Définition et Classification des systèmes naturels d’épuration par

avérées être les plus efficientes dans l’élimination des polluants. Pistia stratiotes, en raison de sa bonne capacité d’accumulation des polluants, de sa gestion facile et de la facilité de recyclage de sa biomasse en compost a été retenue comme la principale plante exploitée dans ce système (Agendia, 1987; Valet & Agendia, 1987 ; Agendia, et al., 1988 ; Agendia, 1996 ; Agendia et al., 1996).

Au Bénin, des essais de lagunage à macrophytes à petite échelle ont été effectués au Centre de Traitement d’Ordures Ménagères (CTOM) et au Collège Père Aupiais (Kpondjo, 2011). Deux expérimentations de lagunage à macrophytes flottants ont été aussi effectués très récemment au CTPEA de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi (EPAC) l’un effectué par (Kpondjo, 2011et Akowanou, 2012) grâce à des mini stations. Cependant, aucune station de traitement des eaux usées domestiques par lagunage à macrophytes à plus grande échelle n’existe actuellement pas dans notre pays.

1.2. Définition et Classification des systèmes naturels d’épuration par macrophytes

1.2.1. Définition

Le terme « macrophyte » possède des définitions variées, selon les auteurs et les époques. Nous retiendrons cependant sur le modèle de la norme européenne EN 14184, que le terme « macrophyte » désigne toutes les plantes aquatiques visibles à l’œil nu, dont les plantes vasculaires, les bryophytes et les algues macroscopiques (Känel et al., 2009). Les macrophytes flottants sont alors des plantes aquatiques, visibles à l’œil nu, dont le système racinaire flotte librement.

1.2.2. Classification

D’après Kengne Noumsi (2000), et Bodo et al. (2006), plusieurs macrophytes sont exploitées dans les systèmes naturels d’épuration des eaux usées ; ce qui rend difficile leur classification (Usepa, 1990 cité par Kengne Noumsi, 2000). Les principales espèces de plantes utilisées dans le traitement des eaux usées sont des plantes de marais. Les macrophytes sont généralement classés en fonction de leur inféodation à l’eau (Janauer & Dokulil, 2006). On distingue ainsi :

- les hydrophytes, qui sont des végétaux qui développent la totalité de leur appareil végétatif sous l’eau ou, au moins, à sa surface ;

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- les hélophytes qui sont des végétaux qui développent des appareils végétatifs et reproducteurs aériens, alors que leur appareil souterrain se trouve dans un substrat gorgé d’eau.

Quant aux systèmes naturels d’épuration par macrophytes, nous retiendrons la classification de Brix (1991) qui les subdivise en quatre (4) catégories suivant leur mode de croissance comme suit:

 les systèmes d’épuration des eaux usées à macrophytes flottants ;

 les systèmes d’épuration des eaux usées à macrophytes émergents ;

 les systèmes d’épuration des eaux usées à macrophytes entièrement immergés ;

 les systèmes combinés suivant que les plantes utilisées soient flottantes, émergentes, entièrement immergées ou lorsque les différents types de plantes sus citées sont utilisées en association dans le même site.

Figure 1 : Présentation des différentes formes de macrophytes

Source : Brix (1991), cité par Kengne (2000)

Légende : a = macrophytes flottants ; b = macrophytes émergents (écoulement d’eau en surface) ; c = macrophytes émergents (écoulement d’eau dans le sol) ; d = macrophytes immergés.

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1.2.2.1. Systèmes d’épuration par macrophytes flottants

Les plantes exploitées ici ont un système racinaire flottant librement dans l’eau (Fig. 1). La plupart de ces stations d’épuration des eaux usées exploitent la Pontederiaceae Eichhornia crassipes. Toutefois, les espèces telles que Pistia stratiotes, Salvinia sp., Ipomoea aquatica, Enydra fluctuans, Hydrocotyle umbellata et certaines Lemnaceae (Lemna, Spirodela, Wollffia) sont également exploitées (Charbonnel, 1989; Agendia, 1995; Crites & Tchobanoglous, 1998).

