Concept des filtres plantes de macrophytes

Filtre à écoulement vertical

Les filtres sont des excavations étanches remplies de couches de gravier et/ou de sable de différentes granulométries (fig 1.2). L’effluent brut est épandu directement, sans décantation préalable, à la surface du filtre. ‘En s’écoulant à travers ces filtres, ce dernier subit un traitement physique (filtration), chimique (adsorption…) et biologique (fixation de la biomasse sur les supports fins). Les eaux épurées sont drainées sous les différentes couches. Les filtres sont alimentés en eaux usées brutes par bâchées. Pour un même étage, la surface de filtration est séparée en plusieurs unités permettant d’instaurer des périodes d’alimentation et de repos [36]. La période de repos pendant laquelle se fait la dégradation de la matière organique accumulée dans les filtres (substrat filtrant et racines des macrophytes) prendra en général 07 jours, tandis que la periode d’alimentation ne requerra que la moitié (environ 03jours) ce qui nous amène à utiliser 3 lits en parallèles dans le premier étage de façon à ce que la péeriode de repos d’un lit permettra l’alimentation des deux restants. Pour le deuxième étage les deux périodes sont équivalentes ce qui donne deux lits en parallèle [26]. Ces deux périodes dépendent de l’espèce utilisée pour le traitement, par exemple une plante appelée C. esculenta testée au laboratoire peut suivre a une période d’alimentation équivalente à 20 jours.

Le principe épuratoire repose sur le développement d’une biomasse aérobie fixée sur un sol reconstitué. L’oxygène est apporté par convection et diffusion. L’apport d’oxygène par les radicelles des plantes est négligeable par rapport aux besoins. La capacité d’oxygénation est telle que les filtres du premier étage contribuent essentiellement à la dégradation de la fraction carbonée, mais une nitrification partielle est également notée. Le deuxième étage vient alors affiner la dégradation de la fraction carbonée et complète la nitrification en fonction des conditions d’oxygénation, de la température et du pH [52]. L’expérience acquise en une quinzaine d’années à Gensac la Pallue révèle qu’à l’ombre des roseaux et dans une hygrométrie adéquate se développe une biomasse microbienne, au sein même des dépôts organiques retenus sur la plage d’infiltration. Cette biomasse contribue à la minéralisation des matières organiques dans une proportion avoisinant 65 % en masse par rapport au flux reçus. Il en résulte un terreau qui s’accumule à raison d’une quinzaine de millimètres par an lequel constitue un biofiltre de bonne perméabilité [52]. L’activité épuratoire du terreau s’ajoute à celle qui se développe initialement dans le massif filtrant minéral. Il a été observé sur ce site une tendance à l’amélioration des rendements avec le vieillissement de l’installation [52].

Filtre à écoulement horizontal

Dans les filtres à écoulement horizontal, le massif filtrant est quasi-totalement saturé en eau. L’effluent est réparti sur toute la largeur et la hauteur du lit par un système répartiteur situé à une extrémité du bassin (fig 1.3); il s’écoule ensuite dans un sens principalement horizontal à travers le substrat. La plupart du temps, l’alimentation s’effectue en continu car la charge organique apportée est faible puisque ces filtres sont nécessairement alimentés par des eaux préalablement débarrassées de leurs matières en suspension. L’évacuation se fait par un drain placé à l’extrémité opposée du lit, au fond et enterré dans une tranchée de pierres drainantes. Ce tuyau est relié à un siphon permettant de régler la hauteur de l’eau dans le lit, de façon à ce qu’il soit saturé pendant la période d’alimentation. Le niveau d’eau doit être maintenu environ à 5 cm sous la surface du matériau. En effet, l’eau ne doit pas circuler au-dessus de la surface du fitre afin de ne pas court-circuiter la chaîne de traitement et d’éviter la prolifération d’insectes [36]. L’apport relativement faible en oxygène limite la croissance des bactéries aérobies hétérotrophes et autotrophes et, par voie de conséquence, la dégradation des matières carbonées et surtout l’oxydation des composés azotés. Toutefois des mécanismes anaérobie et aéro-anaérobie interviennent au contact des racines des macrophytes (effet rhizosphère) et participent à la dégradation des matières carbonées et à la transformation des formes réduites de l’azote [52]. L’expérience concernant ces filtres est encore limitée en France mais leur nombre augmente, surtout en aval d’un premier étage vertical [52].

