Les solutions écologiques et alternives à l'épuration
conventionnelle des eaux usées
Les plantes au service de l'épuration
L'état des eaux douces dans le monde : une détérioration effrayante
• Pollution grave, surtout agricole et industrielle
• 2 millions de tonnes de déchets st déversés chaque jour ds les
rivières
• 90 % des cours d'eau en Europe sont sérieusement marqués par la
pollution
• Amazone et Congo, loin des hommes, restent relativement sains
• Assèchements partiels dus à une surexploitation
• Une croissance démographique en flèche qui ne laisse rien
présager de bon
Une gestion désastreuse des ressources d'eau potable
• L'eau potable se raréfie car les nappes s'épuisent et souffrent de contaminations
• Au niveau mondial, l'eau potable est destinée à 70 % pour
l'irrigation, à 23 % pour l'industrie et seulement 7 % pour les
populations
• Un assainissement quasi inexistant, et un mépris des zones
naturelles d'épuration : les zones marécageuses
• Des stations souvent vétustes et hors d'usage
un cercle vicieux nourri par le pouvoir de l'argent
Comment en est-on arrivés là ?
• Une éducation sanitaire insuffisante
• Une éducation à l'environnement quasi-inexistante • Des systèmes conventionnels d'épuration inaccessibles
dont les coûts de fonctionnement sont sans contre-partie productive
• Négligence des techniques durables d'épuration
Alba-la-R i (A dè h )
Le Villard
Trouver des solutions pour les petites collectivités
• 3 milliard de m3 d'eaux résiduaires, traitées par les 15 000 stations conventionnelles
• Collectivités rurales très (trop) nombreuses en France
• 6 000 communes (200 à 2 000 hab) sans station. • Aujourd'hui en France, 5% des eaux usées sont traitées de
façon rustique, mais ce sont des milliers de km protégés • Lagunage et marais artificiels sont des techniques
alternatives très séduisantes pour les petites collectivités
Pourquoi tant de succès auprès des petites collectivités?
• Respect de l'environnement
• Respect du paysage rural
• Faibles coûts de construction et de maintenance
• Fonctionnement fiable
• Aucun désagrément sonore ni olfactif
Trouver des solutions adaptées pour les pays en voie de développement
• Ds le monde, 2,6 milliards d'individus n'ont pas accès àl'assainissement de base. C'est 40 % de la population de la planète !
• Les plus exposés : les pays du Sahel (Mali, Niger, Burkina Faso)
• Assainissement nécessaire pour diminuer les risques sanitaires
• Coût inabordable des stations conventionnelles et de leur maintenance
Des chiffres alarmants en Afrique
• 78 % des villes africaines ne disposent d'aucun service formel d'évacuation et de traitement des eaux usées
• 85 % des villes africaines n'ont pas de service de collecte des déchets solides
• 90 % n'ont pas de drainage des eaux pluviales
Des conséquences humaines dramatiques
• L'OMS estime que 80 % des maladies graves sont dues à l'insuffisance de la qualité des eaux
• 37 % des diarrhées infantiles morbides pourraient être évitées si l'assainissement et le traitement des eaux existaient
Les stations extensives, un espoir pour les pays pauvres
• Coûts réduits de mise en place et de gestion• Accès à l'assainissement des eaux usées • Eaux traitées réutilisables en irrigation, sans risques
sanitaires• Préservation d'un environnement hydrique menacé
(contamination des réservoirs naturels, croissance démographique, et une offre qui n'arrive plus à suivre la demande)
• Auto-financement souvent envisageable, grâce l'ouverture de débouchés pour les sous-produits de l 'épuration, d'oùla durabilité du système
Les stations de phytoépuration aujourd'hui dans le monde
• Recherche poussée aux Etats-Unis, Canada, Belgique, Pays-Bas, Angleterre.
• Nombreuses stations extensives en fonctionnement (2000 aux Etats-Unis, 600 en France)
• Bcp des succès en France auprès des petites collectivités
• En plein essor dans les pays en voie de développement
Un peu d'histoire...• Dès l'Antiquité chez les Grecs et les Romains, et en Chine depuis des siècles • 1871 : le « jardin modèle » de la Ville de Paris (5100ha) • 1875 : Popoff et son système d'épandage à Moscou • 1901 : lac Mitchell (artificiel) 275 ha au Texas • 1920-1970 : perfectionnement de la technique de marais artificiel en Amérique du
Nord et en Allemagne • 1972 : première station fonctionnelle à macrophytes en Allemagne (Seidl et
Kikuch) • 1996 : Floride : 1600 ha de station d'épuration d'eaux de drainage agricole, par
végétaux enracinés émergents • Depuis années 80 : France et Autriche développent filtres plantés de roseaux
Quelles sont les techniques développées pour l'épuration
alternative (extensive) des eaux usées?
Les types de stations d'épuration alternatives
● Le lagunage : écoulement de l'eau en surfacenaturel ou àmicrophytes à macrophytes
• Les lits filtrantsplantés de roseaux : écoulement sous la surface flux vertical flux horizontal
Les systèmes de lagunage : systèmes àécoulement superficiel
• Systèmes de lagunage à microphytes • Systèmes à macrophytes flottants• Systèmes à macrophytes enracinés,
émergents et submergés
Le lagunage à microphytes
RethondesGommersdorf
Principe du lagunage à microphytes
● Lagunage à phytoplancton ● 3 bassins successifs : -
décantation et fermentation -épuration par microorganismes aérobies -finition de l'épuration
● Nutriments consommés par bactéries aérobies, alimentées en oxygène grâce à des algues (qui se nourrissent des nutriments apportés en quantité par les effluents)
● Elimination très efficace des micro-organismes fécaux
Lagunage à microphytes
Lagunage à microphytes à Mèze
Le lagunage à Mèze-Héraut
• Traite les eaux usées de 15 000 hab. • Coût d'installation très modeste (station classique/3) • Curage et compostage des boues tous les 10 à 15
ans seulement • Excellents abattements • Rejet dans l'étang de Thau (élevage moules, huitres,
poissons)
Les matières en suspension
• Responsables de la turbidité et par conséquent d'une diminution du rayonnement lumineux parvenant aux végétaux des fonds de cours d'eau
• Responsables de détérioration du matériel (bouchage, abrasion...)
• Mesure par filtration ou par décantation
Oxygène dissous et demande en oxygène
• L' Oxygène dissous est indispensable à la vie aquatique
• La Présence de M.O. réduit cette teneur : oxydation par voie microbiologique
• Une évaluation de la teneur en Oxygène dissous : la mesure de la quantité de M.O., susceptibles de consommer l'oxygène présent. C'est la mesure de la demande en Oxygène (mg/l).
La DBO5
• DBO 5 : qtité d'oxygène consommée à 20 °C, àl'obscurité pdt 5j pour oxyder par voie biologique les matières oraganiques présentes ds les eaux usées
• N'est représentative que de la pollution organique carbonée biodégradable
La DCO
• Quantité d'oxygène consommée par voie chimique pour oxyder l'ensemble des matières oxydables présentes dans un échantillon d'eau de 1 litre.
• Pour mesurer la pollution d'un effluent industriel
Les nitrates et les phosphates
• Origines diverses : engrais, reminéralisation des cultures, eaux usées domestiques et industrielles, détergents, lessives...
• Favorisent fortement la croissance des végétaux et des algues dans l'eau, étouffant ainsi les autres formes de vie. Sont responsables du phénomène d'eutrophisation (diminution de la quantité d'Oxygène disponible)
Normes législatives (1997)
• Il y a des normes d'entrée : la surface de la station dépend surtout du nombre d'EH et de la charge brute journalière (charge hydraulique, charge organique...)
• et des normes de sortie
MeS : 35 mg/l ou abattement 90% qqsoit la charge brute150 mg/l pour le lagunage
DBO5 : 25 mg/l ou abattement 70% pour 120-600 kg DBO5/j80% pour plus de 600kg DBO 5/j
DCO : 125 mg/l ou abattement 75% qqsoit la charge
Lagunage à macrophytes flottants
• Bassins couverts de plantes aquatiques flottantes • Aux Etats-Unis principalement • Lagunage à Laitues d'eau : Dakar et Rufisque (Sénégal) • Lagunage à Jacinthes d'eau : Niger • Lagunage à Lentilles d'eau : Wavre et Villers-la-ville en
Belgique, Mirzapur au Bengladesh
La laitue d'eau
Pistia Stratiotes
Laitue d'eau (Pistia Stratiotes) en Floride
Laitue d'eau (Pistia Stratiotes)
Pistia stratiotes aux Etats-Unis
University of Florida, Center for aquatic and invasive plants
Fonctionnement de la station de Rufisque
• Traite les eaux usées de 5000 hab sur 0,5 ha• 1 décanteur et 6 bassins couverts de laitues d'eau• Capacité de traitement : 105 m3 par jour• Coût d'investissement : 26 millions de francs CFA• Amortissement grâce aux recettes
(commercialisation de compost, d'eau épurée pour l'irrigation, et développement de l'artisanat)
• Rémunération de nouveaux salariés
Réutilisation des eaux usées traitées
CRDI, photo de Comba Sylla
La Jacinthe d'eau
Eichhornia crassipes
Tapis de jacinthes d'eau sur le fleuve Niger
Filtre 95% des MeS et des bactéries
Excellent compost pour enrichir les sols
Un fléau devenu une ressource économique très intéressante (artisanat)
Jacinthe d'eau( Eichhornia crassipes)
Le pouvoir épurateur des Jacinthes d'eau (Ouagadougou, Burkina Faso)
• Filtre jusqu'à 95% des bactéries et des MeS • Abattement de la DCO : 75 % • Abattement de la DBO5 : 85 % (traitement à boues
activées : 30 et 60%) • Conservation de 40 à 80 % d'ammonium (intérêt en
irrigation )
La lentille d'eau
Lemna minor
Lentille d'eau (Lemna minor)
Lentille d'eau (lemna minor)
Photograph courtesy of the New York Department of Conservation
La Petite Bilande (Wavre, Belgique) Lagunage à Lentilles d'eau
Une réussite sans conteste au Bengladesh
• Station de lagunage de Mirzapur • Remédie aux problèmes sanitaires • Produit de la matière végétale (1 tonne/j/ha) soit
100 kg de fourrage à haute teneur en protéines • Pisciculture en sortie de la station (6 tonnes de
poisson /an/ha)
Vers un traitement financé par la vaorisation des sous-produits
Valorisation des sous-produits du lagunage
• Biomasse zooplanctonique
• Biomasse phytoplanctonique
• Valorisation des macrophytes
• Boues de décantation
• Effluents de sortie
Valorisation du zooplancton
• Commercialisation directe
• Grossissement et reproduction de poissons d'eau douce
• Prégrossissement de poissons marins
Valorisation du phytoplancton
● Engrais verts pour l'agriculture
● Complément pour l'alimentation animale
Valorisation des macrophytes• Production d'énergie (biogaz, méthane...)• Production de compost• Alimentation animale (poissons et canards friands
des Lentilles d'eau)
Valorisation des boues de décantation
● Épandage sur les terres agricoles● Fabrication de compost à partir des lombrics
Valorisation des effluents de sortie
• Irrigation/fertilisation des terres agricoles • Enrichissement en nutriments d'un milieu d'élevage
de poissons ou de coquillages (huîtres) • Augmentation des cours d'eau dans les pays où
sévit la sécheresse • Utilisation industrielle (eau de refroidissement) • Utilisations urbaines (irrigation de parcs, protection
contre les incendies...)
Le lagunage à macrophytes fixés
Flux superficiel horizontal
Phragmites australis
The Nature Conservancy
Ecoulement superficiel
• Sol saturé en permanence, traitement aérobie et anaérobie de la charge organique, et processus de nitrification/dénitrification
• Si charges organiques élevées, procédé propice au dégagement d'odeurs et à le prolifération d'insectes
• À réserver au polissage de l'effluent d'un traitement secondaire aérobie
Le villard
Les filtres plantés de roseaux
Lits plantés de roseaux
• En Allemagne, dans les années 50, le Docteur Seidl a mis au point le premier système d'épuration des eaux usées utilisant des roseaux et des joncs, recréant ainsi les phénomènes épurateurs des bordures de marais.
