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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