La faisabilité de la phytoépuration des eaux usées

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Les eaux usées, appelées également effluents ou eaux résiduaires, sont définies par le dictionnaire Larousse agronomique (1985) comme l’ensemble des eaux ménagères, des eaux industrielles, des eaux du service public, des eaux de drainage et des eaux de vannes (partie liquide contenue dans les fosses d’aisance et dans les bassins de vidange). Ce sont des eaux polluées de nature à contaminer les milieux dans lesquels elles sont déversées. Elles proviennent essentiellement des activités domestiques et industrielles ainsi que des eaux souterraines et des précipitations ; ces catégories d’eaux usées sont communément appelées respectivement eaux domestiques (eaux « grises » et eaux « noires »), déchets industriels et eaux pluviales. (ENCYCLOPEDIE ENCARTA, 2005).

Les polluants de l’eau peuvent être classés selon leur nature en trois catégories : physiques, chimiques et bactériologiques.

Les excès de polluants entraînent des conséquences néfastes sur l’environnement. Par exemple, les effluents contenant de quantité importante en nitrate et phosphate peuvent provoquer un phénomène d’eutrophisation dans le milieu aquatique. Par ce phénomène, les végétaux aquatiques forment une fleur d’eau qui empêche la pénétration de la lumière et de l’oxygène dans l’eau. Alors, les végétaux chlorophylliens ne peuvent plus faire de photosynthèse, les animaux aquatiques meurt d’asphyxie. Il y a donc un dérangement de la chaîne alimentaire.

Les eaux usées non traitées s’infiltrent dans la nappe phréatique et contaminent les eaux de boisson. Les polluants bactériologiques sont responsables de différentes maladies épidémiques pour l’homme comme le choléra, fièvre typhoïdes, maladies diarrhéiques et des différentes maladies épidermiques. Pour ces différentes causes, les pays dans le monde établissent des normes sur la qualité des eaux résiduaires émis en surface.

Climatologie

La ville de Toliara a un climat aride et semi-aride caractérisé par une faible pluviométrie.

Pluviométrie

A Toliara, la pluie tombe sous forme de pluie pendant des tempêtes, des cyclones ou des dépressions tropicales. Durant les dix dernières années, la précipitation annuelle de Toliara a été faible variant de 1 à 148 mm (MONOGRAPHIE DE LA VILLE DE TOLIARA, 2012). Le maximum de précipitation se trouve en janvier et la saison de pluie dure environ cinq mois du mois de novembre au mois de mars .

L’irrégularité des pluies dans le sud-ouest malgache est due à plusieurs phénomènes : le passage du courant marin froid sur le littoral diminuant l’évaporation en mer. Le « Tsiokatimo », vent sec venant du sud, souffle fortement entre les mois de mai et août.

Température

A Toliara, les mois de juin et juillet sont les plus frais. A cette période, la température nocturne est en dessous de 20°C. En janvier et février et février, elle augmente jusqu’à plus de 30°C. L’amplitude thermique varie de 6 à 11°C (MONOGRAPHIE DE LA VILLE DE TOLIARA, 2012). La température moyenne annuelle est de 26°C.

Démographie

L’exode rural et la migration ont une grande influence sur l’augmentation de la population, et sur l’occupation des sols dans la périphérie de la ville, et dans certains quartiers populaires. En effet, les éleveurs nomades qui s’installent en ville se satisfont d’habitations précaires et de conditions minimales d’hygiène. La démographie de Toliara est :
– 214 000 habitants avec un taux d’accroissement annuel de 2,4 % (MONOGRAPHIE DU SUD OUEST, 2011).
– 38 500 ménages avec une taille moyenne de ménage égal à 5,6 personnes.

Infrastructures de base

Le noyau central de la ville de Toliara a été bâti selon le plan d’urbanisation de 1963. Depuis, se sont érigés de nouveaux quartiers résidentiels bordant les artères principales. Des villages occupant des zones marécageuses difficiles à assainir par suite de l’extension de la ville vers le Nord et vers le Sud.

Structures de gouvernance locale

Le maire de la commune urbaine de Toliara I est le chef de l’administration. Il est élu par les résidents pour une durée de quatre ans.

– La Direction Régionale de l’Environnement et des Forêts( DREF) a un rôle principal de définir des stratégies pour la préservation de l’eau, du sol et de l’air contre la pollution, des animaux et des plantes. Cette direction régionale collabore avec l’Office National de l’Environnement (ONE).
– Le bureau municipal d’hygiène (BMH) qui contrôle l’hygiène de la ville et la santé publique.
– Une Autorité Nationale de l’Eau et de l’Assainissement (ANDEA) a été mis en place pour s’occuper de la gestion des ressources en eau ainsi que les déchets liquides. Elle est rattachée directement à la direction régionale de l’eau. Ce service travaille sur le système d’infrastructure de l’eau et de l’assainissement.

