TPE – La Phytoépuration

Introduction :

Il existe plusieurs moyens de traiter les eaux usées, mais certains moyens sont moins appropriés à la politique de Développement Durable qui se met en place en France. La station d’épuration, par exemple, est le moyen le plus utilisé pour le traitement des eaux usées mais il présente des inconvénients écologiques. La fosse septique est un autre moyen très répandu mais ce système est moins efficace et polluant. La phytoépuration est une alternative à ces deux systèmes de traitement des eaux. Nous nous demanderons en quoi la phytoépuration se rapproche plus du cycle naturel de l’eau que les systèmes de traitement des eaux classiques.

Dans quels cas pouvons nous utiliser la phytoépuration ?

Si vous dépendez du système d’assainissement collectif choisi par votre commune vous êtes obligés de vous y raccorder. Ce système s’appelle le tout-à-l’égout. Les eaux usées sont envoyées vers une station d’épuration qui va les traiter et les rejeter. Dans ce cas d’assainissement collectif il n’est pas possible d’installer un système de phytoépuration.

Si vous habitez dans une zone où la commune ne peut vous raccorder au tout-à-l’égout vous êtes obligés de réaliser votre propre système car il est interdit en France de rejeter des eaux usées sans qu’elles n’aient été préalablement traitées. Dans ce cas de système individuel, la fosse septique est la solution la plus souvent retenue. Mais la phytoépuraiton est une alternative qui comporte des avantages que la fosse septique ne possède pas.

Installer une phytoépuration individuelle

Nous sommes rentrés en contact avec Aquatiris qui est une entreprise privée qui conçoit et installe des Jardins d’Assainissement afin d’avoir des exemples concrets d’installation individuelle. Ces systèmes, agréés par les Ministères de la Santé et de l’Environnement, s’adaptent au nombre d’habitants, à la nature du sol et au type de toilettes de l’habitation (toilettes « classiques » ou toilettes sèches), ainsi qu’aux souhaits des propriétaires en terme d’aménagements paysagers .

Les démarches à suivre :

La visite sur le terrain

-Etude de la parcelle par un bureau d’études AQUATIRIS.
-Relevé topographique, sondages pédologiques à la tarière et tests de perméabilité du sol.
-Prise en compte de vos souhaits d’aménagement paysager.

Le rapport technique

-L’étude de conception : données existantes, projet retenu, dimensionnement, plans.
-Remise du guide de l’usager décrivant les principes des Jardins d’Assainissement et leurs conditions de mise en oeuvre.

Le SPANC (Le Service Public d’Assainissement Non Collectif) effectue alors un contrôle de conception et donne l’autorisation.

Le déroulement des travaux

-Mise en relation avec des installateurs agréés AQUATIRIS ou accompagnement à l’auto-construction.
-Contrôle du fabricant en fin de chantier, réalisé par le bureau d’études AQUATIRIS.

Le SPANC intervient à cette étape pour un contrôle de réalisation.

Et après les travaux ?

-Les jardins d’assainissement sont garantis 10 ans.
-Maintenance par l’un de nos installateurs facultative.

Le SPANC sera amené à effectuer un contrôle de bon fonctionnement.

Exemple d’installation :

Nous avons contacté Renaud GANCEL, spécialiste de la phytoépuration et salarié de Aquatiris, afin de connaître les caractéristiques d’une installation de phytoépuration individuelle.

Prenons l’exemple d’une habitation de 5 Pièces principales, soit 5 Equivalent Habitants.

Jardin d’assainissement à filtre vertical + filtre horizontal

– Superficie : 10 m² + 10 m²

– Hauteur de filtration : 0.6 m + 0.4 m

– Cout moyen de mise en œuvre : 9000 € TTC

Attention, si la pente ne permet l’alimentation de l’assainissement en gravitaire, il sera nécessaire de mettre en place un poste de relevage : 1800 € TTC.

En sortie de filtre planté, l’eau traitée devra être évacuée vers le milieu hydraulique superficiel (fossé) ou le plus souvent infiltré sur la parcelle dans une tranchée d’infiltration de 8 à 15 m².

