Valorisation de l’urine

Valoriser l’urine de manière utile : Solutions pratiques pour tous

L’urine est une ressource précieuse qui peut être utilisée efficacement avec les bonnes techniques. Découvrez comment utiliser l’urine sur le compost, la stabiliser avec un bioreacteur pour une application sûre dans le jardin, ou évaluer les avantages d’un système de séparation selon vos besoins. Ces techniques sont particulièrement utiles si vous optez pour un insert de séparation (disponible en option avec la toilette WIESE, disponible ici) ou pour un conteneur avec drainage (disponible ici).

1. Urine comme engrais pour le compost : Voici comment faire

L’urine est un engrais naturel qui enrichit votre compost en azote précieux et favorise ainsi la décomposition. Versez l’urine directement sur le tas de compost, idéalement diluée dans un rapport de 1:5 avec de l’eau, afin de minimiser les odeurs et d’éviter une surfertilisation. Veillez à répartir l’urine de manière uniforme et à retourner régulièrement le compost pour garantir un mélange optimal.

Knorr et al. (2005) – „Nitrogen fertilization and soil organic matter decomposition“ (Ecology) :
Cette étude expérimentale a testé l’impact de l’azote sur la décomposition du sol. Elle conclut que l’ajout d’azote (sous forme de nitrate ou d’ammonium) stimule la décomposition des fractions labiles (comme les résidus végétaux frais), mais peut ralentir celle des fractions stables (comme l’humus) en modifiant l’activité enzymatique microbienne.

2. Tutoriel : Bioreacteur low-tech simple pour la nitrification de l’urine

Un bioreacteur à urine est conçu pour transformer l’urine en un engrais inodore et riche en nutriments grâce au processus de nitrification. Ce processus convertit l’ammoniac (NH₃) contenu dans l’urine en nitrates (NO₃⁻), qui sont plus facilement assimilables par les plantes. Cela permet de réduire les odeurs et de produire un engrais liquide de haute qualité.

Avec un bioreacteur construit soi-même, vous pouvez transformer l’urine en un engrais inodore et riche en nutriments – de manière simple et économique.

Objectif d’un bioreacteur à urine

– Nitrification contrôlée au lieu d’une oxydation incontrôlée
À la fin du processus, la solution stabilisée – c’est-à-dire le produit de la nitrification – contient principalement des nitrates (NO₃⁻), qui sont facilement assimilables par les plantes. De plus, un avantage clé de cette approche est que l’Umine (urine minéralisée) ne risque plus de perdre son azote par volatilisation sous forme d’ammoniac (NH₃), contrairement à une oxydation incontrôlée. Cela garantit une conservation optimale de l’azote, rendant le produit final plus efficace comme fertilisant et moins sujet aux pertes dans l’environnement.

– Réduction du risque de pollution des eaux souterraines
Étant moins réactifs, les nitrates pénètrent plus lentement dans les eaux souterraines. Une application contrôlée d’Umine toutes les deux semaines avec une dilution de 1:20, garantit que les nitrates sont absorbés par les plantes avant qu’ils ne puissent atteindre les eaux souterraines.

– Réduction des odeurs et hygiène
L’urine non traitée libère de l’ammoniac (NH₃), ce qui provoque des odeurs désagréables et complique son application. Grâce à la nitrification dans le bioreacteur, la proportion d’ammoniac est transformée en nitrates, ce qui rend l’urine plus stable, réduit les odeurs désagréables et rend l’application plus hygiénique et agréable.

– Remarque importante sur le fonctionnement
La nitrification nécessite de l’oxygène et un environnement favorable pour les bactéries nitrifiantes. Un bioreacteur bien conçu assure une aération suffisante et un milieu propice, par exemple grâce à un substrat poreux comme du biochar ou du compost.

Les réactions chimiques dans le bioreacteur

1. Première phase : hydrolyse de l’urée

Hydrolyse = décomposition dans l’eau

Réaction chimique :

L’urée (CO(NH₂)₂) contenue dans l’urine fraîche réagit avec l’eau (H₂O) de l’urine en présence de l’enzyme uréase (présente dans le sol ou le matériel de collecte) pour produire de l’ammoniac (NH₃) et du dioxyde de carbone (CO₂).