Les traitements des eaux usées par la phytoépuration

Généralités

Les traitements des eaux usées sont les processus fait dans le but de diminuer la quantité des polluants pour atteindre la norme de rejet des effluents dans le milieu naturel ou de réutiliser l’eau. Le traitement des eaux usées a pour but de diminuer suffisamment la quantité de substances polluantes des eaux usées et de restituer au milieu naturel une eau qui est loin d’être pure, mais qui apporte le moindre danger (RAKOTOARISON, 2008). « Phyto » signifie en grec « plante ». Le mot phyto-épuration veut donc dire épuration avec l’aide de plantes.

La phytoépuration est un système de traitements des eaux usées en utilisant le pouvoir épurateur des plantes. Ces plantes sont des microphytes et/ou des macrophytes. Elle est souvent appelée lagunage à microphytes ou lagunage aéré et lagunage à macrophytes ou filtres plantés.

Les types de lagunage

Le lagunage à microphytes
Elle consiste à créer un bassin de faible profondeur où l’eau va stagner pendant une période plus ou moins longue. Les microphytes, qui sont des algues planctoniques, se développent dans ce bassin. Elles consomment la pollution azotée et phosphatée dans les eaux usées. Le lagunage à microphytes est souvent le premier bassin d’une station de lagunage car ce traitement est insuffisant et nécessite un lagunage à macrophyte. Les rôles des microorganismes dans l’épuration des eaux usées sont :

– la photosynthèse produite par les algues augmente la teneur en oxygène de l’eau qui affecte à leur tour les éléments nutritifs et les réactions ;
– elles se nourrissent des effluents et dégradent la matière organique qui devient dès lors assimilable par les plantes.

Il y a donc une étroite coopération entre les plantes et les micro-organismes.

Le lagunage à macrophytes

Ce type de traitement nécessite des plantes macrophytes originaires des zones humides naturelles. Cette filière d’épuration s’appuie sur le pouvoir épuratrices des végétaux hydrophytes ou héliophytes. Les eaux usées séjournent simplement dans des séries des bassins à ciel ouvert peuplés de ces végétaux. Les rôles des végétaux macroscopiques dans l’épuration des eaux usées sont importants dans le traitement des eaux usées :

• elles sont le support des bactéries : les plantes épuratrices abritent une flore bactérienne importante ;
• Elles récupèrent les matières minérales dégradées par les bactéries ;
• elles stabilisent les substrats, tout en améliorant leur perméabilité et limite la vitesse des flux d’eau, ce qui permet à la matière en suspension, le carbone, les éléments nutritifs et les oligo-éléments d’intégrer les tissus végétaux ;
• elles produisent de l’humus au moment de leur décomposition ;
• elles aèrent le substrat en apportant de l’oxygène entre leur tige et les racines.

Elles améliorent aussi considérablement la valeur esthétique du site. Toutes les espèces des zones humides ne sont pas appropriées pour le traitement de l’eau.