L’entretien est très simple :

-Toutes les semaines : tourner une vanne d’alimentation sur le filtre vertical.En effet, en hiver, les roseaux sont secs et ne peuvent plus apporter de l’oxygène par leurs racines.

– Tous les ans : faucardage des végétaux, taille des plantes.

– Tous les 10 à 20 ans : curage de l’humus accumulé sur le filtre vertical.

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http://www.aquatiris.fr/fr/nos-realisations.aspx#prettyPhoto%5B2%5D/10/

Comment fonctionne la phytoépuration ?

On distingue deux types de filtres plantés :

  • Les filtres plantés à écoulement vertical : l’eau s’écoule depuis la surface du lit vers l’intérieur, de manière verticale.
  • Les filtres plantés à écoulement horizontal : l’eau s’écoule dans le lit de manière horizontale.
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http://www.blue-set.fr/phytostation-phytoepuration/

Dans les deux cas, les plantes (souvent des roseaux) sont plantées dans les massifs filtrants constitués d’un substrat minéral. Ces massifs peuvent être étanches ou non. Un système non étanche permettrait aux eaux traitées de s’infiltrer dans le sol (par le fond du filtre), qui participe ainsi à l’épuration. Selon la perméabilité du sol, la présence ou non d’une nappe phréatique, et la règlementation locale, on s’orientera vers un système étanche ou non.

Filtrer de l’eau c’est : éliminer la matière organique en la transformant en matière minérale

L’eau usée est composée de matière organique (glucides, protides, lipides), de bactéries et de quelques sels minéraux. La matière organique est mangée par les bactéries aérobies qui se sont développées dans le filtre à écoulement vertical. Les bactéries se développent grâce à l’oxygène présent dans le bassin. L’oxygène est présent grâce aux plantes qui en produisent et grâce à l’écoulement vertical. Cette matière organique va se transformer en matière minérale qui sera constituée de sels minéraux (phosphates, nitrates, sulfates) initialement contenus dans la matière organique. Les bactéries aérobies restent accrochées aux racines des plantes et de ce fait n’iront pas dans le deuxième bassin.

De plus il y a une nitrification qui est la première étape de décomposition de l’azote. La nitrification c’est transformer les NH4+ en NO3-. La nitrification correspond au processus durant lequel les ions ammonium (NH4+) sont oxydés en nitrites (NO2-) puis les nitrites oxydés en nitrates (NO3-).

Puis déminéraliser cette eau

Le filtre planté à écoulement horizontal est un bassin où les molécules sont anaérobiques (il n’y a pas d’oxygène dans le filtre). Les plantes vont se nourrir des sels minéraux nitrates et phosphates) qui rendent l’eau trop minérale.

De surcroît on observe une dénitrification. Le NO3- doit être éliminé de l’eau en étant converti en N2 qui va repartir dans l’atmosphère. Les bactéries vont alors utiliser les atomes d’oxygène qui se trouvent dans les molécules de NO3- (nitrates) pour respirer. C’est comme cela que le diazote N2 est éliminé de l’eau.

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http://www.jle.com/e-docs/00/04/8B/0E/texte_alt_jleagr0641gr3.jpg

L’expérience : notre Phytoépuration

Nous avons voulu créer notre propre système de filtres plantés pour prouver l’efficacité de la phytoépuration, en sachant que les résultats ne refléteraient pas les résultats de réelles phytoépurations installées par des professionnels.

Nous avons mis en place deux seaux représentant les deux filtres plantés bien que nous ayons deux bassins à écoulement vertical au lieu d’un bassin à écoulement vertical et d’un bassin à écoulement horizontal.

Premier bassin :

Composé de sable (le substrat) et de plantes semi-aquatiques (roseaux).

Nous y avons introduit un mélange fait d’eau du robinet, d’huile, de sucre et de farine.

L’eau qui sort du seau est recueillie dans une bouteille et sera étudiée.

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On observe que tout ce qui ne traverse pas le substrat est retenu à la surface ce qui permet un premier filtrage de l’eau.

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Deuxième bassin :

Composé de sable et de menthe aux effets antiseptiques.

Nous y avons introduit l’eau sortie du premier bassin.

tpe-pas-vomiL’eau qui sort sera également recueillie et analysée.

