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La phyto-épuration

La phytoépuration est un système particulièrement efficace, qui utilise le pouvoir épurateur des plantes aquatiques et qui offre une alternative écologique, économique, durable et esthétique au système classique. Le principe est simple : les bactéries aérobies (qui ont besoin d’oxygène et ne dégagent pas de mauvaises odeurs) transforment les matières organiques en matières minérales assimilables par les plantes. En retour, les plantes aquatiques fournissent de l’oxygène par leurs racines aux bactéries.

Attention toutefois, un assainissement écologique par phytoépuration se conçoit avec l’utilisation conjointe et indispensable de toilettes sèches pour tout à la fois limiter la pollution de l’eau en amont et valoriser nos déjections par le compostage. De plus, en supprimant les eaux vannes des eaux à épurer, le dimensionnement du système est considérablement diminué (rapport de 3 à 1) car la pollution de l’eau est vraiment réduite (si bien, par ailleurs des produits doux pour l’environnement sont employés).

Intérêts

– Conformité des rejets aux exigences réglementaires.
– Economie d’eau, réduction de la pollution des eaux de surface et des nappes phréatiques.
– Valorisation des effluents et du compost.
– Coût d’investissement 2 à 3 fois plus faible qu’une installation classique.
– Faible coût d’entretien.
– Intérêts sanitaire, écologique, esthétique et éducatif.

Filtres plantés pour le traitement des eaux usées domestiques

1.1.1. Filtres plantés

Les techniques de traitement des eaux usées domestiques par filtres plantés de macrophytes regroupent un ensemble de procédés parmi lesquels on distingue les filtres plantés à écoulement horizontal, FPh des filtres plantés à écoulement vertical, FPv. D’un point de vue général, les avantages et inconvénients ainsi que leurs applications sont présentées ci-dessous.
1.1.1.1. Avantages / Inconvénients
Par approche globale, la filière de traitement des eaux usées domestiques par filtres plantés comporte les avantages suivants :

  • Faible coût d’exploitation ;
  • Performances de traitement élevées et stables ;
  • Possibilité d’utiliser des matériaux locaux ;
  • Faible demande énergétique ;
  • Pas d’adjuvants chimiques ;
  • Facilité de gestion, notamment des boues pour la filière à écoulement vertical ;
  • Acceptation de surcharges hydrauliques et organiques pour la filière à écoulement vertical ;
  • Intégration paysagère.

En revanche, les inconvénients les plus souvent cités sont :

  • Emprise au sol importante ;
  • Rigueur de réalisation ;
  • Maintenance et exploitation souple mais incontournable ;
  • Traitement limité du phosphore ;
  • Traitement limité des pathogènes.

Filtre planté à écoulement horizontal

Le filtre planté à écoulement horizontal, FPh, est un procédé d’épuration secondaire ou tertiaire et doit obligatoirement être associé et au minimum à un traitement primaire en amont.

Présentation
Le principe du filtre planté à écoulement horizontal (FPh) est de faire circuler l’effluent à travers un massif filtrant composé d’un matériau saturé en eau et planté de macrophytes. Les mécanismes de dégradation biologique prennent place dans un milieu constitué de juxtaposition de zones aérobies (proches des rhizomes) et anoxiques. La limitation en oxygène de ce type d’ouvrage induit la nécessité de temps de séjour plus conséquents pour la dégradation de la matière carbonée et une nitrification généralement partielle (Figure 5).

Figure 5 : FPh – Filtre planté à écoulement horizontal, schéma de principe

La conception des FPh peut varier selon les paramètres suivants :

  • le matériau du massif filtrant ;
  • le niveau d’eau dans le filtre ;
  • le mode d’alimentation du filtre (continue, par bâchées contrôlées, fil de l’eau) ;
  • les charges appliquées ;
  • les ou l’espèce végétale plantée.

L’inconvénient de ce système est sa sensibilité au colmatage. Le choix des matériaux, les charges appliquées tout comme le procédé de traitement en amont sont en majorité responsables du colmatage (Knowles et al., 2011).

Dimensionnement

Le dimensionnement des FPh est toujours en discussion dans le domaine de la recherche scientifique. Le plus classique vise à coupler une approche hydraulique du système (Loi de Darcy) avec une approche cinétique (cinétique de réactions de premier ordre du type k-C*) (R. H. Kadlec and Knight, 1996). Cependant, cette approche reste très imparfaite et présente des variations importantes des constantes de dégradation. Pour cette raison, de nouvelles recherches sont toujours en cours afin de déterminer une approche plus précise par modélisation dynamique.
En pratique, des guides de dimensionnement se sont développés à partir des expérimentations existantes et ce, pour favoriser le développement de la filière par les constructeur (Tableau 2).

Filtre planté à écoulement vertical

Présentation générale

Le manque d’oxygénation des FPh limitant les dégradations aérobies (nitrification, oxydation de la
matière organique) a conduit au développement des filtres plantés à écoulement vertical, FPv (Figure
6).
Le principe des FPv est d’améliorer l’oxygénation passive du filtre par une application homogène de
l’effluent en surface du filtre favorisant la percolation de l’effluent dans un massif filtrant composé d’une
succession de couches de filtration, transition et de drainage. L’effluent est ainsi collecté par un réseau
de drains en fond de filtre.

