Nouveaux modes de fonctionnement pour les filtres plantés de roseaux à écoulement vertical 

Fonctionnement de la filière

Les filtres plantés de roseaux

Les zones humides ou marais artificiels peuvent être classées selon différents critères. Brix (in Molle, 2003) les classe d’après les végétaux dominants, tandis que Langergraber (2008) utilise le fonctionnement hydraulique du système :
– Ecoulement de surface ou écoulement à surface libre (ex. : lagunes)
– Ecoulement souterrain (sous la surface des granulats)
o Filtre à écoulement vertical
o Filtre à écoulement horizontal
Dans cette étude, l’attention sera uniquement portée sur les filtres à écoulement vertical puisque, hormis 3 stations équipées d’un FPRh au 2ème étage (et qui forment un cas particulier comme nous le verrons par la suite), toutes les autres comprennent 2 étages à écoulement vertical. La provenance des effluents étudiés sera considérée comme exclusivement domestique. Ces deux dernières filières, bien que regroupées sous le même terme de « traitement biologique par cultures fixées sur support fin », ou « lit planté de roseaux » sont dimensionné et fonctionnent de manière complètement différente. Leurs performances respectives sont décrites dans le Tableau 3.

Fonctionnement des filtres planté de roseaux à écoulement vertical

Les filtres plantés sont le produit d’une ingénierie qui cherche à optimiser les conditions de traitement de l’eau présentes dans la nature, dans les zones humides, en utilisant à la fois de l’eau, un substrat minéral, des plantes, une litière organique et des microorganismes. Le nombre élevé de paramètres physico-chimiques et biologiques influençant le système le rend difficile à comprendre et complexe à modéliser (Langergraber 2008). Sun et al. (2008) rappelle qu’il n’y a pas de voie métabolitique ou de cinétique de réaction qui décrive l’ensemble de la complexité des processus de traitement.
Un filtre planté de roseaux est formé par un bassin étanchéifié, rempli par plusieurs couches successives de granulats (dont la granulométrie varie du sable au galet par profondeur croissante) d’une épaisseur globale variant entre 0.70 et 1.00 m, en surface de laquelle sont plantés des roseaux. Le filtre est muni d’un système de canalisations pour amener les effluents en surface du filtre et d’un système de drains pour les collecter en fond de filtre. Les végétaux les plus fréquemment rencontrés dans notre région sont les roseaux (Phragmites Australis) et quelquefois les massettes (Typha latifolia) (Molle et al. 2006a, Vymazal J. 2011b). A cela s’ajoutent les préconisations spécifiques à certains bureaux d’études : baldingère (Phalaris arundinacea) et glycérie (Glyceria maxima) pour Atelier Reeb (Strasbourg, 67).
La configuration qui prédomine jusqu’à ce jour comprend 2 étages, c’est-à-dire deux ensembles de filtres disposés en série. Les eaux usées s’infiltrent dans le 1er étage puis dans le deuxième. Les deux étages se différencient principalement par la taille des granulats qui composent la couche de surface du filtre, dite couche de filtration. Le 1er étage dispose d’une couche de filtration en gravillons (de 2 à 8 mm) tandis qu’au deuxième étage une couche de sable est mise en place (de l’ordre de 0 à 4 mm) (MAP, 2007). Deux clés pour comprendre le fonctionnement des filtres FPRv sont d’une part le mode d’alimentation du filtre en eaux usées et d’autre part le fractionnement du temps en période d’alimentation et période de repos. Bien que ces systèmes soient couramment appelés « marais artificiel », ils sont alimentés par à-coup. En amont de la station, une cuve stocke les effluents jusqu’à ce qu’un volume définis soit atteint. Les effluents sont ensuite conduits sur le 1er étage de traitement, avec un fort débit, dans un réseau de canalisations sous pression. Pour les calculs de dimensionnement, on pourra se référer par exemple à MAP (2007), Molle et al.(2006a) et AERMC (2005). Le débit et la durée d’un épisode d’alimentation sont calculés pour dépasser la capacité d’infiltration du filtre, de manière à provoquer une répartition des effluents (flaquage) sur toute la surface du lit (Molle P. 2003). La capacité d’infiltration évoluant avec l’âge du filtre, ce n’est qu’après une certaine période (quelques mois à 2-3 ans) que le « bon » fonctionnement est possible. Ce mode d’alimentation par bâchées est un des facteurs qui contrôle l’oxygénation du filtre, via la lame d’air emprisonné sous la lame d’eau et poussée, par effet piston, dans les pores du filtre. L’alimentation par à-coups, ou syncopée, permet au filtre de remplir régulièrement ses pores avec de l’air frais. Cet apport d’air/oxygène se fait également par le bas, via le réseau de drain installé en fond de filtre et qui est mis à l’air en plusieurs points, appelés cheminées d’aération ou cheminées de ventilation.
