CHAPITRE 1: PRESENTATION DU LAGUNAGE A MACROPHYTES
1.3. Jacinthe d’eau et performances épuratoires
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.
1.3. Jacinthe d’eau et performances épuratoires
La jacinthe d’eau (Eichhornia. Crassipes Mart. Solms-Laub), est une espèce que l’on retrouve facilement dans nos écosystèmes naturels. Originaire
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du bassin amazonien, la jacinthe d’eau pour ses vertus ornementales, a été introduite en Asie et en Afrique comme plante ornementale. Malheureusement, sa capacité de développement très élevée en a fait très rapidement un fléau dans toutes les régions tropicales et subtropicales de ces continents, tant sur le plan écologique (asphyxie de plans d'eau, cours d'eau et rivières) que sur le plan social et économique (obstruction de canaux d'irrigation, obstacle à la navigation fluviale, etc.). Elle est, introduite pour la première fois en Afrique (Egypte et Afrique du Sud) à la fin des années 1800 (Center et al., 2002 cité par MAMA 2010). Sa présence sur les plans d’eau béninois a été notée pour la première fois en 1977 (Van Thielen et al., 1994 cités par Tossou, 2004). C’est une plante vasculaire d’eau douce à pétiole très long (5 cm de diamètre et 30 à 50 cm de longueur), qui flotte à la surface des eaux. Les feuilles d’un vert luisant 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 (Wilson, 2005). C’est cette capacité qui est exploitée dans le traitement des eaux usées (Kpondjo, 2008). Un des pétales porte habituellement une tache jaune d’or, encadrée par une ligne bleue (Dagno et al., 2007). Pour bénéficier au maximum de la lumière solaire, les jacinthes d’eaux changent de formes. Elle fait partir des espèces les plus utilisées, à côté du jonc et des roseaux dans le traitement des eaux usées à macrophytes (Oueslati et al., 2000).
1.3.1. Présentation de la jacinthe d’eau
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 2: Jacinthe d’eau (Eichhornia crassipes)
Source : Sagbo (2013)
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La croissance de la jacinthe d'eau est réellement extraordinaire. Elle peut avoir une production en poids frais de 7% par jour. La jacinthe d'eau se reproduit sexuellement ou végétativement. Les semences atteignent la maturité en 20 jours. La viabilité peut être de 15 ans. La reproduction végétative est un facteur important dans la productivité de cette plante (FAO, 1997). La tige immergée peut être libre ou enracinée dans la vase par un rhizome. Les racines sont noires ou mauves, pendantes, longues et se situent au-dessous de la rosette formée par les feuilles à la base des nœuds. Les racines portent de nombreux poils absorbants. Les feuilles ont en général de longs pétioles spongieux aérifères pouvant être renflés au milieu (flotteurs). La plante présente deux types de feuilles : Les feuilles immergées linéaires et sessiles, et les feuilles émergées largement ovales et orbiculaires. D'une manière générale les feuilles sont lisses sur les deux faces et portent de nombreuses nervures ellipsoïdales sur la face inférieure. Les fleurs sont groupées en une inflorescence terminale. Celle-ci est formée d'un axe sur lequel s'insèrent des pédoncules courts se terminant chacun par une fleur. L'inflorescence compte environ 8 à l0 fleurs bleu - claires ou violettes éclatantes. Elles sont soudées en un tube à la base et s'étalent ensemble en deux lèvres.
1.3.2. Multiplication de la jacinthe d’eau
La jacinthe d’eau est une plante pérenne à croissance indéterminée.
L’intensité de croissance de la plante est déterminée soit par évaluation de la surface de l’eau couverte durant une période donnée, soit par évaluation de la densité ou du poids des plantes par unité de surface (EPA, 1988). Dans les sites naturels de la jacinthe d’eau, cette densité est relativement faible (10 kg/m2 en poids frais), tandis que dans les régions d’infestation, elle atteint 60 kg/m2 (Gopal, 1987). La croissance maximale de la jacinthe d’eau est observée à entre 20°C et 30°C. Par contre, cette croissance est inhibée à 8°C et15 °C (Stephenson et al., 1980). La jacinthe d’eau possède deux modes de multiplication. La multiplication asexuée ou végétative et la multiplication sexuée ou par les semences.
