CHAPITRE 1 : LAGUNAGE A MACROPHITE FLOTTANTES
5. Espèce flottante étudiée et performance épuratoire
Le terme « macrophyte » possède des définitions variées, selon les auteurs et les époques. Nous retiendrons cependant celle de la norme européenne EN 14184 1 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, 2009).
Plusieurs espèces flottantes ont été déjà testées pour l’épuration des eaux usées surtout domestiques. En effet, beaucoup de plantes des zones humides ont la capacité d’éliminer les charges organiques y comprises les matières nutritives telles que le phosphore et l’azote qui proviennent généralement des eaux usées domestiques et du ruissellement agricole (RAmsa, 2001). Les espèces telles qu’Eichhornia crassipes Mart.
Solms-Laub (la jacinthe d’eau), Pistia stratiotes L. (la laitue d’eau) et Lemna minor L.
(la lentille d’eau) ont été exploitées pour l’épuration des eaux usées (Aïna et al., 2012 ; Akowanou, 2012). Ces espèces sont les plus utilisées dans le traitement des eaux usées à macrophytes à côté du jonc et des roseaux qui sont des macrophytes fixés. Parmi ces espèces précédemment citées, la jacinthe d’eau est non seulement le végétal aquatique de grande préoccupation par sa prolifération anarchique d’où sa prédominance dans nos écosystèmes aquatiques (Mama, 2010 ; Mary, 2010 ; Aïna et al., 2012) mais également l’espèce aquatique la plus utilisée pour l’épuration des eaux usées (Kengne, 2000). De plus, elle a selon plusieurs auteurs (Shama et al., 2010 ; Kasem et al., 2011) la capacité d’épurer les eaux riches en micropolluants et en métaux. L’espèce aquatique utilisée pour cette étude est donc la jacinthe d’eau.
5.1. Présentation de la jacinthe d’eau 5.1.1. Morphologie
Classification botanique : - Règne : Végétal
- Embranchement : Phanérogames - Sous-Embranchement : Angiospermes - Classe : Monocotylédone
- Sous-Classe : Arecidae - Ordre : Liliale
- Famille : Pontederiaceae - Genre : Eichhornia
- Espèce : Crassipes Mart. Solms-Laub
Figure 6 : Jacinthe d'eau (Eichhornia Crassipes)
Citée autrefois sous les noms scientifiques de E. formosa, Heteranthera formosa, Piaropus crassipes, P. mesomelas, Pontederia crassipes (Mary, 2010), la jacinthe d’eau est introduite en Afrique (Egypte et Afrique du Sud) depuis le 19ème siècle à partir de l’Amérique du Sud (Mama, 2012). Elle est une macrophyte aquatique flottante, qui ne prend pas racine dans le substrat et flotte à la surface de l’eau. Seuls les stolons et les racines de cette plante sont immergés, les feuilles et les fleurs étant portées hors de l’eau par de longues tiges : les pétioles et les pédoncules floraux; (Batcher, 2000 ; Burton, 2005 cités par Mary, 2010). Sa présence sur les plans d’eau béninois a été notée pour la première fois en 1977 (Van Thielen et al, 1994 cités Kpondjo, 2011). Généralement, la partie émergée des plants d’E. Crassipes présente une taille d’environ 50 cm de haut.
Chaque plante est formée de longues tiges stolonifères ramifiées, mesurant en moyenne 1 à 2,5 cm de diamètre (et jusqu’à 6 cm) et 30 cm de long (Mary, 2010). Les feuilles d’un vert luisant et épais forment la base de la fleur et s’attachent aux pétioles gonflés d’air. Sous cette architecture, se trouve le système racinaire, qui permet à la plante de capter les nutriments nécessaires à sa croissance dans l’eau.
5.1.2. Reproduction
Deux modes de reproduction sont observés au niveau de la jacinthe d’eau : la reproduction sexuée et la reproduction végétative (Mary, 2010). La reproduction sexuée constitue le mode de reproduction minoritaire chez E. crassipes. En effet, malgré le fait que l’espèce puisse fleurir tout au long de l’année sous des climats doux, très peu de graines sont observées en milieu naturel. Aussi cette reproduction est pratiquement impossible dans les régions tempérées, où elle ne trouve pas les conditions environnementales favorables à la floraison.
La reproduction végétative est le principal mode de reproduction chez E.
crassipes. En effet, E. crassipes favorise la reproduction asexuée dans le milieu naturel, ce qui lui permet d’augmenter rapidement sa biomasse. Cette reproduction se réalise à partir des stolons qui constituent la partie immergée de la plante. Elle se déroule en trois phases (Mary, 2010). En premier lieu, lorsque les plants sont jeunes et en faible densité, la plante privilégie le développement de son système racinaire au détriment de la croissance de son appareil végétatif. Puis, au fur et à mesure qu’elle croît, la plante réduit
sa production de racines et augmente sa biomasse en se reproduisant par voie végétative (production de stolons et de bourgeons). Enfin, lorsqu’elle atteint une densité maximale, la plante stoppe sa reproduction par voie végétative et continue à augmenter sa biomasse par la croissance des plants existants. Grâce à ses capacités de reproduction, E. crassipes est l’une des espèces végétales, par comparaison avec d’autres espèces terrestres ou aquatiques, qui présente le taux de croissance le plus important (Toft, 2000 cités par Mary, 2010). En effet, cette espèce est capable de doubler sa biomasse tous les 6 à 18 jours en fonction des conditions environnementales (Mary, 2010).