Les filtres plantés de roseaux
• Ecoulement vertical sous la surface du sol, avec végétaux plantés sur un support rapporté (gravier, sable)
• Ecoulement horizontal sous la surface du sol avec végétaux enracinés dans le sol ou dans un milieu rapporté
Flux vertical sous la surface
Flux horizontal sous la surface
Filtres plantés de roseaux
Écoulement vertical des eaux usées à travers le milieu filtrant
Filtres plantés de roseaux àPannessières (Jura)
Filtres plantés de roseaux à écoulement vertical
• Alimentés en eaux usées brutes • Fort développement en France • Première étape dans système hybride • Utilisation prédominante de Phragmites australis • Gros succès chez les petites communes rurales
Flux vertical sous la surface
IRIDRA Srl
Filtre à roseaux à écoulement vertical
Filtre planté de roseaux (flux vertical)
• Etendue de roseaux fixés sur un lit de filtration composé de sable, de gravier de et de gravillons.
• Les eaux usées sont déversées au-dessus du système : elles traversent verticalement la zone des racines et le matériau de filtration.
• Avantage : emprise au sol réduite, et bonne nitrification de l'effluent
Principe du lit à macrophytes
• Bassins imperméables creusés dans le sol et remplis de graviers servant de support aux végétaux
• Les plantes fournissent l'oxygène nécessaire à la dégradation aérobie des bactéries
• L'effluent s'écoule gravitairement selon la pente naturelle : aucune pompe ni appereillage électrique n'est nécessaire
Voilà ce qui arrive sans bassin de décantation en amont
Rôle décolmatant des roseaux
Rôle anti-gel des roseaux
Station d'épuration de Curienne
Plantation des roseaux à Curienne
Roseau commun à Curienne
Les roseaux de Curienne (Savoie)
Cabane de supervision de la station de Curienne
À la station de Curienne...
Avant traitement
Après traitement
Lits filtrants à macrophytes
• Particulièrement adaptés aux communes de moins de 1 000 EH
• Superficie = 3 x EH (m2)• Coûts faibles d'investissement et de fonctionnement• Bonne intégration dans le paysage : champs de
macrophytes, zéro bruit, zéro odeur.• Excellentes performances épuratrices :
DBO5 < 25 mg/lDCO < 90 mg/lMeS < 30 mg/lNtK < 10 mg/l
Filtre planté de roseaux
Ecoulement horizontal des eaux usées àtravers le mileu filtrant
Roselière à écoulement horizontal
• Les eaux usées s'écoulent horizontalement, sous la surface, à travers un filtre planté de végétaux. Elles traversent la rhizosphère des plantes.
• Idéal pour les processus de nitrification /dénitrification • P et métaux lourds adsorbés par le matériel de
remplissage
Filtres plantés de roseaux à écoulement horizontal
• Procédé le plus utilisé en Europe • Exemple célèbre : la Biosphère (Montréal), New
York, Milan • Utilisation de Phragmites australis • Quasi-anaérobie, d'où la nécessite d'un système à
écoulement vertical en amont si DBO5 > 100mg/l
Flux horizontal souterrain
Filtre planté de roseaux (écoulement horizontal)
Emch+Berger
Station d'épuration à Cazillac (Alsace)
Coupe du lit filtrant planté de roseaux àSchoenau (Bas-Rhin, Alsace)
Des systèmes hybrides pour améliorer les performances
épuratoires
Systèmes hybrides
• Garridech : lagunage suivi de filtres plantés de roseaux
• Guevenatten en Alsace : 2 bassins à microphytes précèdent le bassin à macrophytes
• Ouagadougou (Burkina Faso)
Garidech (Haute-Garonne) : du lagunage àmicrophytes aux lits plantés de roseaux
Mettre ds systèmes hybrides (Guevenatten)
Des solutions mais avant tout, de la volonté
• Prendre conscience des limites biologiques de la planète • Éduquer au respect et à la consommation raisonnée de
l'eau douce • Cesser notre consommation effrénée des ressources
naturelles • Préserver les zones humides au lieu de les assécher • Les restaurer pour en arriver à une gestion durable de l'eau
douce
Fin
Rethondes sur l'Aisne
Les types de marais artificiels
Le station-pilote de Honfleur
Lagunage à Laitues d'eau à Dakar
Station expérimentale à Dakar