La multiplication de la jacinthe d’eau s’effectue principalement par voie végétative (filiations) et sa forte prolifération pourrait être expliquée par la « non inhibition » des bourgeons axillaires et l’absence d’ennemis naturels dans les zones envahies. Aussi les aménagements hydrauliques sur les cours d’eau favoriseraient également sa croissance (EPA, 1988). La propagation végétative est très importante dans les nouveaux sites d’infestation. Les nouvelles plantes sont produites à partir de l’élongation de stolons due à la division des
Mémoire de fin de formation pour l’obtention du diplôme d’Ingénieur de Conception d’autres zones (Wilson et al., 2005). Selon Babu et al. (2003), dix plants en huit mois peuvent produire 655330 individus, soulignant ainsi le potentiel invasif de la plante. Holm et al. (1977) ont obtenu 30 clones à partir de 2 plantes mères en 23 jours. Le taux de croissance (ou la biomasse) de la jacinthe peut être déterminé par l’équation suivante : Nt = N0 ×Xt, où N0 est le nombre de plant au temps T0 et Nt le nombre de plants obtenus à la fin du temps T, X est le taux de croissance par jour (Gopal, 1987). Quant à la multiplication sexuée, selon Gopal (1987), il est rare de trouver dans les zones d’introduction des graines sur la jacinthe. Gopal (1987) a rapporté que Parija (1934) a été le premier à observer des graines de la plante en Inde. Les graines ont été considérées comme le principal facteur de multiplication de la plante au Sri Lanka et la présence de fruits mûrs y a été observée entre mai et décembre (Gopal, 1987) et la floraison dure environ 15 jours (Center et al., 2002). Malgré une quantité élevée de graines produites (200-300), seulement un maximum de 34 graines sont viables par capsule (Wilson et al., 2005). Elle produit des graines en grande quantité (5 000 graines par plant) et à temps de dormance long (quinze à vingt ans) : dispersées par l’eau ou le vent, les graines résistent à une longue sécheresse et germent dès qu’elles sont immergées.
La jacinthe d’eau a un fort taux de croissance (la surface couverte double en six à dix-huit jours à 18°C) et une forte productivité (200 tonnes de masse sèche par hectare et par an, dans des conditions optimales). C’est une espèce très compétitive vis-à-vis des autres espèces végétales aquatiques et ses ennemis naturels sont absents dans les écosystèmes colonisés. Elle supporte une grande gamme de conditions environnementales ; seuls le froid et la salinité constituent des contraintes empêchant sa prolifération. Ses caractéristiques biologiques (reproduction, croissance) et son adaptation à une grande diversité de milieux, notamment les zones humides polluées, font ainsi de cette espèce introduite une espèce invasive.
1.3.3. Performances épuratoires
La jacinthe d’eau par son métabolisme (absorption des nutriments, libération d’oxygène), 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.ha-1.an-1 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. Ceci, ajouté à la
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réduction de la vitesse d’écoulement des eaux entraînée par sa présence dans le milieu, favorise la sédimentation des particules ; il n’y a rien donc d’étonnant que cette plante soit identifiée par plusieurs auteurs comme l’une des meilleures espèces de macrophytes flottants en matière de traitement des EUD (Polprasert et Khatiwada, 1998). Pour plusieurs auteurs (Kengne ,2000 ; Nya et al., 2002, Aina et al., 2012 ; Akowanou, 2012), cette plante assure un très bon abattement de la DCO et de la DBO5. Orth et Sapkota (1986) 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 d’eau. Pour Aquadev (2001), un système de lagunage à jacinthe d’eau après un prétraitement a donné des abattements de MES 91% ; DBO5 72% ; NTK 29% avec des eaux usées domestiques. Jianbo et al (2007) présentent comme performance d’une station de traitement à jacinthe d’eau une réduction de 64,44% de la DCO, 21,78% d’azote total et 23,02% de phosphore total. Les travaux de (Kawai et al., 1987) au brésil et de (McDonald et Wolverton, 1980 ) aux Etats-Unis cités par Akowanou, (2012) ont quant à eux montrés que le rendement en matière de réduction des pollutions de bassins contenant la jacinthe d’eau était de 20% meilleurs à ceux ne contenant pas de plantes. Plusieurs auteurs s’accordent donc pour affirmer à la suite de leurs travaux que les bassins contenant la jacinthe d’eau présente de bonnes performances en matière d’élimination de la charge organique. Les jacinthes d’eau sont aussi utiles dans l’élimination des germes pathogènes en servant de surface d’attache. L’élimination des germes pathogènes dans les bassins à jacinthe d’eau dépend des facteurs environnementaux et climatologiques (Mayo
& Kalibbala, 2007).