Les résultats 

Les deux bassins ont filtré l’eau en une semaine. Nous avons donc obtenu la dernière eau au bout de 14 jours.

Voici des échantillons des différentes eaux filtrées (du mélange de départ à l’eau sortie du deuxième filtre, de gauche à droite).

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Les premiers résultats sont visuels, on observe une eau de plus en plus claire au fur et à mesure de son passage dans les différents bassins.

Nous avons ensuite mesuré le taux d’oxygène de chaque échantillon avec une sonde EXAO dont voici les résultats :

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Taux d’oxygène en fonction du temps (EXAO)

La courbe verte représente  le mélange de départ, la courbe bleue représente l’eau sortie du premier bassin, et la courbe rouge représente l’eau filtrée par le dernier bassin.

Ces courbes montrent le taux d’oxygène présent dans le milieu en fonction du temps.

Le taux d’oxygène dans le mélange de départ est en forte baisse au cours du temps, ce qui montre qu’il y a une forte activité bactérienne. Les bactéries se nourrissent de l’oxygène : c’est la respiration cellulaire. Le taux d’oxygène à la sortie du deuxième filtre est quant à lui supérieur mais la pente est cette fois-ci en très faible baisse. Cela montre qu’il y a moins de bactéries et que la matière organique et l’oxygène à la sortie du premier filtre ont bien été éliminés et transformés par les bactéries en matière minérale et en C02. L’eau a donc bien été filtrée.

Nous avons également mesuré le taux de PH dans nos eaux.

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Test de PH

Le mélange de départ possède un PH de 7 (bandelette du milieu), l’eau sortie du premier filtre possède un PH de 6 (bandelette de gauche) et l’eau finale, sortie du deuxième filtre possède un PH de 8 (bandelette de droite).

LE PH de l’eau sortie du premier bassin est légèrement acide, cela s’explique du fait qu’il y a des bactéries qui rejettent du CO2 or le CO2 est un acidifiant.

L’eau à la sortie du deuxième filtre est plus basique (8 de PH) car il n’y a plus de C02 (le C02 a été rejeté précédemment) et car il y a des éléments basiques dans cette eau (comme le Potassium qui est un sel minéral). Cela nous prouve que la matière organique a été transformée en matière minérale (présence de sels minéraux).

Nous avons également effectué un test nitrates/nitrites. Le taux de nitrates et de nitrites est négatif dans tous les échantillons car nous avions pris de l’eau du robinet qui ne contient pas de nitrates/nitrites car elle est déjà filtrée.

 

Ces expériences nous montrent que l’eau a été filtrée, c’est à dire que la matière organique a été transformée en matière minérale.

Les comparaisons

Les stations d’épuration

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https://www.annabac.com/annales-bac/la-station-d-epuration

Le traitement des eaux par station d’épuration est en France le moyen le plus utilisé pour traiter les eaux usées. Son fonctionnement présente des similitudes avec celui de la phytoépuration mais des inconvénients écologiques sont à noter.

Le principal inconvénient écologique est que les stations d’épuration rejettent des eaux trop minéralisées.

Il y a un prétraitement qui effectue un dégraissage et un dessablage, les eaux usées sont débarrassées du sable qu’elles contiennent, le sable tombe au fond du bassin par simple gravité, dans le même temps, afin d’éliminer les graisses, on injecte de l’air dans le bassin ce qui permet de faire remonter les graisses à la surface.

Le traitement principal dit primaire, est un grand bassin où les matières restantes se déposent au fond par gravité pour former des boues. Ces boues sont ensuite évacuées par pompage.

S’en suit une transformation de la matière organique dans le bassin d’activation par une oxygénation poussée (injection d’air) qui va favoriser la consommation par les bactéries des matières organiques, transformées essentiellement en nitrates dissous dans l’eau.

Ensuite, dans une phase de clarification, les eaux déposent encore des boues. L’excédent des boues est à nouveau retiré.

Ces eaux épurées contiennent:
-des nitrates provenant de la décomposition des matières organiques.
-des phosphates (provenant en grandes parties des lessives).
-des traces de produits chimiques qui n’ont pas été dégradés ou piégés dans les boues de la station.

