Il connaissait le produit chimique depuis son enfance : appelé margantsovka, c'était un désinfectant courant. Lorsque ses poissons d'aquarium commençaient à tomber malades, il ajoutait quelques gouttes, se souvient-il. "Les bactéries mourraient et les poissons nageraient dans une eau rose pendant un petit moment car le permanganate de potassium est aussi un colorant." Le composé (formule chimique KMnO4) provoque une réaction oxydante qui tue les micro-organismes, y compris les pathogènes qui affligent couramment les humains. "Il a été largement utilisé pour laver les plaies ou désinfecter un verre dans lequel quelqu'un a bu", explique Govind Rao, professeur de génie biochimique à l'Université du Maryland, dans le comté de Baltimore. "C'est un oxydant très puissant, mais il fonctionne mieux lorsque les charges pathogènes sont faibles." La désinfection des eaux usées typiques nécessiterait des tonnes de KMnO4, mais les Tartakovsky ont trouvé une solution de contournement : il suffit de le faire à la source. La plupart des gens ne transportent pas de grandes quantités d'agents pathogènes dangereux dans leurs intestins (sinon ils seraient très malades), donc ce qu'ils évacuent n'est généralement pas infesté de germes. C'est après que les boues flottent à travers les kilomètres de tuyaux pendant des jours qu'elles sont colonisées par toutes sortes d'insectes qui y habitent naturellement, grandissent et se multiplient. "Lorsque les eaux usées tourbillonnent dans les tuyaux pendant des jours et des semaines, leur charge pathogène est énorme", explique Aaron. "Mais si vous l'obtenez juste après que quelqu'un a tiré la chasse d'eau, la charge pathogène est beaucoup plus faible."

Igor et Aaron ont également commencé par fouetter les excréments des chiens de leur famille dans un robot culinaire. Pour une meilleure stérilisation, ils ont ajouté d'autres produits chimiques, proposant le mélange exclusif anti-microbes de leur entreprise. Maintenant qu'ils avaient besoin de se développer, ils ont convaincu une entreprise italienne qui fabriquait des mélangeurs de taille industrielle de les laisser essayer leur méthode de neutralisation sur les boues septiques d'une station d'épuration près de Florence. En mars 2015, ils se sont envolés pour un test. Alors qu'ils expérimentaient les réglages sur une machine de la taille d'un gril de jardin, la réaction dégageait trop de chaleur. Le dessus du mélangeur a explosé, peignant le plafond avec de la boue désinfectée mais toujours puante - un incident historique qu'Aaron a filmé. Mais cela a appris au père et au fils les paramètres d'un transformateur industriel. Une fois de retour chez eux, ils ont formé Epic Cleantec, une entreprise de solutions de recyclage de l'eau, et se sont concentrés sur la construction de leur propre mélangeur.

Ils ont embauché une société d'ingénierie du Minnesota pour en construire un. Le tester au pays des 10 000 lacs s'est également révélé désordonné. Aaron était en train de remplir un seau de boue fécale lorsque la gadoue pressurisée a frappé le fond si fort qu'elle l'a éclaboussé de la tête aux pieds. "J'ai failli perdre mon déjeuner ce jour-là", se souvient-il. Plus tard, la boue a partiellement gelé dans l'hiver glacial du Midwest, cliquetant autour du mélangeur. Ils n'ont jamais envisagé d'abandonner. "J'ai appris très tôt que l'échec n'était pas une option", déclare Igor. Aaron puise son inspiration dans son histoire familiale. "Mes grands-parents étaient des survivants de l'Holocauste", dit-il. "Compte tenu de ce qu'ils ont traversé, je peux m'occuper des eaux usées."

L'exercice du Minnesota leur a donné les dimensions exactes du mélangeur - longueur, diamètre, taille de la lame. Mais la version finale a été construite par une entreprise de Los Angeles. En descendant pour lui donner un tourbillon, Aaron a appelé tous les chenils de la région pour demander du caca de chien. La plupart ont ri et ont pensé que c'était une farce, mais cinq en ont distribué. D'autres sont venus de la SPCA, qui est devenue le premier fournisseur officiel de caca d'Epic.

Igor et Aaron travaillaient également à l'assemblage de l'appareil qui gérait le flux des eaux usées, qui ferait passer les boues à travers la bande à mailles rotative, puis un wrangler pour les compacter dans les glops de la taille d'une paume qui seraient introduits dans le mélangeur désinfectant. L'assemblage de la ceinture en maille et du wrangler était relativement simple, mais le père et le fils avaient besoin de grandes quantités d'eaux usées pour tester le processus de bout en bout. En 2017, Epic a commencé à acheter des boues du Codiga Resource Recovery Center de l'Université de Stanford, qui disposait d'une station d'épuration miniature, pour continuer à calibrer son système. "Ça coûtait 40 centimes la livre", se souvient Sébastien Tilmans, directeur général de Codiga.