L’équation chimique est la suivante :
CO(NH₂)₂ + H₂O → 2NH₃ + CO₂.

Enzymes = molécules biologiques permettant l’accélération des réactions chimiques. Ici c’est l’uréase qui permet à l’urée (qui est normalement stable) d’être hydrolysée.

Impact sur le pH :

La production d’ammoniac (NH₃) lors de l’hydrolyse de l’urée entraîne une augmentation du pH du milieu. L’ammoniac est une base, et sa présence augmente la concentration d’ions hydroxyde (OH⁻), ce qui rend le milieu plus alcalin.

Cette augmentation du pH peut être temporaire. 

L’hydrolyse de l’urée est une ammonification particulière

Rappel : l’ammonification est le processus par lequel la matière organique azotée (protéines, acides nucléiques, etc… Ici il s’agit d’urée), est décomposée en ammoniac gazeux (NH₃) et en ion ammonium (NH₄⁺) dissous dans l’eau. Voir cette * note pour plus de détails sur la réaction

Ce processus est réalisé par des microorganismes hétérotrophes présents dans le sol et les biofiltres utilisés en assainissement, traitement de l’eau ou aquaculture.

Relation avec le pH :

L’ammonification est influencée par le pH. Un pH neutre à légèrement alcalin (6,5 à 8) est généralement optimal pour l’activité des bactéries ammonifiantes.

L’augmentation du pH due à l’hydrolyse de l’urée peut favoriser l’ammonification, mais un pH trop élevé peut entraîner des pertes d’ammoniac par volatilisation et une odeur désagréable.

2. Deuxième phase : nitrification

La nitrification est le processus en deux étapes par lequel l’ammoniac (NH₃) ou l’ion ammonium (NH₄⁺) est oxydé en nitrite (NO₂⁻) puis en nitrate (NO₃⁻). 

L’équation globale de la nitrification est :
NH₄⁺ + 2 O₂ → NO₃⁻ + 2 H⁺ + H₂O

Ce processus est réalisé par des bactéries autotrophes spécifiques (Nitrosomonas et Nitrobacter).

Relation avec le pH :

Un pH optimal se situe généralement entre 6 et 8.

Bien que l’hydrolyse de l’urée puisse initialement augmenter le pH, la nitrification tend à acidifier le milieu, car la production de nitrates (NO₃⁻) libère des ions hydrogène (H⁺).

A noter : le processus de nitrification est plus lent que l’hydrolyse de l’urée et l’ammonification.

Ce processus conduit à la production d’une urine transformée, appelée Umine, développée par Renaud de Looze. C’est une urine minéralisée, traitée jusqu’à la nitrification avancée, de sorte que l’azote est présent sous une forme directement disponible pour les plantes. L’Umine a été développée par Renaud de Looze dans le cadre de ses travaux sur les toilettes sèches et les systèmes de séparation d’urine, afin de permettre une utilisation durable de l’urine. Grâce à la nitrification, l’Umine est stable et peut être stockée sans perte d’azote, ce qui rend son application plus flexible. Comparée à l’urine non traitée, qui perd de l’azote par volatilisation de l’ammoniac, l’Umine conserve intégralement l’azote, qui est directement disponible pour les plantes.

Introduction : Transformer l’urine en engrais

Un bioreacteur construit soi-même vous permet de transformer l’urine en un engrais inodore et riche en nutriments. À la fin du processus, la solution stabilisée contient principalement des nitrates (NO₃⁻), souvent sous forme de nitrate de potassium ou de sodium (par ex. KNO₃), qui sont idéaux pour une utilisation comme engrais.

Deux méthodes pratiques pour transformer l’urine en engrais – un bioreacteur low-tech et un biofiltre dans un lombricomposteur – sont décrites en détail plus loin sous la section 5. Construction d’un bioreacteur low-tech individuel.

Dilution recommandée pour l’arrosage des plantes

L’Umine doit être diluée avant utilisation afin de ne pas endommager les plantes. Utilisez un rapport de mélange de 1:20 (1 litre d’Umine pour 20 litres d’eau) .

Arrosez avec la solution diluée 1 à 2 fois par semaine directement sur le sol, idéalement environ 1 litre par mètre carré, et évitez de mouiller les feuilles. Pour les légumes consommés crus, laissez une pause de 1 à 2 semaines avant la récolte afin de minimiser les risques de contamination microbiologique. La dilution recommandée réduit considérablement la concentration en azote, ce qui minimise le risque de surfertilisation et de pollution des eaux souterraines.