Table des matières

INTRODUCTION
1. PROBLÉMATIQUE
2. CHOIX DU SUJET
3. OBJECTIFS DE L’ÉTUDE
3. 1. Objectif principal
3. 2. Objectifs spécifiques
4. HYPOTHÈSES À VÉRIFIER
I. LOCALISATION DE LA ZONE D’ÉTUDE
I. 1 – CLIMATOLOGIE
I. 1. 1. Pluviométrie
I. 1. 2 – Température
I. 2 – DÉMOGRAPHIE
I. 3 – INFRASTRUCTURES DE BASE
I. 4 – STRUCTURES DE GOUVERNANCE LOCALE
I. 5 – PLAN D’URBANISME DE LA VILLE
I. 6 – LES SITES D’ÉTUDE
II. MÉTHODOLOGIE
II. 1 – LES TRAITEMENTS DES EAUX USÉES PAR LA PHYTOÉPURATION
II. 1. 1 – Généralités
II. 1. 2 – Les types de lagunage
II. 1. 2. 1- Le lagunage à microphytes
II. 1. 2. 2 – Le lagunage à macrophytes
II. 1. 3 – Processus de fonctionnement du lagunage
II. 1. 4 – Exemple de processus d’élimination des polluants
II. 1. 4. 1- Elimination de l’azote
II. 1. 4. 2 – Elimination du phosphore
II. 1. 4. 3 – Elimination de la pollution bactériologique
II. 1. 4. 4 – Elimination des boues d’épuration
II. 1. 5 – Les étapes et procédés de traitement des eaux usées
II.1. 5. 1 – Les prétraitements
II. 1. 5. 2 – Les traitements
II. 1. 6 – Conception d’une station de phytoépuration
II. 1. 6. 1 – Le temps de rétention de l’eau dans le bassin
II. 1. 6. 2 – Nombre du bassin
II. 1. 6. 3 – Le dimensionnement du bassin
II. 1. 6. 4 – Les contrôles de la station d’épuration
II. 1. 6. 5- Exemple de contrôle de station d’épuration des pays développés
II. 1. 7 – Le traitement des eaux pluviales
II. 2 – ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
II. 3 – ENQUÊTES
II. 4 – ETUDE SUR LE TERRAIN
II. 4. 1 – Inventaires des plantes épuratrices des eaux usées à Toliara
II. 4. 2 – Critères de choix des plantes épuratrices
II. 4. 3 – Expérience d’épuration des eaux usées
II. 4. 3. 1 – Les paramètres étudiés
II. 4. 3. 2 – La température
II. 4. 3. 3 – La conductivité
II. 4. 3. 4 – Le pH (potentiel Hydrogène)
II. 4. 3. 5 – L’oxygène dissous
II. 4. 3. 6 – Appareil de mesure des paramètres étudiés
II. 4. 4 – Expériences dans un bassin
II. 4. 4. 1 – Culture de la jacinthe d’eau dans le bassin
II. 4. 4. 2- Suivi de la régénération de la jacinthe d’eau dans le bassin
II. 4. 4. 3 – Culture expérimentale de la jacinthe d’eau
II. 4. 5 – Evaluation de la biomasse disponible de la jacinthe d’eau à Toliara
III. RÉSULTATS ET INTERPRÉTATIONS
III. 1 – LE CONSTAT : ENQUÊTES ET OBSERVATIONS SUR LE TERRAIN
III. 1. 1 – Type d’habitats et des lieux d’aisance dans la ville de Toliara
III. 1. 2 – Approvisionnement en eau de la ville de Toliara
III. 1. 3 – Estimation de la consommation d’eau de la ville de Toliara
III. 1. 4 – Estimation du débit des eaux usées
III. 1. 5 – L’évacuation des eaux usées domestiques dans la ville de Toliara
III. 1. 6 – Autres évacuations des eaux usées à Toliara
III. 1. 6. 1- Les hôtels et restaurants
III. 1. 6. 2 – Les sociétés à caractère industriel à Toliara
III. 1. 6. 2. 1- Les sociétés œuvrant dans les produits halieutiques
III. 1. 6. 2. 2 – La société Indosuma (huilerie, savonnerie)
III. 1. 6. 3 – L’hôpital
III. 1. 6. 4 – Les causes des problèmes de gestion des eaux usées à Toliara
III. 1. 6. 5 – Les conséquences de l’insuffisance de gestion des eaux usées
III. 2 – ETUDE DE LA PHYTOÉPURATION À TOLIARA
III. 2. 1- Aperçus de la phytoépuration
III. 2. 1. 1- Aperçus de la phytoépuration dans le monde
III. 2. 1. 2- Aperçus de la phytoépuration à Madagascar
III. 2. 2- Les plantes épuratrices à Toliara
III. 2. 3 – Choix des plantes épuratrices pour l’étude
III. 2. 4 – Description des plantes épuratrices choisies
III. 2. 4. 1 – La jacinthe d’eau
III. 2. 4. 1. 1 – Origine et description botanique
III. 2. 4. 1. 2 – Les modes de reproduction
III. 2. 4. 2 – Moringa oleifera
III. 2. 5 – Test d’efficacité de traitement des eaux usées avec les plantes choisies
III. 2. 5. 1 – Les paramètres des eaux usées dans les sites d’étude
III. 2. 5. 2 – Températures de l’eau dans le bassin couvert de la jacinthe d’eau
III. 2. 5. 3 – Qualité des eaux usées avec jacinthe d’eau et tige de moringa
III. 2. 5. 4 – Mesure de la densité et de la biomasse de la jacinthe d’eau au bord de la mer
III. 2. 5. 5 – Suivi de la croissance de la jacinthe d’eau suivant les saisons
III. 3 – DISCUSSIONS
III. 3. 1- traitement des eaux usées par la jacinthe d’eau
III. 3. 2 – Traitements des eaux usées par le moringa
III. 3. 2. 1 – Utilisation des graines
III. 3. 2. 1. 1- Avantage de l’utilisation des graines dans le traitement des eaux usées
III. 3. 2. 1. 2 – Inconvénients de l’utilisation des graines dans le traitement des eaux usées
III. 3. 2. 2 – Utilisation de la tige
III. 3. 2. 2. 1 – Avantages de l’utilisation de la tige
III. 3. 2. 2. 2 – Inconvénients de l’utilisation de la tige de moringa
III. 3. 3 – Etude d’une conception d’une station d’épuration à Toliara
III. 3. 3. 1 – Types du lagunage choisi
III. 3. 3. 2 – Choix du site à épurer et dimensionnement des bassins
III. 3. 3. 3 – Lieu de prélèvement des plantes épuratrices
III. 3. 3. 4 – Schéma de la station d’épuration proposée
III. 3. 3. 5 – Coût d’installation des stations
III. 3. 4 – Avantages du choix des plantes
III. 3. 4. 1 – La jacinthe d’eau
III. 3. 4. 2 – Moringa oleifera ou Ananambo
III. 3. 5 – Importance de la mise en place d’une station d’épuration
III. 3. 5. 1 – Avantages environnementaux
III. 3. 5. 2 – Avantages socio-économiques
CONCLUSION
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES