ANNEE ACADEMIQUE 2010 - 2011
Option Aménagement et Protection de l’Environnement
Pour l’obtention du diplôme d’Ingénieur de Conception
THEME
PRESENTE PAR
Nadine Maryse KPONDJO Email : ryse86@yahoo.fr
Tél : +229 977 559 99
SUPERVISE PAR
Dr. Martin Pépin AÏNA
Maître Assistant des universités (CAMES) Email : marnickson@yahoo.fr
Tél : +229 966 139 36
2ème promotion
Phytoépuration des eaux usées domestiques: évaluation du traitement par combinaison de trois meilleures macrophytes flottantes identifiées
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI
ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI DEPARTEMENT GENIE DE L’ENVIRONNEMENT
M
EMOIRE DE FIN DE FORMATIONMEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO i
Ce document est dédié à toute personne soucieuse de l’assainissement du cadre de vie des populations
béninoises.
DEDICACE
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO ii
Merci :9
au Docteur Martin Pépin AÏNA, pour avoir supervisé ce travail de recherche ;
aux enseignants de l’EPAC, en l’occurrence ceux du département Génie de l’Environnement ;
aux membres de jury pour avoir accepté d’apprécier ce travail de recherche ;
au Professeur Docteur Ingénieur Guy Apollinaire MENSAH pour la lecture minutieuse du mémoire et ce malgré sa sollicitation tardive ;
à l’équipe fonctionnelle du LSTE : Madame Flora AGBOMENOU pour les conseils et Mademoiselle Justine DEGUENON ;
à Monsieur Elias POGNON et Mesdames Ganiyatou MOUSTAPHA et Rita BALLEY du laboratoire de la DHAB pour leur collaboration ;
à mes parents Michel et Clotilde KPONDJO pour avoir assuré mon éducation scolaire et sociale, mais surtout pour les multiples attentions et conseils portés à mon égard tout au long de ce travail ;
aux Messieurs Edouard SEHLIN, Eudes KPONDJO, Damien MAGNON, Emile GBENOU et Landry ALAGBE pour les diverses contributions très utilitaires ;
à ma sœur jumelle Mademoiselle Nadia Gwladys KPONDJO et aux Messieurs Schadrac AGBLA et Lionel LAWIN pour m’avoir pratiquement convertie en biostatisticienne ;
à mes grandes sœurs chéries, Mesdames Carolle SEHLIN et Bernice GBENOU pour leur participation active à la réalisation de ce travail ;
à toutes ces personnes, stagiaires ou non du LSTE : Pierre, Charles, Amen, Mickaël, Ange, Achmiou, Alain, Dagbeli, Binou, Iris, Vitale et Noël qui malgré leurs multiples occupations, se sont mises à ma disposition pour les différents travaux réalisés sur le terrain ;
aux techniciens plombiers et maçons, en particulier Monsieur Justin DIKPE ;
à mes sœurs amies Claudiane et Nadège pour leur soutien moral indéfectible ;
aux amis Jaycee Hervé Raoul, Raouf, Nadia, Steven et à la promotion "SOUNVI" ;
aux bouts de choux bénis de Dieu David, Lucile, Césaire, Tabita, Anaïs, Samuel, Daniel, Auriane, Maeva et Keziah pour la joie incommensurable qu’ils me procurent ;
à tous ceux dont les noms n’ont pas été cités et qui, de près ou de loin, m’ont apporté leur soutien.