Teneurs moyennes en nutriments dans l’urine humaine

Basé sur des études scientifiques (voir le livre L’Urine – L’Or liquide pour le jardin de Renaud de Looze), l’urine humaine contient les nutriments suivants par litre :

• Azote : Environ 5 à 10 g/L, en moyenne env. 7 g/L,
  principalement sous forme d’urée (avant la nitrification) et après la nitrification sous forme de nitrates (NO₃⁻). Les nitrates sont plus facilement assimilables par les plantes que l’ammonium.
• Phosphore : Environ 0,5 à 1 g/L, en moyenne env. 0,8 g/L,
  principalement sous forme de phosphates (PO₄³⁻).
• Potassium : Environ 1,5 à 3 g/L, en moyenne env. 2,5 g/L,
  sous forme d’ions potassium (K⁺).

Ces valeurs varient en fonction de l’alimentation, de l’hydratation et de facteurs individuels, mais elles offrent une bonne indication. Après la nitrification, la teneur en azote reste la même, mais change de forme (de l’ammonium aux nitrates), tandis que le phosphore et le potassium restent inchangés.

Nutriment	Quantité par litre d’urine	Fonction pour les plantes
Azote	env. 7 g	Favorise la croissance des feuilles et des tiges
Phosphore	env. 0,8 g	Soutient la formation des racines et le développement des fleurs
Potassium	env. 2,5 g	Favorise la résistance et la formation des fruits

Avec une dilution de 1:20, la solution finale contient environ 0,35 g d’azote, 0,04 g de phosphore et 0,125 g de potassium par litre, ce qui est idéal pour une fertilisation équilibrée par arrosage enrichi à l’Umine toutes les deux semaines.

Ces concentrations sont comparables à celles des engrais liquides commerciaux et sont sans danger pour la plupart des plantes.

Complémentation en nutriments et mesure du pH de l’Umine

L’Umine est un engrais riche en azote, mais elle ne contient pas tous les nutriments nécessaires aux plantes. Les compléments suivants peuvent être utiles :

• Carbone (C) : Mélangez l’Umine avec du compost ou épandez un matériau riche en carbone, comme de la paille (env. 100-200 g/m²), sur le sol pour améliorer sa structure.
• Micronutriments : Complétez avec de la poudre de roche (50-100 g/m²) ou un extrait d’algues pour fournir des oligo-éléments tels que le fer ou le zinc.
• Magnésium (Mg) : Ajoutez du sel d’Epsom (20-30 g pour 10 L d’eau) à la solution d’Umine diluée, en particulier pour les plantes gourmandes en magnésium comme les tomates.
• Soufre (S) : Épandez du gypse (20-30 g/m²) sur le sol pour répondre aux besoins en soufre des plantes comme les oignons.

La mesure du pH de l’Umine donne des indications sur le processus de nitrification et la compatibilité avec les plantes :

• pH 6-7 : Plage idéale – l’Umine est stable et peut être appliquée comme recommandé.
• pH 7,5-8 : Nitrification incomplète, présence d’ammoniac. Laissez le bioreacteur fonctionner plus longtemps et augmentez l’apport en oxygène.
• pH > 8 : Teneur élevée en ammoniac, qui peut endommager les plantes et causer des odeurs désagréables. Attendez que la nitrification soit terminée avant d’appliquer l’Umine.
• pH < 6 : Trop acide. Neutralisez avec du calcaire (10-20 g/L) et augmentez la dilution (par ex. 1:20).

Utilisez des bandelettes de test pH ou un pH-mètre pour vérifier la valeur avant l’application. Mesurez également le pH du sol pour adapter l’Umine de manière optimale – la plupart des plantes préfèrent un pH du sol de 6 à 7.

3. Toilettes à séparation ou conteneurs mixtes : Quel système choisir ?

Les toilettes à séparation séparent directement l’urine et les matières solides, tandis que les conteneurs mixtes collectent tout dans un même réservoir. Ces deux systèmes sont flexibles et peuvent être installés partout où il n’y a pas de raccordement à l’eau ou au réseau d’égouts.