Depuis l’arrivée des premiers FPv, différentes adaptations techniques ont vu le jour. La filière française
détaillée ci-dessous présente la particularité d’appliquer les effluents bruts (sans prétraitement) sur le
filtre.

Cas de la filière française, eaux usées brutes

La filière de traitement des eaux usées brutes par FPv a été développée par les équipes d’Irstea
(anciennement Cemagref) en France dans les années 80. Elle permet l’application d’eaux usées brutes
sur le filtre et comporte actuellement différentes variantes selon les objectifs de rejet fixés.
Elle est le seul procédé de traitement des eaux usées domestiques qui propose une technique
capable de traiter conjointement les eaux et les boues.
La filière classique (Figure 7) présente un dimensionnement à deux étages de filtres développée avec 3
FPv en parallèles au premier étage composés de matériaux grossiers puis 2 FPv au deuxième étage
constitués de sables, alimentés par des cycles de 3,5 jours d’alimentation pour 7 jours de repos (Molle
et al., 2005a).
Afin de favoriser la répartition de l’effluent sur la surface du filtre, l’alimentation s’effectue par bâchées.
L’application d’eaux usées brutes induit la formation d’une croûte en surface de filtre percée par les
végétaux. Les mesures actuelles témoignent d’une accumulation de boues en surface de 1,5 cm/an.

D’autres configurations permettant de répondre aux objectifs azotés sont également développées en
intégrant un étage de filtration par FPh par exemple. Cette disposition appartient aux systèmes
hybrides, décrits dans le paragraphe suivant.

Dimensionnement
La filière classique française à deux étages de FPv est dimensionnée pour recevoir environ 40 g
DBO5/m²/j pour l’ensemble des filtres du premier étage (soit 1,2 m²/EH) tandis que le deuxième étage
est dimensionné selon la perméabilité du sable et correspond généralement à 0,8 m²/EH. Le
dimensionnement total de la filière classique a deux étages de FPv est de 2 m²/EH (Molle et al.,
2005a).

Variantes de conception

Les procédés de traitement des eaux usées domestiques par filtres plantés permettent un abattement
de la matière organique et matières en suspension très intéressant et stable dans le temps pour la
grande majorité des conceptions (R.H. Kadlec and Wallace, 2009).

A partir de ces observations et dans le but de limiter l’emprise au sol et/ou d’améliorer le traitement de l’azote, des systèmes hybrides se sont développés. Les plus communs sont issus de la combinaison
des procédés FPh-FPv et FPv-FPh avec des possibilités de recirculation de l’effluent.

Plantes épuratrices

Liste des plantes aquatiques épuratrices utilisées pour l’assainissement par bassin-filtres plantés :

  • Roseau commun (phragmite communis)
  • Jonc du chaisier
  • Massette (thypha)
  • Iris jaune
  • Carex
  • Reine des prés
  • Prêle
  • Epilobe hirsute
  • Thalia,
  • Sauge bleue,
  • Menthe poivrée ou aquatique,
  • Laitue
  • Jacinthe d’eau
  • Nénuphar …

De préférence, il vaut mieux utiliser des plantes locales.

Analyses

Pour s’assurer de l’efficacité de ces système d’épuration, nous encourageons les propriétaires à réaliser des analyses régulières (2 fois par an) de leur système.

Paramètres à analyser :
– Matière en suspension (MES) : Norme <30 mg/L
– Demande Chimique en Oxygène (DCO) : Norme <120 mg O2/L
– Demande Biologique en Oxygène sur 5 jours (DBO5) : Norme <40 mg O2/L

Pour aller plus loin

Liens :

le site de Philoux qui explique pas à pas sa méthode .

 

Source : ONEMA Office National de l’eau et des milieux aquatique, Partenariat 2011 – Domaine Ecotechnologies et pollutions
Action 30 « Systèmes d’épuration dans les DOM »

 

GLOSSAIRE

  • Bâchées : volume déversé séquentiellement lors d’une période l’alimentation.
  • Boues : matières solides décantées qui se déposent au fond d’un décanteur ou d’une fosse toutes eaux. On qualifie également les dépôts qui s’accumulent sur les filtres plantées à écoulement vertical alimenté en eaux usées brutes.
  • Charge hydraulique : débit journalier reçu par la station sous forme de hauteur d’eau (exprimée en m3/jour).
  • Charge organique : masse journalière de pollution reçue par la station (exprimée en kg/jour). La charge organique peut être calculée à partir de la DBO5 ou de la DCO.
  • Équivalent Habitant EH : défini par la Directive Européenne Eaux Résiduaires Urbaine comme une charge journalière correspondant à 60 g de DBO5. Dans cette étude, un Équivalent Habitant correspond à une charge de pollution journalière de : 60 g de DBO5 et 120 g de DCO avec 150 L d’eau consommée.
  • Eaux usées brutes : Eaux ménagères et eaux vannes issues d’une habitation domestique.
  • Fines : particules dont le diamètre est inférieur à 80 μm.
  • Géomembrane : membrane synthétique imperméable.
  • Géotextile : membrane synthétique perméable.
  • FPh : Filtre Planté à écoulement Horizontal
  • FPv : Filtre Planté à écoulement Vertical

Quelques vidéos de projets de phytoépuration