Ce système produit des boues qui peuvent affecter les nappes phréatiques si l’épandage est massif. De plus le transport de ces boues créé de la pollution.

Mais le problème principal est que ce rejet de phosphates et nitrates dans les rivières favorise l’eutrophisation. Le résultat est un phénomène connu en Bretagne: les marées vertes.

Une marée verte est un important dépôt d’algues laissé par la mer à marée basse, ou flottant entre deux eaux lorsque la mer monte. La putréfaction de ces algues, outre une mauvaise odeur et l’émission de gaz à effet de serre peut avoir de graves conséquences pour les acteurs locaux : impact négatif sur le tourisme et dégradation de l’environnement des littoraux concernés.Cela est dû au fait que les algues se nourrissent des sels minéraux (phosphates et nitrates) à volonté et de ce fait grandissent anormalement.

Les fosses septiques

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http://www.rde24.fr/rde24/fiches/fosseseptique.jpg

C’est le système le plus utilisé par les habitants n’étant pas reliés au tout-à-l’egout.

Son fonctionnement se résume en deux compartiments : une cuve et un système de drainage. Les matières solides s’accumulent dans un premier compartiment et subissent une fermentation anaérobie basique que l’on appelle « digestion ». Cette digestion entraîne la production de gaz carbonique, d’hydrogène sulfureux et de méthane. A la surface, les bulles entraînent des particules de boues qui finissent par former une croûte appelée « chapeau ». Au fond, les matières solides se déposent. Un conduit de ventilation doit donc assurer l’évacuation des gaz tandis que des vidanges périodiques doivent permettre l’évacuation des matières solides.

Après ce premier compartiment, un deuxième reçoit les effluents décantés sous la forme d’un liquide clair. Cependant, les eaux sortant de la fosse septique ne doivent surtout pas être considérées comme épurées. L’eau est encore une fois très minéralisée. Généralement un système de filtre à sable vertical est utilisé afin de rajouter un traitement aux effluents sortis du premier compartiment.

Ce système rejette des gaz odorants qui peuvent être nocifs si il y a dysfonctionnement.

Le système est enterré et non visible ce qui n’incite pas à la responsabilisation, de plus l’entretien doit être effectué par des professionnels. Il est difficile de repérer les dysfonctionnements car le système est enterré. Il y a une pollution fréquente des nappes phréatiques due à une mauvaise utilisation de la fosse.

Comparaisons de ces systèmes au fonctionnement de la phytoépuration

La phytoépuration est une bonne solution à ces deux systèmes.

En comparaison à la fosse septique il est moins cher, plus efficace et plus écologique.

En effet c’est un système qui ne produit pas de boue et évite tous les problèmes liés aux boues, qui ne rejette aucune odeur et qui nécessite un entretien facile par l’usager.

En comparaison aux stations d’épuration on constate que la phytoépuration ne produit pas de boues, rejette une eau peu minéralisée, et ne consomme pas d’énergie.

On ne ne peut pas comparer une station d’épuration qui traite les eaux de milliers de personnes à une phytoépuration individuelle. Mais un moyen d’épuration naturelle similaire à la phytoépuration est le lagunage. Il s’agit de rejeter l’eau des stations d’épuration (trop minéralisée) dans un grand bassin de plantes qui va avoir le rôle de déminéraliser l’eau. Ce système est de plus en plus utilisé notamment dans des communes où le problème des algues vertes est récurrent et où ostréiculteurs et habitants se plaignent.

Conclusion 

On remarque donc que la phytoépuration se rapproche plus du cycle de l’eau que les autres systèmes d’épuration. En effet les eaux sont filtrées par les plantes (comme dans les rivières), on retrouve ces eaux dans les nappes phréatiques qui chemineront vers l’océan, et dans les végétaux. Si l’eau en sortie de phytoépuration est stockée dans une mare, c’est alors le processus d’évaporation qui sera mis en place. On retrouve bel et bien le cycle de l’eau.

La phytoépuration est en plein essor depuis quelques années et elle possède des avantages principalement écologiques que les autres systèmes ne possèdent pas.

Remerciements

Professeur de SVT: Mr Letellier

Professeur de Physique-Chimie : Mme Raimbault

Spécialiste de la phytoépuration : Renaud Gancel

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