Les toilettes à séparation sont particulièrement adaptées si vous souhaitez nitrifier l’urine séparément et l’utiliser comme engrais. Un conteneur mixte, en revanche, peut être simplement vidé entièrement sur le compost ; s’il est équipé d’un système de drainage, l’urine peut également être transformée en Umine via un bioreacteur pour produire de l’engrais pour le jardin. Grâce au drainage, le conteneur est plus léger, et sa vidange devient plus facile. Vos possibilités de valorisation ainsi que vos contraintes d’installation et d’entretien (bac mixte ou système à séparation avec 1 bac + 1 bidon) détermineront le système le plus adapté à vos besoins.

Stabilisation par le bioreacteur low-tech

Grâce à la nitrification contrôlée, obtenue par exemple avec un bioréacteur low-tech, l’azote contenu dans l’urine est transformé en nitrates (NO₃⁻) avant d’être appliqué sur le sol. Cette transformation en nitrates réduit fortement le développement des odeurs, rendant l’application plus agréable, et limite les pertes d’azote par volatilisation.

Découvrez-en plus dans notre tutoriel : Bioreacteur low-tech simple pour la nitrification de l’urine.

Les avantages des toilettes à séparation en un coup d’œil

• Économie d’eau : Plus de chasse d’eau – cela permet d’économiser environ 30 litres d’eau par jour et par personne, sur la base de la consommation moyenne des toilettes conventionnelles. L’urine est dirigée vers un bidon, les matières solides vers un conteneur séparé.
• Moins de litière : Comme l’urine est séparée, une petite quantité de litière, comme des copeaux de bois ou des feuilles sèches, suffit pour sécher les matières solides et neutraliser les odeurs.
• Valorisation facilitée selon l’infrastructure : Grâce à la séparation de l’urine et des matières solides, les toilettes à séparation peuvent faciliter la valorisation – en particulier là où des infrastructures adaptées, comme des installations de compostage municipales ou des points de collecte pour l’urine, sont disponibles.

Ensemble dans la bonne direction

Tout le monde n’a pas un jardin pour composter des ressources bio-organiques. Les toilettes à séparation offrent une solution de transition pratique. Plus il y aura de personnes utilisant des toilettes sèches ou à compost, plus des solutions pertinentes pour la gestion des déchets organiques verront le jour – y compris dans les villes. Que ce soit avec des conteneurs mixtes ou des toilettes à séparation : les deux systèmes visent une gestion durable et respectueuse de l’environnement des déchets.

4. Annexe Qu’est-ce que la nitrification ?

Qu’est-ce que la nitrification ?

La nitrification est un processus biologique au cours duquel l’ammoniac (NH₃) ou l’ammonium (NH₄⁺) est transformé en nitrites (NO₂⁻), puis en nitrates (NO₃⁻). Ce processus est réalisé par des bactéries spécifiques en deux étapes :

• Première étape : Les bactéries Nitrosomonas oxydent l’ammoniac en nitrite :
  NH₃ + 1,5 O₂ → NO₂⁻ + H₂O + H⁺
• Deuxième étape : Les bactéries Nitrobacter oxydent le nitrite en nitrate :
  NO₂⁻ + 0,5 O₂ → NO₃⁻

Ces deux étapes sont des réactions d’oxydation, car les composés azotés (ammoniac → nitrite → nitrate) perdent des électrons et de l’oxygène est ajouté. Les coefficients (par ex. 1,5 O₂) indiquent les proportions stœchiométriques de la réaction.

Pourquoi parle-t-on de nitrification et non simplement d’oxydation ?

« Oxydation » est un terme chimique général. Il décrit toute réaction au cours de laquelle une substance perd des électrons – souvent par l’ajout d’oxygène ou la perte d’hydrogène. Des exemples incluent la combustion, la formation de rouille ou d’autres processus biochimiques.

« Nitrification » est un terme spécifique. Il se réfère exclusivement à l’oxydation biologique de l’ammoniac en nitrite puis en nitrate, réalisée par des bactéries nitrifiantes dans un environnement naturel ou contrôlé (par ex. un bioreacteur ou le sol).

En d’autres termes : la nitrification est une forme d’oxydation, mais elle est spécifique au cycle de l’azote.