Le fractionnement entre période d’alimentation et période de repos est nécessaire pour réguler la biomasse présente dans le filtre. Les périodes de repos permettent aussi un renouvellement du stock d’oxygène dans les interstices du filtre et contribuent à une bonne minéralisation des boues déposées en surface du 1er étage, réduisant ainsi les risque de colmatage (Molle 2003, Wanko 2005). Pendant ces phases de repos, les populations bactériennes sont réduites par prédation et dessiccation (AERM 2007). Des mesures réalisées sur un site expérimental (Evieu, dans l’Ain par Molle et al. 2006a) montrent que les émissions de gaz (NO2, CH4 et CO2) pendant les périodes de repos sont deux fois plus importantes que celles mesurées lors des phases d’alimentation, attestant de l’importance de la part de pollution traitée durant les phases où le filtre n’est pas alimenté en eau. Pour gérer cette alternance, chaque étage compte plusieurs lits en parallèles. On observe le plus souvent une division en 3 lits pour le 1er étage et 2 lits pour le 2nd étage. La durée d’une période de fonctionnement sur le 1er étage est habituellement fixée à 3-4 jours, suivis d’un repos d’environ 7 jours (Molle et al. 2004, AERMC 2005). Un rythme 7 jours/14 jours se rencontre également par endroits (par exemple sur certains sites du Haut-Rhin). Le deuxième étage voit sa période de repos de même durée que celle de fonctionnement, le plus souvent égale à 7 jours. L’accumulation des boues en surface du filtre est de l’ordre de 15 mm/an (Molle et al. 2004, en accord avec nos propres mesures). Les stations recevant des forts débits journaliers (présence d’eaux claires parasites dans le réseau et cas des réseaux unitaires) peuvent avoir des taux d’accumulation nettement moindres, jusqu’à pratiquement 0 mm/an sur les 3 premières années de fonctionnement (observation Olry Arkedia).
Lors du démarrage d’une station de traitement des eaux usées de type filtre planté de roseaux, l’ensemencement en micro-organismes de la station est amorcé grâce à ceux naturellement présents dans les réseaux d’eaux usées d’origine domestique.
Le dimensionnement d’un FPRv se fait sur la base de la charge hydraulique et la charge de pollution. On retiendra un ratio entre 2 et 2,5 m2/EH (AERM 2006 et 2007, Molle et al. 2004) pour se faire un ordre d’idée de l’emprise au sol nécessitée par un tel ouvrage.

Le traitement

Les filtres plantés de roseaux jouent un double rôle dans le système du traitement des eaux usées : d’une part ils abattent la pollution de l’eau, soit par traitement soit par rétention (avec stockage de la matière en surface du filtre) et d’autre part ils permettent le séchage et la minéralisation des boues (Cooper 2009). Ces deux fonctions ne sont pas réunies automatiquement dans les autres systèmes, de type boues activées par exemple. C’est une des raisons qui expliquent la popularité de cette filière. Les filtres plantés de roseaux fonctionnent sur le principe des cultures fixées sur supports fins. Ils sont aussi qualifiés de filière extensive, par opposition à intensive, de par l’importante emprise au sol dont ils besoin. Par cultures fixées sur support fin il faut entendre culture de bactéries sur des granulats fins, de type sable ou gravillons. Il s’agit bien de culture puisqu’une des problématiques du bon fonctionnement d’un filtre est la régulation des populations bactériennes. Les différents mécanismes épuratoires à l’oeuvre dans un filtre planté sont (Molle 2003) :
– filtration des MES
– Dégradation biologique par la flore bactérienne de la pollution carbonée et azotée
– Transformations chimiques (adsorption, précipitation)
Le traitement biologique de la pollution se fait majoritairement dans les 10 à 30 premiers centimètres du filtre (Wanko 2005, Liey 2010, Stefanakis et Tsihrintzis 2012a), dans le biofilm qui enveloppe les granulats (Cooper 2009) et dans la couche de dépôts (Molle 2006a) qui se forme en superficie du filtre.