Rôle des différents composants du système

La plante L’homme a toujours su utiliser les plantes pour sa survie. Elles ont d’abord servi de ressources alimentaires ensuite de matériaux de construction et de produits thérapeutiques. Depuis une dizaine d’années et face aux nombreux problèmes de pollution, certaines espèces semblent plus intéressantes car elles sont potentiellement accumulatrices de polluants. On pourrait donc envisager de les cultiver sur des sols contaminés afin d’extraire les substances toxiques. C’est le concept de la dépollution des sols par les plantes appelé phytoremédiation [61]. Des espèces de type phragmites (roseaux) peuvent être utilisées dans des stations d’épuration de petites communes afin de filtrer et épurer les eaux usées domestiques. On appelle cette technique la phytoresrtauration des eaux usées [61]. L’homme peut donc trouver dans le végétal une ressource qui permettra de limiter son impact néfaste sur l’environnement. De petites quantités d’oxygène provenant des parties aériennes sont rejetées a l’apex des radicelles des plantes quelque soit les types de filtres dans lesquels elles sont enracinées. Ces apports sont toujours faibles. Dans les filtres verticaux, la fraction d’oxygène ainsi apportée est négligeable comparativement aux apports par diffusion et convection. Dans les filtres horizontaux en revanche, si l’apport par les plantes est faible, il constitue probablement la principale source d’oxygène.

Le métabolisme des plantes (assimilation de nutriments) influence plus au moins le traitement en fonction des surfaces mise en jeu. Si pour les filtres plantés à écoulement vertical, l’assimilation des nutriments est négligeable (moins de 1% de la charge entrante pour le phosphore), les surfaces plus importantes dans les filtres horizontaux peuvent conduire à des prélèvements pouvant être raisonnablement pris en compte dans les bilans, mais qui devraient cependant se situer autour de 5% pour l’azote et sensiblement moins pour le phosphore. Tous ces éléments, ne sont pas directement exportables dans la biomasse faucardable, mais se trouvent aussi piégés dans le système racinaire dont le devenir à long terme, environ une quinzaine d’années, n’a pas encore été soigneusement étudié [52]. La couverture foliaire préserve la surface des filtres de la dessiccation en été.

Elle procure également un ombrage qui permet aux bactéries de se développer, contribuant ainsi à la minéralisation de la matière organique. L’évapotranspiration estivale conduit à une forte diminution du volume sortant. En hiver, elle attenue l’impact négatif des faibles températures sous des climats froids [52]. D’une façon plus générale le milieu filtrant, grâce à la présence des racines, possède une grande diversité d’espèces (bactéries, protozoaires, invertébrés) dont la présence dépend étroitement de la charge organique et des conditions de renouvèlement de l’oxygène. Tous ces organismes participent, comme prédateurs, à la diminution des populations de bactéries fécales. Les abattements dépendent des temps de séjour [52]. Les plantes les plus utilisées en Europe et dans les pays à climat tempéré sont les roseaux (Phragmites australis) pour leur résistance (longue période submergé, période sèches), leur capacité d’assimiler la matière organique et leur rapidité de croissance. Aux Etats-Unis, c’est plutôt les massettes ou quenouilles (typha) qui son les plus fréquentes.