5.2. Performance épuratoire
La jacinthe d’eau, à cause de la forte densité qu’elle peut atteindre sur les cours d’eaux, est considérée comme étant un danger pour les écosystèmes aquatiques (Gunnarsson, 2007). En effet, de par sa grande vitesse de multiplication (Mayo, 2007), cette plante qui est la huitième au monde en matière de vitesse de croissance (Reddy K.
&., 1984), recouvre toute la surface des cours d’eaux où on la retrouve, empêchant toute pénétration de rayons solaires dans l’eau. D’autre part, elle puise tous les nutriments utilisés par les producteurs primaires, empêchant l’évolution de ce dernier. De plus, elle freine le transport fluvial, la pêche, et obstrue les prises d’eau des barrages hydroélectriques et des réseaux d’irrigation. Elle constitue donc une nuisance sur les cours d’eaux, et plusieurs méthodes ont été élaborées, ou sont en cours d’élaboration pour son élimination des cours d’eaux (Mama, 2012). Néanmoins, cette plante a été identifiée par plusieurs auteurs comme l’une des meilleures espèces de macrophytes flottants en matière de traitement des EUD (Polprasert et Khatiwada, 1997).
Orth et Sapkota (1988), ont découvert lors d’une comparaison entre un bassin facultatif contenant la jacinthe d’eau et un autre n’en contenant pas, que l’introduction de la jacinthe d’eau a augmenté de plus de 50% l’abattement de la DCO dans le bassin.
Une étude réalisée au Maroc par Ouazzani et al., (1995) a montré une réduction de 78
% de DCO au niveau des bassins à jacinthe. Par son métabolisme (absorption des nutriments, libération d’oxygène), la jacinthe d’eau favorise énormément les processus d’épuration des eaux usées. Cette plante a selon Kengne (2000) une capacité d’absorption de l’ordre de 350 kg P.ha1-.an et sa capacité de libération de l’oxygène par
les racines dans la rhizosphère varie de 2,4 à 9,6 gm-2.j-1. De plus, la réduction de la vitesse d’écoulement des eaux causée par sa présence dans le milieu, favorise la sédimentation des particules. Ce qui justifie que cette plante soit identifiée par plusieurs auteurs comme l’une des meilleures espèces de macrophytes flottants en matière de traitement des EUD (Kpondjo, 2011 ; Akowanou, 2012). Des auteurs (Kengne ,2000 ; Nya et al., 2002 ; Aïna et al., 2012) ont montré que cette plante assure un très bon abattement de la DCO et de la DBO5.
5.3. Facteurs influençant la croissance de la Jacinthe d’eau
Les systèmes d’épuration à base de macrophytes flottants ont certaines limites, qui sont conjointement fonction des conditions climatiques du milieu ainsi que de la physiologie des macrophytes. Ainsi, des paramètres tel que la température, la salinité, l’obscurité, les faibles concentrations en oxygène dissous, et les fortes concentrations en CO2 dissous influencent fortement et peuvent bloquer la germination des graines (Koné, 2002). Par exemple, une exposition de la jacinthe d’eau à une température très basse pendant 24h d’affilée peut conduire à la mort de ces macrophytes (Sooknah & Wilkie, 2004). Cependant, au regard des conditions climatiques que présentent les régions tropicales, le principal facteur pouvant bloquer le processus de multiplication des macrophytes et même causer leur dégénérescence et par la même occasion l’augmentation de la concentration en matière organique dans les bassins de lagunage à macrophytes flottants est la salinité.
Les précédentes études effectuées sur la réaction des macrophytes face à l’augmentation de la salinité ont montré que le développement des macrophytes est inversement proportionnel à la salinité du milieu et qu’il en est de même de leurs performances épuratoires (Harding, 2003). (Winkler, 2005), lors d’une étude sur le temps de récupération de la jacinthe d’eau après exposition à la salinité, a découvert qu’il faut une exposition à 7‰ pendant 21 jours pour la dégénérescence complète d’une biomasse de jacinthe. (Mama, 2012) quant à lui découvert que pour une salinité supérieure à 10‰, les jacinthes d’eau sur le lac Nokoué commençaient par mourir. Il est impossible d’avoir dans la littérature des limites précises d’utilisation des espèces flottantes étudiées, en ce qui concerne la salinité du milieu dans lequel on les introduit.
Cela est dû à la variabilité des conditions climatiques et des interactions dans les différents écosystèmes d’un point à un autre du globe.