Lorsque même ce flux s'est avéré insignifiant, Epic a commencé à aspirer de la boue par camion, littéralement. À ce moment-là, Epic Hub était situé dans un ancien concessionnaire automobile, de sorte que les camions d'eaux usées qui vidaient certaines des fosses septiques de la région de la baie arrivaient pour distribuer leur cargaison. "Nous étirions un tuyau du camion dans notre système et le laissions fonctionner, d'un bout à l'autre", explique Aaron. "Certains de ces camions transportaient les eaux usées d'une salle de bain d'une cafétéria Facebook", explique-t-il. "Une partie de notre sol est créée par Facebook."

Une fois qu'ils ont testé le mélangeur-processeur dans leur Epic Hub, les Tartakovsky ont approché les propriétaires de NEMA (qu'Igor connaissait) pour le tester dans la vraie vie. La première réaction de l'ingénieur en bâtiment Derwin Narvaez a été un pur dégoût. « Tu vas faire quoi ? il se souvient d'avoir demandé. Voir la technologie en action l'a conquis. "Le produit final n'est que de la saleté noire !"

Debout à côté du mélangeur personnalisé, qui ressemble à un hachoir à viande géant, Aaron montre comment cette saleté noire a été produite pendant le pilote. Les gouttes d'excréments ramassées dans le presse-boue du sous-sol NEMA étaient secouées depuis le bac de collecte et la machine les mâchait avec les mélanges désinfectants d'Epic pendant environ 20 minutes. Ensuite, Aaron soumettait la terre fraîchement préparée à une batterie de tests, vérifiant les agents pathogènes et les métaux lourds, avant de la laisser sécher à l'extérieur près du jardin Epic Hub. "Je me suis toujours demandé ce que les gens dans les gratte-ciel voisins pensaient que nous faisions", dit-il. "Mais personne ne s'est plaint", étant donné qu'il n'y avait pas de puanteur.

"Mes grands-parents étaient des survivants de l'holocauste. Compte tenu de ce qu'ils ont vécu, je peux gérer les eaux usées."

Il gratte une partie des résidus de saleté des entrailles du mixeur et me l'offre. Après quelques hésitations, je tiens la substance noire poudreuse dans ma main et la renifle timidement. Il ressemble et sent comme la terre de jardin des fosses de mon grand-père. Mais alors que son approche de ferme de basse-cour fonctionnait à petite échelle, Epic pourrait changer la façon dont nous traitons les eaux usées dans des gratte-ciel entiers, ce qui est crucial, car deux personnes sur trois dans le monde vivront probablement dans des zones urbaines d'ici 2050.

D'autres entreprises repensent notre relation avec les excréments à leur manière. Un groupe de pipi-cycleurs du Vermont a fondé le Rich Earth Institute, une organisation à but non lucratif qui recueille l'urine des résidents dans des conteneurs et la distribue aux agriculteurs, mais pour beaucoup, ce processus manuel est un inconvénient. La start-up israélienne HomeBiogas a été la première à proposer des toilettes qui aident à produire des engrais et du méthane, ce dernier devant être utilisé comme combustible de cuisson – une approche autonome qui fonctionne pour les maisons privées et les petits immeubles, mais pas pour les immeubles de grande hauteur. La société sud-africaine LiquidGold Africa a développé un moyen d'extraire les composés fertilisants de l'urine, qui peuvent être collectés en masse dans la plomberie des bâtiments, mais elle ne recycle pas encore les solides. À Portland, dans l'Oregon, un grand complexe d'appartements, Hassalo on Eighth, a construit une installation complète de traitement des eaux usées en plein air, mais cela nécessite beaucoup d'espace environnant. La société australienne Aquacell exploite plusieurs systèmes de recyclage de l'eau au niveau des bâtiments dans la région de la baie ; selon Kehoe, quelques autres sont en préparation, mais Aquacell ne se lance pas dans le secteur des solides. En comparaison, la technologie de bout en bout d'Epic est particulièrement bien adaptée aux bureaux et aux logements dans les villes densément peuplées, dont le nombre ne cessera de croître. "Cette entreprise semble disposer d'une technologie solide et innovante", déclare William Toffey, stratège en développement durable chez BlueTech Research, une entreprise spécialisée dans les solutions pour l'eau. "La résidence 1550 à San Francisco en est l'exemple le plus brillant."

Est-ce que d'autres gratte-ciel se joindront à nous ? Narvaez, qui en est aujourd'hui un fervent partisan, le pense. "Plutôt que de rationner l'eau, les bâtiments devraient adopter cette approche", dit-il. "Pour moi, c'est l'avenir de tous les nouveaux bâtiments. Les bâtiments permettront d'économiser beaucoup, et la société aussi. C'est une situation gagnant-gagnant."

Dans les années à venir, le système OneWater de nouvelle génération d'Epic sera installé dans quatre autres bâtiments à San Diego et San Jose, où il fonctionnera comme une mini-usine de traitement à part entière. Le processeur de ceinture de maille expulsera l'eau hors de la boue. Le bioréacteur à membrane va le nettoyer et le remettre en circulation. Et le mélangeur transformera la crasse en terre végétale de jardin, alimentant éventuellement les parcs des villes, espèrent les Tartakovsky. "Nous utiliserons la même devise", déclare Aaron. "'Le sol par San Diegans pour San Diegans.' Et ainsi de suite."

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