Les marais artificiels

Les marais artificiels sont généralement appelés « constructed wetland » car ils sont conçus comme des écosystèmes artificiels qui reproduisent de manière optimisée les processus d’autoépuration des milieux humides naturels (Knight et al., 2001 ; Sundaravadivel & Vigneswaran, 2001 ; Vymazal, 2010 ; Seidel, 1976 ; Kadlec & Wallace, 2008). Ces systèmes sont également appelés le phytofiltre, la technique des zones humides, les lits filtrants, lits à macrophytes, filtres plantés de macrophytes ou encore filtres plantés de roseaux. Le procédé d’épuration des eaux usées par marais artificiel est basé sur les connaissances scientifiques et techniques des marais naturels.

En 1971, lors de la convention internationale sur les milieux humides tenue à Ramsar en Iran par l'Union Internationale de Conservation de la Nature et des Ressources naturelles (IUCN), une définition internationale sur ces milieux a été élaborée: « ... areas of marsh, fen, peatland or water, whether natural or artificial, permanent or temporary, with water that is static or flowing, fresh, brackish or salt, including areas of marine water the depth of which at low tide does not exceed six meters » (Gagnon, 2012). Ces milieux sont retrouvés dans une variété de climats allant des tropiques, avec les mangroves, aux tourbières des régions polaires.

1.2.1 Terminologie et perception dans la littérature scientifique

La technologie et les méthodes de conception ont connu un essor important durant les dernières années et les travaux en cours, un peu partout dans le monde, devraient permettre d'établir des principes de conception et des bases théoriques fondamentales reconnues durant les prochaines années.

Un état des connaissances récent de Carvalho et al., (2017) a recensé sur le « Web of science » plus de 8000 articles parus entre 1900 et 2016, ayant comme mots clés les termes les plus communément utilisés pour désigner les filtres plantés de roseaux, c’est-à-dire « constructed wetland » , « treatment wetland », « artificial wetland », « Reed bed » ou « macrophyte bed ». Une autre étude de Masi et al., (2017) a recensé sur aussi le « Web of science » plus de 6000 articles parus entre 1985 et 2016 avec les termes « constructed wetland ou « treatment wetland » dans leur titre. L'intérêt pour les FPR a pris de l'ampleur au début des années 1980, avec une croissance exponentielle vers le début des années 2000, et actuellement, l'intérêt pour les CW est assez stable. De plus, ces deux études ont mis en avant que le terme « constructed wetland » est le plus communément utilisé (Manon, 2018).

1.2.2 Les composantes d’un marais artificiel

Un marais construit est constitué par un bassin désigné proprement pour contenir de l’eau, un substrat, et souvent, des plantes vasculaires. Ces constituants peuvent être manipulés dans la construction d’un marais. D’autres composantes importantes des marais, tels que les communautés microbiennes et les invertébrés se développeront naturellement(Ramade, 2003) :

L’eau

Les marais se forment quand l’eau est dirigée vers une dépression profonde et où une couche superficielle imperméable empêchant l’eau de s’infiltrer dans le sol. Ces conditions peuvent être crées pour construire un marais. Un marais peut être construit presque n’importe où dans le paysage en formant la surface du sol afin de collecter l’eau en scellant le bassin pour retenir l’eau. L’hydrologie est le facteur le plus important dans la conception d’un marais

construit car il lie tous les fonctions dans le marais et il est souvent le facteur primaire du succès ou l’échec d’un marais construit (Dupoldt et al., 1995).

Le substrat, sédiment et détritus

Les substrats utilisés pour construire un marais comprennent le sol, le sable, le gravier, les roches et des matériaux organiques comme le composte. Les sédiments, et les détritus s’accumulent dans le filtre à cause des vélocités basses d’eau et la haute productivité typique des marais (Dupoldt et al., 1995).

La végétation

Tous deux, les plantes vasculaires (les hautes plantes) et les plantes non vasculaires (algues) sont importants dans les marais construits. La photosynthèse par les algues augmente le contenu d’oxygène dissous dans l’eau qui à son tour affecte les réactions des nutriments et des métaux. Les plantes vasculaires contribuent au traitement des eaux résiduaires et des eaux de ruissellement en différentes manières (voir sect. 2.1)

Les marais construits sont souvent plantés par une végétation immergée, qui se développent avec leurs racines dans le substrat et leurs tiges et feuilles apparaissent sur la surface d’eau. Les plantes émergentes communes utilisées dans les lits filtrants comprennent : les joncs, les massettes, les roseaux et un nombre d’espèces de feuilles larges (Dupoldt et al., 1995).

Les micro-organismes

Les micro-organismes comprennent les bactéries, les levures, les champignons, les protozoaires, les algues. La biomasse microbienne est un évier majeur du carbone organique et plusieurs nutriments.

La communauté microbienne d’un marais construit peut être influencée par les substances toxiques, tels que les pesticides et les métaux lourds, et des soins doivent être prises pour éviter de telles substances chimiques d’être introduites à des concentrations préjudiciables (Dupoldt et al., 1995).

Les animaux

Les marais construits offrent un habitat pour une diversité riche d’invertébrés et de vertébrés. Les animaux invertébrés, tel que les insectes, et les vers ; contribuent au processus de traitement en fragmentant le détritus et consommant la matière organique ; les larves de plusieurs insectes sont aquatiques et consomment des quantités significatives des matériaux durant leurs stades larvaires, qui peut durer pour plusieurs années. Les invertébrés accomplissent aussi un nombre de rôles écologiques ; par exemple, les nymphes des libellules sont des prédateurs importants des larves des moustiques(Ramade, 2003).

Bien que les invertébrés soient les animaux les plus importants en matière de l’amélioration de la qualité d’eau, les marais construits attirent aussi une variété d’amphibiens, tortues, oiseaux et mammifères (Dupoldt et al., 1995).