En biologie et en agriculture, ce terme est utilisé pour décrire ce processus dans le cycle de l’azote. Ce processus est crucial, car les plantes peuvent absorber les nitrates (NO₃⁻) comme nutriments, tandis que l’ammoniac (NH₃) est toxique pour de nombreuses plantes en fortes concentrations. Le terme « nitrification » met donc en avant l’importance biologique et l’objectif du processus : transformer l’ammoniac en nitrates assimilables par les plantes. « Oxydation » ne décrit que la réaction chimique, sans souligner le contexte biologique.

Il existe d’autres processus dans le cycle de l’azote, comme la dénitrification. Celle-ci transforme les nitrates en gaz azoté (N₂) – une réduction, au cours de laquelle les nitrates gagnent des électrons, donc l’opposé de l’oxydation. Le terme « nitrification » permet de distinguer clairement ces processus. Si l’on utilisait simplement « oxydation », cela pourrait prêter à confusion, car il existe de nombreux autres processus oxydatifs qui n’ont rien à voir avec la transformation de l’ammoniac en nitrate.

Résumé : La nitrification est une oxydation spécifique, catalysée par des bactéries, qui se produit dans le cycle de l’azote. Elle transforme l’ammoniac en nitrites et nitrates, assimilables par les plantes. On parle de « nitrification » pour nommer précisément ce processus et le différencier des autres réactions d’oxydation.

Pourquoi parle-t-on de nitrification et pas simplement d’oxydation ?

« Oxydation » est un terme chimique général. Il décrit toute réaction au cours de laquelle une substance perd des électrons – souvent par l’ajout d’oxygène ou la perte d’hydrogène. Des exemples incluent la combustion, la formation de rouille ou d’autres processus biochimiques.
« Nitrification » est un terme spécifique. Il se réfère exclusivement à l’oxydation biologique de l’ammoniac en nitrite puis en nitrate, réalisée par des bactéries nitrifiantes dans un environnement naturel ou contrôlé (par ex. un bioreacteur ou le sol).
En d’autres termes : la nitrification est une forme d’oxydation, mais elle est spécifique au cycle de l’azote.

En biologie et en agriculture, ce terme est utilisé pour décrire ce processus dans le cycle de l’azote. Ce processus est crucial, car les plantes peuvent absorber les nitrates (NO₃⁻) comme nutriments, tandis que l’ammoniac (NH₃) est toxique pour de nombreuses plantes en fortes concentrations. Le terme « nitrification » met donc en avant l’importance biologique et l’objectif du processus : transformer l’ammoniac en nitrates assimilables par les plantes. « Oxydation » ne décrit que la réaction chimique, sans souligner le contexte biologique.

Il existe d’autres processus dans le cycle de l’azote, comme la dénitrification. Celle-ci transforme les nitrates en gaz azoté (N₂) – une réduction, au cours de laquelle les nitrates gagnent des électrons, donc l’opposé de l’oxydation. Le terme « nitrification » permet de distinguer clairement ces processus. Si l’on utilisait simplement « oxydation », cela pourrait prêter à confusion, car il existe de nombreux autres processus oxydatifs qui n’ont rien à voir avec la transformation de l’ammoniac en nitrate.

Résumé : La nitrification est une oxydation spécifique, catalysée par des bactéries, qui se produit dans le cycle de l’azote. Elle transforme l’ammoniac en nitrites et nitrates, assimilables par les plantes. On parle de « nitrification » pour nommer précisément ce processus et le différencier des autres réactions d’oxydation.

5. Construction d’un bioreacteur low-tech individuel

Deux méthodes pour la nitrification de l’urine humaine :

Fonction du milieu filtrant

Le milieu filtrant remplit les fonctions suivantes :

• Ralentir l’urine pour que les bactéries aient suffisamment de temps pour la traiter.
• Fournir une surface sur laquelle les bactéries peuvent se développer et effectuer la nitrification.
• Permettre un apport suffisant en oxygène, car la nitrification nécessite de l’oxygène.

Un bioreacteur bien conçu doit retenir l’urine dans le milieu filtrant assez longtemps pour que les bactéries aient le temps d’effectuer la nitrification. Si l’urine passe trop rapidement, le design – comme la taille du conteneur, la stratification du milieu filtrant ou l’aération – pourrait ne pas être optimal.

a) Bioreacteurs low-tech

Pour 1 personne (par ex. pour un conteneur de 30 litres).
Tutoriel au format PDF.

b) Biofiltre dans un lombricomposteur ou un seau de fermentation

Pour 1 personne (par ex. pour un conteneur de 30 litres).

