Assainissement écologique des eaux usées

, par  Thomas EGLI

L’ONG compte divers membres compétents dans le lagunage, la filtration par roseaux et par l’assainissement écologique. Le Service Architecture vous offre la possibilité de mettre en oeuvre ces techniques particulièrement efficaces.

Alors que par exemple la réglementation française (arrêté du 6 mai 1996) fixe les valeurs limites en sortie de dispositif de traitement à 40 mg/l en DBO5 [1] et 30 mg/l en MEST [2], le suivi expérimental réalisé sur 12 mois consécutifs sur un système de filtration écologique a donné les résultats de 14 mg/l de DBO5 (min = 5 mg/l ; max = 33 mg/l) et 4,6 mg/l de MEST (min = 2 mg/l ; max 10 mg/l) en sortie de dispositif.

Toujours en France, un certain nombre de collectivités ont mis en place ce type d’assinissements et ont obtenu de meilleurs résultats que ceux demandés par les normes européennes, qui sont plus drastiques que les normes française ; pour n’en citer que deux, Honfleur dans le Calvados avec un capacité de 26 000 équivalent-habitant et Corcoué/Logne en Loire Atlantique avec une capacité de 1600 équivalent-habitant.

 Explications générales

Plusieurs termes proches désignent ce mode d’assainissement : « phytoépuration », « jardins filtrants », « phytorémediation », « lits à macrophytes », « filtres plantés ».

Pour parvenir au traitement écologique des effluents d’une serre ou d’une habitation (douches, toilettes, cuisines...), on collecte les eaux usées qui vont être transférées, après dégrillage ou bac à graisse, dans des bassins rendus étanches par la présence naturelle d’argiles ou un compactage de leur fond, voire des aménagements spécifiques. Ces bassins qui sont endigués et reliés vont également contenir des granulats (graviers) pour drainer ainsi que des cultures de micro-organismes bactériens et des plantes. L’eau va séjourner tour à tour dans chaque bassin pour être au final totalement purifiée. A noter que l’eau épurée doit la plupart du temps être évacuée par un trop plein, mais le rejet en milieu superficiel (ruisseau, rivière...) doit faire l’objet d’une demande d’autorisation officielle auprès de la collectivité ou du propriétaire du terrain qui reçoit l’eau traitée. Des analyses doivent par ailleurs attester l’efficacité du traitement. L’entretien de ces installations est indispensable (curages réguliers) mais ces systèmes restent toujours plus efficaces que les filières classiques, y compris donc en terme de logistique.

Globalement, peu de documentations existent alors que les spécialistes et professionnels compétents deviennent cependant de plus en plus nombreux. Le Service Architecture de l’ONG Objectif Sciences International vous met à disposition ce savoir-faire.

 Les éléments détaillés du dispositif

Les éléments qui suivent sont la mise en oeuvre telle que mise au point par le Service Architecture de l’ONG Objectif Sciences International. Il existe diverses variantes. Celle-ci représente l’avantage de cumuler tous les points forts mais demande une surface un peu plus importante que chacune des autres variantes si elles sont utilisées seules. Le résultat offre la meilleure qualité possible des eaux en sortie de dispositif, c’est à dire... une eau pure.

 Pré-filtration

Tandis que les eaux usées provenant des WC sont pré-filtrée par un dégrilleur (soit une fosse dont le fond est comblé de rochers de tailles moyennes, soit un degrilleur en pvc à écoulement vertical, l’un comme l’autre d’un volume de 0,1 m3 à 0,2 m3 par usager, tous deux également avec une sortie par le fond), l’eau provenant des douches, des lavabos et des cuisines est pré-filtrée quand à elle au sein d’un bac à graisse (0,05 m3 à 0,1 m3 par usager - si on diminue le volume du bac à graisses, on augmente d’une part la fréquence des interventions de nettoyage et on entraîne d’autre part un mauvais fonctionnement du dispositif par une chute insuffisante de
la température. Plus le bac est volumineux et moins souvent il sera nécessaire de le vidanger).

Ces 2 dispositifs parallèles permettent d’une part d’éviter l’envoi de matières colmatantes sur le lit de filtration végétale, d’autre part de récupérer à part 80% de la matière sèche contenue dans les eaux usées.

La vidange de ces 2 pré-filtres est soumise à une périodicité classique (documentation du fabricant). La matière sèche et la graisses récoltées sont à réutiliser de manière classique (dont épandage d’engrais, mais aussi création d’un compost en vue de la constitution de terreau). De leur volume dépend le temps entre chaque vidange.

 Filtration organique et des phosphates

Un premier bassin de 5 m2 sur 1 m de hauteur par usager est composé d’un granulat, si possible basaltique, dans tous les cas poreux, au sein duquel l’eau arrive en surface et où les roseaux (phragmites) sont plantés. Leurs rhizomes (réseaux de racines) abritent des colonies de bactéries. Celles-ci sont aérobies, c’est à dire qu’elle consomment de l’oxygène. Les bactéries aérobies ont un cycle alimentaire qui inclue la consommation de matière organique.

Au sein de ce premier bassin filtrant, les phosphates contenues dans les eaux sont captées par les granulats du fait de leur porosité, tandis que les matières organiques (molécules complexes non assimilables par les racines des roseaux) qui sont en suspension sont assimilées par les bactéries, qui rejettent alors des molécules organiques plus simples qui elles, sont assimilées par les roseaux.

Si on désire que le bassin continuent à emmagasiner les phosphates, il faut changer le granulat tous les 30 ans en moyenne si le bassin a le volume de 5 m2 de surface sur 1 m de profondeur par usager. Nous recommandons cependant de ne pas changer inutilement le granulat sans avoir fait au préalable une série de mesure du taux de phosphates, car la période peut être plus longue, ce qui est avantageux sur le plan logistique et financier.

Il pourrait être possible de remplacer les roseaux par d’autres végétaux à rhizomes (qui sont nécessaires à l’hébergement de colonies de bactéries), mais la prise au vent naturelle des roseaux empêche, par le mouvement des tiges, un colmatage en surface du filtre, ce qui représente un nouvel avantage supplémentaire à ce modèle.

 Filtration des nitrates

En sortie de ce premier bassin où l’écoulement a eu lieu en surface, l’eau est alors dirigée dans un deuxième bassin de taille 2 fois inférieure et de surface allongée (pour y augmenter le temps du parcours de l’eau). L’eau est injectée dans ce deuxième bassin directement au fond de celui-ci. Ce deuxième bassin est lui aussi composé de granulat poreux mais n’est pas planté de roseaux, mais recouvert de sable, lui-même recouvert d’une terre la plus argileuse possible afin de créer une chape étanche à l’air. Les bactéries qui s’y trouvent alors sont anaérobies, c’est à dire qu’elle ne consomment pas d’oxygène, puisque elle n’en ont pas à leur disposition. En l’absence d’oxygène, le cycle des bactéries change (les bactéries arrivent dans le deuxième bassin emportée par l’eau du premier), et elles continuent à consommer les matières organiques mais remplacent la consommation d’oxygène par la consommation des nitrates présents dans l’eau.

Au sein de ce deuxième bassin filtrant, les phosphates résiduels finissent d’être emmagasinés par les granulats, les matières organiques complexes résiduelles sont consommées par les bactéries, ainsi que l’ensemble des nitrates présents. Les matières organiques simples finissent d’être consommées par les bactéries également.

Le granulat de ce deuxième bassin n’a besoin d’être changé que tous les 30 à 40 ans seulement, voire encore moins souvent (encore une fois, après mesures effectuées sur la composition de l’eau en sortie).

 Lagunage

L’eau qui sort du deuxième bassin est dénuée de phosphates et nitrates, et n’est quasiment pas chargée de matières organiques (elle est limpide). Mais elle n’est pas consommable par les êtres humains car... elle est chargée de bactéries qui ont fait un festin, tout simplement ! Aucune de ces bactéries ne sont toxiques, mais elle rendent malade le consommateur au niveau des intestins.

Cette eau peut soit être diffusée dans le sol, qui terminera alors la filtration naturelle d’une eau dépolluée, soit être récoltée sous la forme d’une mare pédagogique ou d’une réserve d’eau incendie. Dans le cas d’une étendue d’eau, les ultraviolets solaires reçus par l’eau durant la journée peuvent également finir de casser les éventuelles molécules résiduelles de phosphates et de nitrates (ce qui n’est qu’une simple sécurité puisque la quasi totalité de ces molécules ont soit été stockées soit été digérées en amont).

Dans le cas d’un pays chaud soumis aux moustiques, cette lagune est à éviter absolument, et il sera fait le choix de la filtration naturelle par le sol. Il devra dans ce cas être vérifié le parfait écoulement vertical des eaux en profondeur du sol, sauf à ce que soit organisé un ruisseau d’eau courante, autour duquel la création de flaques d’eau stagnantes devra être absolument contrôlées, là encore pour éviter que les moustiques puissent venir y pondre leur larves. Ce ruisseau peut venir compléter un système d’irrigation de cultures voisines.

 Établissements Recevant du Public

Les ERP (Établissements Recevant du Public) vivent au rythme des groupes en présence, parfois vides, parfois plein à pleine capacité, régulièrement occupés partiellement (30, 60, 80%...), le débit de leurs effluents fluctuent. Ce qui représenterait le danger, avec des bassins classiques (parallélépipède rectangle), de voir ceux-ci s’assécher et les roseaux dépérir. Le Service Architecture de l’ONG Objectif Sciences International a ainsi donc conçu un modèle spécialement adapté aux ERP, dans une forme reprenant celle d’une rivière à plusieurs lit/ Lit mineur pour une faible occupation, lit moyen pour une occupation courant, et lit majeur des bassins filtrants pour une forte occupation. Ainsi, les roseaux et les colonies de bactéries continuent à vivre même durant une faible occupation prolongée du bâtiment.

 Sous la neige ?

Les bassins filtrants fonctionnent parfaitement sous la neige et par des températures inférieures à zéro. En effet, il suffit de couper les roseaux et de les coucher au sol avant les premières neiges pour que ceux-ci forment une épaisse couche isolante du bassin, qui continue à fonctionner en dessous avec une très légère baisse de rendement tout à fait supportable. En effet, les dimensionnement précisés plus haut dans le texte prennent en compte cette période de l’année. C’est alors seulement à la fonte des neiges que les anciennes tiges de l’année précédentes doivent être retirées, afin d’éviter un amoncellement inutile de matières organiques, tout en récupérant cette masse à destination d’un compost par exemple.

 Écoulements

Dans le premier bassin l’eau n’est pas apparente, du fait des dimensions données plus haut dans le texte. L’eau circule horizontalement sous la surface du lit constitué de graviers puis s’écoule verticalement vers le fond. Pour éviter tout apparition exceptionnelle de l’eau au dessus du niveau de granulats, un trop plein qui est situé en sortie du premier bassin, entre 2 et 3 cm sous le niveau supérieur de granulats, dirige vers la sortie basse du bassin (court-circuit).

Dans le deuxième bassin l’eau n’est pas visible non plus, et elle s’écoule horizontalement entièrement par le fond. Dans les deux cas, elle n’est donc pas accessible aux moustiques.

Sur l’ensemble du dispositif, l’écoulement se fait uniquement par la gravité terrestre. En prévision de cas de fortes pluies, 2 autres trop plein de plus large section que le trop plein central, sont situés 5 cm au dessus de la surface du granulat du premier bassin et 10 cm au dessous du niveau supérieur de son pourtour. L’eau des pluies en trop est ainsi redirigée à l’extérieur du système, tandis que l’eau des pluies modestes contribue à son entretien naturel.

 Roseaux

Les roseaux assurent 4 fonctions :

  • Les plantes assimilent les nutriments (nitrates et phosphates) pour leur propre développement, et participent activement à l’épuration.
  • La zone de racines (rhizosphère) est un support privilégié pour les micro-organismes épurateurs. L’oxygène élaboré par photosynthèse au niveau des feuilles est restitué dans le lit par les racines, et utilisé par les bactéries aérobies, qui sont les plus efficaces pour l’épuration des matières organiques.
  • Les racines ont un rôle de maintien de la structure du lit, et permettent d’éviter les risques de colmatage et de circulation préférentielle (diffusion maximum).
  • En période estivale, bien ensoleillée, la perte en eau par évapotranspiration (évaporation + consommation d’eau des plantes) peut atteindre 10 litres par m2 de lit. Ce phénomène permet de limiter considérablement la quantité de rejets à la période où les ruisseaux sont à leur plus bas niveau.

Si vous désirez bénéficier d’un assainissement écologique de vos effluents, merci de nous contacter.

[1demande biologique en oxygène à 5 jours

[2matières en suspension

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