L’utilisation de l’espèce Typha semble être plus utile pour éliminer la matière organique, par contre l’espèce Phragmites australis assure une réduction de tous les paramètres physico-chimiques [10]. Ces deux espèces ont démontré leur capacité à tolérer des eaux usées peu, moyennement, et fortement concentrées. Par ailleurs on peut utiliser des espèces très variées de plantes de zones humides (Fig 1.5) et même des espèces ligneuses telles que les saules (Salix). En fait, il ne faut pas négliger l’aspect esthétique de la station, lui permettant une intégration homogène dans le paysage.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I EVOLUTION, CONCEPTS ET TECHNIQUES DE L’EPURATION DES EAUX USEES PAR DES FILTRES PLANTES DE MACROPHYTES
1.1. INTRODUCTION
1.2. HISTORIQUE
1.3. CONCEPT DES FILTRES PLANTES DE MACROPHYTES
1.3.1. Principe de fonctionnement
1.3.1.1. Filtre à écoulement vertical
1.3.1.2. Filtre à écoulement horizontal
1.3.1.3. Les systèmes mixtes
1.3.2. Rôle des différents composants du système
1.3.2.1. La plante
1.3.2.2. Les matériaux
1.3.2.3. Les micro‐organismes
1.4. LES MECANISMES ET PERFORMANCES EPURATOIRES
1.4.1. Les mécanismes d’élimination
1.4.2. Les Matière En Suspension (MES)
1.4.3. La Demande Biochimique en Oxygène
1.4.4. La Demande Chimique en Oxygène
1.4.5. L’azote :
1.4.6. Le phosphore
1.4.7. Les métaux
1.4.8. Les micro‐organismes d’origine humaine
1.5. LA CONCEPTION
1.5.1. Les contraintes techniques et recommandations
1.5.1.1. Régulation des débits journaliers admissibles
1.5.1.2. Protection des filtres du ruissellement et des apports de particules fines :
1.5.1.3. Domaine d’application
1.5.1.4. Surface totale et accessibilité
1.5.1.5. Précaution du remplissage des filtres
1.5.1.6. Climat
1.5.1.7. La géotechnique
1.5.1.8. Le colmatage
1.5.2. Le dimensionnement
1.5.2.1. Filtre vertical
1.5.2.2. Filtre horizontale
1.6. INVESTISSEMENT
1.7. CONCLUSION
CHAPITRE II DESCRIPTION ET ETAT DES LIEUX DE LA ZONE D’ETUDE
2.1. INTRODUCTION
2.2. DESCRIPTION DE LA ZONE D’ETUDE
2.2.1. Délimitation de l’aire d’étude
2.2.2. Densité et répartition de la population
2.2.3. Géologie de la zone d’étude
2.2.3.1. Les monts des Traras
2.2.4. Climat de la zone d’étude
2.2.5. Réseaux hydrographiques
2.2.6. Le relief de la zone d’étude
2.2.7. Ressource hydrique de la zone d’étude
2.2.7.1. Ressources en eaux superficielles
2.2.7.2. Ressources en eaux souterraines
2.3. ETAT DE L’ASSAINISSEMENT DANS LA ZONE D’ETUDE
2.3.1. Les rejets domestiques
2.3.1.1. Daïra de Tlemcen
2.3.1.2. Daïra de Mansourah
2.3.1.3. Daïra de Chetouane
2.3.1.4. Daïra d’ Hennaya
2.3.1.5. Daïra de Bab El Assa
2.3.1.6. Daïra de Marsat Ben M’Hidi
2.3.1.7. Daïra de Ghazaouet
2.3.1.8. Daïra de Honaine
2.3.1.9. Daïra de Filaoucen
2.3.1.10. Daïra de Nedroma
2.3.1.11. Daïra de Remchi
2.3.1.12. Daïra de Maghnia
2.3.1.13. Daïra de Beni Boussaid
2.3.1.14. Daïra de Sebra
2.3.1.15. Daïra de Béni Snous :
2.3.1.16. Daïra de Sebdou :
2.3.1.17. Daïra de Bensekrane
2.3.1.18. Daïra d’Ouled Mimoun :
2.3.1.19. Daïra d’Ain Tellout :
2.3.1.20. Récapulation
2.3.2. Les rejets des unités industrielles
2.4. UTILISATION DES REJETS POUR L’IRRIGATION
2.5. IMPACT DES REJETS SUR LA SANTE HUMAINE
2.5.1. Principales causes à l’ origine des épidémies de MTH
2.5.2. Situation épidémiologique
2.6. ETUDE DETAILLEE DU G.U.T. ET DE LA COMMUNE D’HENNAYA
2.6.1. Vulnérabilité de la zone d’étudiée
2.6.2. Point de rejet et risque de pollution
2.7. CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS
CHAPITRE III CONCEPTION D’UNE STATION D’EXPERIMENTATION POUR ETUDIER ET OPTIMISER LES PHENOMENES ND’EPURATION PAR LES PLANTES
3.1. INTRODUCTION
3.2. DESCRIPTION DE LA STATION DE TOUGGOURT
3.2.1. Description du projet
3.2.2. Performances épuratoires
3.3. DESCRIPTION DE LA STATION EXPERIMENTALE PROPOSEE
3.3.1. L’objectif recherché
3.3.2 Le matériel de laboratoire
3.3.3. Le dimensionnement
3.3.4. Les matériaux du substrat filtrant
3.3.5. Les plantes
3.3.6. Le réseau « alimentation‐ évacuation » des eaux
3.3.7 Le Cout d’investissement
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
ANNEXE A NORMES DE QUALITE DES EAUX
ANNEXE B EVOLUTION DE LA QUALITE DES EAUX SOUTERRAINES
ANNEXE C EVOLUTION DE LA QUALITE DES EAUX DE BARRAGES
ANNEXE D DETAILS DES DIFFENTS POINTS DE REJET DANS LES DIFFERENTES COMMUNES DE LA ZONE D’ETUDE
ANNEXE E DETAILS DES UNITES INDUSTRIELLES POLLUANTES DANS LA ZONE D’ETUDE
ANNEXE F PHOTOS DE LA STATION A MACROPHYTES DE TOUGGOURT
ANNEXE G DONNEES DIVERSES

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