Préparation du biofiltre

1. Inoculant en haut : 5 litres de lombricompost ou de terreau bien mûr
2. 5 à 10 litres de biochar 0-10 mm
3. 15 à 20 litres de biochar avec une granulométrie de 10-30 mm à la base

Utilisation du biofiltre

1. Saturer le biofiltre avec de l’urine
2. Pour démarrer le réacteur : Ajouter de petites quantités d’urine fraîche sur 1 à 2 semaines, jusqu’à ce que la nitrification soit stable.

Biofiltre dans un lombricomposteur.

Biofiltre dans un seau de fermentation.

Recommandations pour votre bioreacteur

Pour vous assurer que votre bioreacteur fonctionne de manière optimale, suvezs ces conseils :

• Vérifier le milieu filtrant : Assurez-vous que le milieu filtrant (par ex. biochar, lombricompost) est suffisamment dense pour ralentir l’urine. Vous pourriez ajouter une couche de matériau plus fin (par ex. biochar 0-10 mm) pour ralentir l’écoulement.
• Assurer l’aération : Vérifiez que ton bioreacteur est suffisamment aéré. Vous pourriez, par exemple, percer des trous dans le conteneur ou utiliser un design qui permet une bonne circulation de l’air.
• Ajouter de petites quantités : Ajoutez l’urine en petites quantités (par ex. 0,5-1 litre par jour) pour ne pas surcharger le milieu filtrant.
• Éviter la saturation : Si le bioreacteur est saturé, collectez le liquide qui s’écoule dans un conteneur séparé et vérifie s’il est complètement nitrifié (par ex. en mesurant le pH : un pH de 6-7 indique que la nitrification est terminée, ou en effectuant un test d’odeur). S’il contient encore de l’ammoniac (forte odeur), la nitrification n’est pas terminée, et tu pourrais faire passer le liquide à nouveau dans le bioreacteur.

6. Photos d’un bioreacteur en construction ainsi que des observations après une semaine d’utilisation

Deux pots en plastique (A) et (B), perforés en bas, ont été revêtus différemment.
Chaque pot a un volume d’environ 38 litres (diamètre en bas 32 cm ; diamètre en haut 40 cm ; hauteur 36 cm).

Première couche (inférieure)

Deuxième couche

Troisième et dernière couche

Un conteneur sous chaque bioreacteur récupère l’umine.

Observations après une semaine d’utilisation :
– aucune odeur
– pH d’environ 8

Conclusion et leçons tirées
Le pH d’environ 8 après une semaine d’utilisation est surprenant, car la nitrification devrait normalement abaisser le pH (autour de 6 à 7). Cela suggère que la nitrification n’est pas encore complète, probablement en raison d’un manque d’oxygène, d’une population bactérienne encore insuffisamment établie, ou d’un effet alcalinisant des matériaux utilisés (par exemple, le biochar). L’absence d’odeur est toutefois un signe positif pour le processus jusqu’à présent.

Ces résultats soulignent l’importance d’une bonne aération et d’une période d’utilisation plus longue pour une nitrification complète. Le choix des matériaux peut également avoir un impact significatif sur le pH.
Les observations vont continuer dans les prochains jours afin de suivre l’évolution du processus.

Remerciements

Un grand merci à Annie Gauthier de Compost’elles pour sa généreuse autorisation de traduire et de publier son tutoriel. Également un grand merci à Renaud De Looze pour le partage de sa méthode de fabrication de l’Umine et sa précieuse contribution à la rédaction de cette page.

Sources :

• Renaud de Looze
  • Livre : Urine – L’Or liquide pour le jardin, Renaud de Looze
  • YouTube : https://www.youtube.com/@urineorliquide
  • Site web : https://www.palmeraiedesalpes.com/
• Aneco : https://an-eco.ch/solutions-promues/

En langue anglaise:
Consultez le « Home Garden Guide: Fertilize with Urine » du Rich Earth Institute https://richearthinstitute.org/.

Cette page en allemand: Verwertung von Urin