Ces plantes sont très productives, surtout lorsqu’elles poussent dans des eaux eutrophes. Leur mode de reproduction dans ces milieux se fait généralement par voie asexuée (stolonification), permettant ainsi une rapide propagation et une colonisation des surfaces libres (Gopal, 1987). La productivité peut atteindre, comme c’est le cas pour E. crassipes, jusqu’à 800 kg de matières sèches par hectare et par jour (Wolverton & Mcdonald, 1976, cités par Nas, 1976). Des récoltes périodiques sont généralement nécessaires, afin d’éliminer les polluants absorbés ou les débris piégés au niveau des racines.

En effet, ces plantes se caractérisent par un recyclage rapide des nutriments absorbés.

Les plantes flottantes peuvent être utilisées dans le cadre d’une épuration tertiaire (élimination des éléments minéraux) ou secondaire (élimination de la demande biochimique en oxygène) des effluents domestiques ou industriels (Brix, 1991). Bien gérés, de tels systèmes peuvent permettre d’obtenir des effluents dont les concentrations en demande biochimique en oxygène après (DBO5) et en matières en suspension (MES) sont inférieures ou égales à 30 mg/l (Jensen, 1988).

1.2.2.2. Systèmes d’épuration par macrophytes émergents

Dans ces systèmes, les plantes utilisées sont enracinées dans le substrat (sol, gravier ou autre milieu) et émergent à la surface de l’eau (Fig. 1b,c). Parmi les plantes couramment utilisées, on retrouve Phragmites australis, Typha latifolia, Echinocloa sp., Cyperus papyrus, Scirpus lacustris, Sparganium emersum, Juncus spp., Glyceria spp., Zizania aquatica,… (Wolverton, 1987 ; Brix, 1991 ; Boutin et al., 1997 ; Vyzamal et al., 1998).

Ces plantes peuvent aussi bien être utilisées dans les systèmes à écoulement d’eau en surface. Ces systèmes peuvent servir dans le cadre d’une épuration tertiaire ou secondaire avec des performances épuratoires comparables à celles des systèmes exploitant les plantes aquatiques flottantes. Toutefois, la

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fréquence de récolte des plantes est très réduite ici car elles sont capables de retenir un peu longtemps les éléments minéraux absorbés (Brix, 1996).

1.2.2.3. Systèmes d’épuration par macrophytes immergés

Les plantes utilisées dans ces systèmes sont fixées dans le substrat et leurs appareils végétatifs n’émergent pas hors de la surface de l’eau (Fig. 1d).

Parmi les espèces les plus couramment utilisées, l’on retrouve Potamogeton pectinalis, Ceratophyllum demersum, Elodea canadensis, Myriophyllum heterophyllum, Hydrilla verticilata, Cabomba caroliniana, Elodea nutalli, (Vyzamal et al., 1998). Les plantes entièrement immergées croissent bien de préférence dans des eaux à forte teneur en oxygène dissous (Brix, 1991). Par conséquent, elles ne peuvent pas être utilisées avec efficacité pour l’épuration des eaux à forte charge organique puisque la décomposition de la matière organique par les micro-organismes crée des conditions anoxiques. Les systèmes exploitant ce type de plantes sont surtout utilisés pour l’affinage des effluents ayant subi préalablement un traitement secondaire. Leur présence diminue la teneur en CO₂ dissous dans l’eau pendant les périodes de fortes activités photosynthétiques, permettant ainsi d’accroître le pH (Brix, 1991). Mezrioui (1987) signale que l’augmentation du pH dans les stations d’épuration est la création des conditions optimales de volatilisation de l’ammoniaque, de précipitation du phosphore ainsi qu’une élimination plus importante des germes pathogènes.

1.2.2.4. Systèmes d’épuration combinés

Dans ce système, les différents types de plantes sus-mentionnées sont combinés entre eux ou en association avec les systèmes conventionnels d’épuration des eaux usées. En guise d’exemple de système combiné, on pourrait avoir tout d’abord une clarification mécanique pour le traitement primaire, suivie d’une utilisation des macrophytes flottants ou émergents pour le traitement secondaire, et enfin des bassins contenant des macrophytes flottants, émergents ou immergés dans le cadre du traitement tertiaire. L’utilisation de ce type de système dépendra des caractéristiques de l’effluent, du climat ou de l’espace de terrain disponible. Un tel type de système est constitué de petites unités comportant différents types de plantes, de substrat, de configuration.