Filtration des Matières en suspension (MES)

La filtration des MES dépend de la granulométrie de la couche de surface et donc de l’âge des filtres. Le 1er étage est conçu pour retenir la plus grosse partie des MES (voir Tableau 4). Le 2ème étage, disposant d’une couche de filtration de granulométrie plus faible, assure un traitement de finition. Au total, environ 90 % des MES sont retenues puis minéralisés à hauteur de 61-65% (Molle et al. 2004). A raison d’environ 10-15 mm/an, les MES s’accumulent en surface du filtre pour former une couche meuble, appelée « dépôts du 1er étage » ou « boues », bien que le terme de

Fonctionnement de la filière

boues englobe une multitude d’acceptations. Au fil des ans, ces dépôts progressent vers un état proche d’un humus (Liey 2010). Après curage, ils sont le plus souvent valorisés en agriculture. L’épandage direct en champ est rare, les exploitant choisissent le plus souvent un transfert vers un centre de compostage ou une réutilisation comme amendement organique pour les espaces verts.

Traitement de la matière organique (pollution carbonée)

La majeure partie de la pollution carbonée, pour partie incluse dans les MES, (Duchène et al. 2002) est traitée par le 1er étage (voir Tableau 4). Le 2ème étage joue, là aussi, un rôle de finition. L’oxydation de la pollution a lieu dans le réacteur biologique qu’est le filtre. Chazarenc et al. 2010 observe que les hydrates de carbone et les acides carboxyliques sont plus facilement assimilés lorsque les filtres sont en fonctionnement. Une observation à rapprocher de celle de Molle (2003) et Molle et al. (2004) qui observent un meilleur abattement de la DCO lorsque les bâchées sont rapprochées (voir Tableau 15 p. 56). Stefanakis et Tsihrintzis (2012a), à travers une expérimentation menée sur 10 pilotes de 0,82 m2 pendant 3 ans, trouvent que la présence de drains d’aération dans les filtres augmente le traitement de la matière organique d’environ 5%.

Nitrification

Le processus de nitrification est un processus aérobie. Il a donc lieu là où de l’oxygène libre (O2) est présent :
– couche superficielle du filtre
– fond du lit, car apport d’O2 par les drains.
La réaction de nitrification se fait en deux temps, en suivant le rythme d’alternance des filtres. Les ions NH4+ (on considère que l’azote organique ammonifiable est rapidement transformé en NH4+, Duchène et al. 2002) se fixent sur la matière organique lors de la phase d’alimentation, puis ils sont oxydés en nitrates (NO3-) lors de la phase de repos. Par conséquent, la vitesse de passage des ions ammonium dans le milieu et donc leur temps de séjour est un facteur limitant dans la réaction de nitrification. Il s’agirait même du principal facteur limitant, devant la température et l’oxygénation (si température > 2°C et absence de couche saturée en fond de filtre) d’après Molle et al. (2006a). D’où l’importance de la couche de dépôt sur le 1er étage. Car en plus de constituer un substrat de matière organique sur lequel les ions ammonium peuvent venir s’adsorber, elle freine et régule l’infiltration de l’effluent dans le filtre. Chazarenc et al. (2010) observait que les communautés de microorganismes présentes dans le filtre semblaient mieux assimiler les amines (azote organique) et les composés phosphatés lors des périodes de repos.
La surface du filtre exerce également une influence sur la réaction de nitrification : augmenter cette surface signifie diminuer la lame d’eau journalière reçue et donc donner davantage de temps au filtre pour s’oxygéner (AELB 2008a ; Molle et al. 2006a). Molle et al. (2004) cite également le débit d’alimentation du filtre comme possible facteur clé dans l’efficacité de la réaction de nitrification : si le débit d’alimentation augmente, les durées bâchées sont réduites et les périodes de repos sont allongées. Autre facteur important : la présence de drains d’aération en fond de filtre réduit les concentrations du rejet en NTK et N-NH4+ jusqu’à 10% (Stefanakis et Tsihrintzis 2012a).
On observe par contre une chute des rendements dès lors qu’il y a présence d’une couche saturée en fond de filtre (Molle et al. 2006a). Notons cependant que ce résultat est contredit par une des stations que nous avons étudiées montrant des rendements systématiquement supérieurs à 85 %, et même supérieurs à 95% la plupart du temps. Kadlec (2008, in Ayaz et al. 2012) montre également qu’une perte de végétation diminue les taux de nitrification dans le filtre. Enfin, de nombreuses études (Stefanakis et Tsihrintzis 2012a, Molle et al. 2006) montrent que la réaction de nitrification est, parmi toutes les transformations qui ont lieu dans le filtre, celle qui est la plus sensible à la température.
Les mécanismes de transformation de l’azote font actuellement l’objet d’une littérature abondante. Parmi les différents moyens de traitement envisagés (voir aussi 1.3.3.4 La dénitrification), Wallace et Austin (2008) proposent le process ANAMMOX, qui a recours à la bactérie anammox. Cette bactérie, à partir d’un effluent riche en ammonium (> 0.12 kg/NH4/j) et pauvre en oxygène, est capable d’utiliser une partie des ions ammonium transformés en nitrites, pour oxyder le reste des ions ammonium directement en azote gazeux.

La dénitrification

La réaction de dénitrification – transformation des nitrates en azote gazeux – nécessite un environnement en conditions anoxiques (présence de nitrates mais absence d’oxygène libre). Or, un FPRv fonctionnant correctement ne permet pas, hormis peut être quelques hétérogénéités du filtre très localisées, le développement de telles conditions. Les rendements en azote global ou NGL seront donc faibles, de l’ordre de 40 % (AERM 2007). C’est pour cette raison que se développent de plus en plus de filières de traitement comprenant un étage à écoulement horizontal ou une zone saturée en fond de filtre à écoulement vertical et/ou une recirculation de l’effluent. Plusieurs études (Sklarz et al. 2010, Ayaz et al. 2012) montrent que la mise en place d’un système de recirculation, associé à une filière comprenant au moins un filtre à écoulement horizontal et un filtre à écoulement vertical (dénommé « filière hybride »), permet d’atteindre des résultats tout à fait satisfaisants concernant les rejets de nitrates dans le milieu récepteur (concentration de rejet entre 15 et 30 mg/l et rendement en NGL de 66% avec un taux de recirculation entre 100 et 200%, pour Ayaz et al. 2012). Molle et al. (2008) teste le potentiel d’une filière comprenant un premier étage à écoulement vertical puis un deuxième à écoulement horizontal et propose un dimensionnement permettant de fiabiliser la réaction de dénitrification.

Traitement du Phosphore

La végétation

Le roseau commun (Phragmites australis) est le végétal le plus utilisé sous nos latitudes car il présente une bonne résistance aux conditions rencontrées (longues périodes submergées du filtre puis période sèche, fort taux de matières organiques) (AERM 2007). Il est de plus un bon colonisateur et a tendance à former des communautés monospécifiques (Havens et al. 2003). De nombreuses études mettent en évidence l’influence positive des plantes sur l’abattement de la pollution. Stefanakis et Tsihrintzis (2012a) observent des rendements épuratoires supérieurs de 6, 10 et 11 % pour respectivement la matière organique (DCO et DBO5), l’azote et le phosphore. Le rôle des plantes et des microorganismes qui leur sont associés au niveau de la rhizosphère est multiple. Le terme de phytorémédiation est quelquefois utilisé (Tapia Padilla 2010) pour décrire l’ensemble des actions des végétaux :
– Ils maintiennent une conductivité hydraulique dans le filtre c’est-à-dire qu’ils empêchent ou retardent toute apparition de colmatage au sein de la couche superficielle du filtre (contrôle hydraulique). Cela, ils le réalisent à l’aide de 1) la pénétration et la croissance de leurs rhizomes dans la matrice granulaire et 2) par le mouvement de leur tiges qui entretient un orifice à la base du plant (Molle et al. 2006b, Cooper 2009). C’est une des raisons pour laquelle la conductivité hydraulique du filtre apparaît plus élevée en été, lorsque les tiges sont plus hautes et donc davantage soumis au mouvement du vent. La croissance des rhizomes influe sur la décompaction du sol ainsi que sur la création de cheminement d’écoulements préférentiels.
– Oxygénation du massif via un transport par les racines.

Vieillissement de la filière

– Ils créent un environnement autour des rhizomes (la rhizosphère) particulièrement favorables à la fixation et à la croissance de micro-organismes (phytostimulation), tels que les micro-organismes cellulolytiques (AERM 2007), responsable de la dégradation de la pollution soluble et de la minéralisation des dépôts organiques. Ils préservent également les filtres des fortes variations de températures : ombre en été (participe aussi au maintien d’une hygrométrie nécessaire à la biomasse bactérienne), protection vis-à-vis du gel en hiver (si les roseaux sont faucardés au printemps) (AERM 2007).
– Stockage de la pollution (phytoextracion). La quantité de matière stockée par les roseaux reste néanmoins négligeable comparée aux flux à traiter : Stefanakis et Tsihrintzis (2012a) calcule que cela représente de 1,4 à 4,0 % pour l’azote et de 0,2 à 1,1 % pour le phosphore de la charge totale reçue par le filtre. A titre de comparaison, les rendements épuratoires de la réaction de nitrification atteignent facilement 70 à 85 % (Stefanakis et Tsihrintzis 2012a, Molle et al. 2004).
– Dégradation des polluants via une activité enzymatique (phytodégradation)
– Participent à la volatilisation de certains composés organiques (phytovolatilisation)
– Rôle dans l’intégration paysagère
L’énumération des contributions que la plante apporte au fonctionnement d’un filtre planté montre les multiples dimensions des recherches entamées par le Dr Seidel, dans les années 1950.

La conception

Les règles de dimensionnement des filtres, bien qu’établies à partir de relations empiriques (Cooper 2009) donnent, lorsqu’elles sont respectées, des résultats satisfaisants. Il existe pourtant des cas où d’autres ratios sont utilisés (AELB 2008a, CEMAGREF 2008), plutôt pour réduire les surfaces des filtres dans le but de réduire les coûts de construction. Très souvent alors, des dysfonctionnements majeurs apparaîtront sur la filière dès les premières années de fonctionnement. Il faut garder à l’esprit que même si les FPR sont des systèmes déjà largement étudiés, il reste difficile de relier clairement l’impact du dimensionnement sur les rendements épuratoires (Molle et al. 2004). Le facteur prudence intervient donc également dans la conception de la filière. La grande difficulté dans la conception d’un FPRv, et de manière générale de tout système de traitement des eaux usées, est d’estimer les charges de pollution et charges hydrauliques qui vont arriver à la station. Ce sont eux pourtant qui conditionnent la taille de la station. Il semble pourtant que toutes les préconisations (AERM 2006 et 2007, MEDDE 2012) ne soient pas toujours intégrées aux études. Ces estimations de charges sont d’autant plus importantes lorsqu’il y a possibilité d’avoir de gros volumes d’eau qui arrivent sur la station, c’est à dire en présence d’un réseau unitaire et/ou d’arrivée d’eaux claires parasites dans le réseau. Soulignons que c’est dans ces derniers cas de figures que les estimations sont les plus difficiles à réaliser.

Les travaux

L’impact des travaux réalisés par l’entreprise sur le vieillissement de la station est conditionné par :
– Le choix des matériaux (granulats, dispositifs d’étanchéité) et des équipements qu’elle propose de mettre en oeuvre
– Le soin qu’elle apporte à la mise en oeuvre des différents matériaux et équipements
– Le respect des plans d’exécution et des choix de fournitures
– La plus-value dans la qualité de l’ouvrage qu’elle amène grâce à son expérience

L’entretien – l’exploitation

Le point clé de l’entretien d’un filtre est la gestion de son colmatage. La « filière française », dont la première étape de traitement est en général le passage d’eaux usées brutes par un filtre vertical, a vocation à subir un colmatage (Knowles et al., 2011), mais il doit rester contrôlé (Molle et al., 2006b). Le colmatage comporte des composantes favorables (voir Figure 6), aussi bien que défavorables pour le fonctionnement d’un système d’infiltration-percolation (Chabaud 2007). Un colmatage trop important devient synonyme de dysfonctionnement car il empêche l’oxygénation du filtre et peut provoquer à terme le passage des effluents par le by-pass (trop plein). Un colmatage modéré, au contraire, influe positivement sur le fonctionnement hydraulique du filtre et sur ses performances épuratoires (voire 3.3.2 p.56).
La problématique du colmatage illustre combien le fonctionnement hydraulique et la capacité à traiter la pollution sont liés au sein d’un filtre. Ce n’est pas tant l’aspect hydraulique du colmatage qui pose problème plutôt que ses conséquences sur le traitement des polluants (Knowles et al. 2011). On constate pourtant qu’il n’existe pas de règles simples pour expliquer les origines et les conséquences du colmatage, cela est dû à la spécificité de chaque station (Knowles et al. 2011). Le colmatage dépend en effet à la fois des quantités et caractéristiques de l’effluent, du dimensionnement de la station, des granulats utilisés pour le remplissage des filtres et des opérations d’entretien.
La question de disposer d’un outil, ou d’une méthodologie capable de diagnostiquer l’état de fonctionnement d’un massif a été étudié dans le cadre des dispositifs d’infiltration installés en aval de fosses toutes eaux, tels qu’on les rencontre dans le cadre de l’assainissement collectif (Chabaud 2007). Une méthode se basant sur le calcul du degré de vides du massif filtrant (calculé à l’aide à de la quantité de matières solides volatiles7 mesurée en différents horizons du filtre) a été proposé pour prédire l’évolution du colmatage et donc la durée de vie du système. Le modèle développé reste cependant simple, et n’intègre pas toutes les composantes du fonctionnement hydraulique (volume et espacement des bâchées, influence de la charge). Les équipements de la station (notamment le dégrilleur, l’ouvrage d’alimentation des lits et les systèmes de répartition entre les différents lits) sont également responsables de bon nombre de dysfonctionnements (AELB 2008a, SATESE 56 2008).
Plusieurs études, réalisées par des SATESE (Service d’Aide Technique à l’Exploitation des Stations d’Epuration), des collectivités territoriales ou les agences de l’eau, témoignent des efforts qui sont faits pour améliorer les connaissances sur le vieillissement des filtres plantés de roseaux (Tableau 5).

Verrous actuels et perspectives de la filière

Lorsque l’on s’intéresse aux limites des filtres plantés de roseaux, il est toujours utile de rappeler qu’on a affaire à une filière dite « rustique ». Ainsi, l’absence de connaissance fine de certains mécanismes (Molle et al. 2004, Wanko 2005) ou la difficulté à obtenir des outils de modélisation à usage large va de pair avec une filière relativement simple à exploiter et souvent, plus économique à construire que d’autres (AERM 2007).

Les verrous techniques

Le traitement du phosphore par les filtres plantés de roseaux, à écoulement horizontal ou vertical, est un point sur lequel la communauté scientifique n’est pas encore parvenue à proposer de solution à la fois fiable et économiquement viable pour les petites collectivités. Bien que plusieurs solutions aient été proposées, comme par exemple l’adsorption du phosphore sur de l’apatite disposée dans le filtre (Molle 2003, Prost-Boucle et Molle 2008), elles présentent toutes des aspects prohibitifs (coûts, bilan environnemental, ressources limitées). Les procédés de traitement intensifs (exemple : station de traitement des eaux usées par boues activées) réalisent la précipitation du phosphore par 2 voies (Molle 2003) :
– voie biologique (assimilation du phosphore par les micro-organiqmes). Cette solution n’est cependant pas applicable aux procédés de traitement par cultures fixées (Cooper 2009)
– voie physico-chimique (injection de sels métalliques). Certains maîtres d’oeuvre/constructeurs mettent en place une déphosphatation physico-chimique en amont du 1er étage, en se servant par exemple du poste de refoulement pour injecter un floculant (injection de chlorure ferrique). Les boues physico-chimiques qui en résultent se déposent sur le 1er étage. Des phénomènes de relargage au sein du filtre ont cependant été constatés rendant impossible le respect des normes de 2 mg/l (AELB 2008a). Dans les cas où le traitement du phosphore est demandé, il faut donc prévoir le passage par un décanteur spécifique pour piéger les boues chargées en phosphore. Pour réduire la quantité de floculant à injecter (le floculant réagit également avec la matière organique) et pour s’assurer d’une étape de filtration en aval du décanteur, il est judicieux de positionner ce traitement physico-chimique du phosphore entre le 1er étage et le 2ème (AELB 2008a).
La quantification précise des flux d’oxygène, avec à la clé une optimisation du dimensionnement des lits, est actuellement encore une des limites de la filière. Elle est source de nombreux travaux de recherche (Wanko 2005, Petitjean 2011). Un mauvais dimensionnement dû à des lacunes dans les connaissances des concepteurs (AERM 2006, Cooper 2009) se rencontre malheureusement encore de temps en temps.

La modélisation

La modélisation du fonctionnement des filtres plantés de roseaux est une discipline en pleine essor depuis le début des années 2000 (Langergraber 2008, Langergraber et al. 2009). Les FPRv, en particulier, restent complexes à modéliser parce qu’ils cumulent régime transitoire (non-permanent) et conditions insaturées (Giraldi et al. 2009, Langergraber 2008). Pourquoi une modélisation si tardive ? Peut être parce que les méthodes empiriques ou les ratios exprimés en EH/m2 ont été suffisants pour produire un traitement de qualité (Cooper 2009). Cooper met en garde contre cette approche qui, si elle permet d’affirmer que les filtres ne sont pas sous-dimensionnés, n’indique en rien cependant si le lit est bien dimensionné ou s’il n’est pas surdimensionné.
A l’heure où les domaines d’applications des filtres plantés de roseaux ne cessent de s’élargir (traitement des pesticides, d’effluents industriels, lixiviats, …) la modélisation devient un outil précieux pour adapter les règles de dimensionnement au traitement de nouveaux polluants. De même, la modélisation permet de mieux comprendre l’influence intrinsèque de chaque paramètre, comme par exemple l’influence de la croissance de la biomasse (Langergrbaer 2008), sur les performances d’un FPRV. Pour une synthèse des modèles concernant les FPRv on pourra se référer à Langergraber (2008) et Langergraber et al. (2009).

Table des matières

Remerciements 
Résumé 
Abstract 
Sommaire 
Liste des tableaux 
Liste des figures 
Abréviations utilisées dans le texte 
Glossaire
Introduction 
I. Etat de l’art : étude bibliographique 
1.1. Historique de la filière
1.2. La réglementation
1.2.1. Les principaux textes appliqués aux agglomérations de moins de 2000 EH actuellement en vigueur
1.2.2. La définition des niveaux de rejets
1.3. Fonctionnement de la filière
1.3.1. Les filtres plantés de roseaux
1.3.2. Fonctionnement des filtres planté de roseaux à écoulement vertical
1.3.3. Le traitement
1.3.4. La végétation
1.4. Vieillissement de la filière
1.4.1. La conception
1.4.2. Les travaux
1.4.3. L’entretien – l’exploitation
1.5. Verrous actuels et perspectives de la filière
1.5.1. Les verrous techniques
1.5.2. La modélisation
1.5.3. Nouveaux modes de fonctionnement pour les filtres plantés de roseaux à écoulement vertical
1.5.4. Travail sur les communautés végétales
1.5.5. Traitement des autres pollutions
II. Méthodes d’analyse des données 
2.1. Collecte de données
2.1. Le traitement des données
2.2. Choix des paramètres
III. Résultats et discussion 
3.1. Les FPRv respectent-ils leurs autorisations de rejets ?
3.2. Effet de l’âge sur les performances des filtres
3.2.1. Effet de l’âge sur les performances des filtres
3.2.2. Premières années de fonctionnement des filtres
3.2.3. Analyse de l’évolution des performances avec l’âge
3.3. Eléments de diagnostic des dysfonctionnements
3.3.1. Description et discussion des désordres rencontrés
3.3.2. Lien entre hydraulique et performances épuratoires
IV. Perspectives de travaux 
4.1. Systèmes de traitement à créer
4.2. Renouvellement du patrimoine
4.3. Autres travaux
4.4. Profil moyen d’une STEU
Conclusion 
Bibliographie 
Bases de données 
ANNEXE I. Préparation des données pour l’analyse factorielle des correspondances multiples (AFCM)
ANNEXE II. Représentation graphique des résultats de l’AFCM 
ANNEXE III. Synthèse des dysfonctionnements observés sur les stations

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