REMERCIEMENTS
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO iii
Dédicace ……….…... i
Remerciements ……….. ii
Table des matières ………... iii
Abréviations et sigles ……….... vii
Liste des figures ………..………...…………... x
Liste des tableaux ………..… xii
Résumé ………...………...… xiii
Abstract ………. xiv
INTRODUCTION ………...………… 1
CHAPITRE 1. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE SUR L’ASSAINISSEMENT ET LE TRAITEMENT DES EAUX USEES ………... 4
1.1 Clarifications conceptuelles ……… 4
1.1.1 Assainissement ……….………… 4
1.1.2 Réseau d’assainissement ……….. 4
1.1.3 Eaux usées ……….…………... 4
1.1.4 Fosses septiques ……….………….. 5
1.1.5 Station d’épuration ………...………...………... 5
1.1.6 Epuration ………..……… 5
1.1.7 Technique en assainissement……….………... 5
1.1.8 Lagunage ……….…. 5
1.1.9 Macrophytes flottantes ………. 5
1.2 Généralités sur l’assainissement et le traitement des eaux usées ………..………. 5
1.2.1 Assainissement en Afrique et dans le monde : procédés de traitement des eaux usées .. 5
1.2.2 Approches stratégiques de l’assainissement au Bénin …….……… 7
1.2.2.1 Plan institutionnel ………. 7
1.2.2.2 Plan réglementaire ………..………...…... 8
1.3 Lagunage……….. 9
1.3.1 Historique ………... 9
1.3.2 Avantages et inconvénients ……….. 10
1.3.3 Lagunage à macrophytes ……….………. 12
1.3.4 Paramètres de performances épuratoires d’un système de lagunage ……….…. 14
1.4 Espèces flottantes fréquemment utilisées en lagunage ………..….... 15 TABLE DES MATIERES
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO iv
1.4.1 Classification botanique des espèces ……….……….. 15
1.4.2 Description des plantes ……….…... 16
1.4.2.1 Jacinthe d’eau ……….…... 16
1.4.2.2 Laitue d’eau ……….. 16
1.4.2.3 Lentille d’eau ……… 17
1.5 Principe et fonctionnement du lagunage à macrophytes flottantes……….… 17
1.5.1 Bassin anaérobie ……….. 17
1.5.1.1 Performances du lagunage anaérobie ……… 18
1.5.2 Bassins à macrophytes ………. 19
1.5.3 Processus biochimiques d’élimination des polluants ………...… 19
1.5.3.1 Carbone ………...….. 20
1.5.3.2 Azote ………... 20
1.5.3.3 Phosphore ……….…. 20
1.5.3.4 Germes pathogènes ……….….. 20
1.6 Dimensionnement des bassins ……….... 21
1.6.1 Temps de séjour ………... 22
CHAPITRE 2.METHODOLOGIE ……… 23
2.1 Zone d’étude et laboratoires ……….... 23
2.1.1 Zone d’étude ………... 23
2.1.1.1 Conditions climatiques ………...……….….. 26
2.1.2 Laboratoires ………... 27
2.1.2.1 Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau et Centre Technologique Pratique pour Eau potable et Assainissement ………..………... 27
2.1.2.2 Laboratoire de la Direction de l’Hygiène et de l’Assainissement de Base …... 27
2.2 Démarche expérimentale ………...………. 27
2.2.1 Recherche documentaire.…...……….……….. 28
2.2.2 Collecte des données ………..……….………. 28
2.2.2.1 Phase de terrain ……….……... 28
2.2.2.2 Phase de laboratoire ……….…. 34
2.3 Matériel et méthodes analytiques ……… 35
2.3.1 Température ………... 35
2.3.2 Potentiel d’hydrogène ………..………... 35
2.3.3Potentiel redox………..……… 35
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO v
2.3.4 Conductivité électrique……….… 36
2.3.5 Oxygène dissous ……….. 36
2.3.6 Turbidité ……….. 36
2.3.7 Matières en suspension ……… 36
2.3.8 Demande chimique en oxygène dissous : microméthode ……… 37
2.3.9 Demande biochimique en oxygène dissous pendant 5 jours : méthode manométrique . 37 2.3.10 Carbone organique dissous ………... 37
2.3.11 Azote Kjeldhal …...……….………... 38
2.3.12 Orthophosphates ………...…….………..….. 38
2.3.13 Autres composés ………..….. 38
2.3.14 Coliformes fécaux et streptocoques fécaux …...……… 38
2.4 Dimensionnement des bassins ……….…... 39
2.4.1 Bassin anaérobie ……….………. 40
2.4.2 Bassins à macrophytes flottantes ………...…………....…….. 41
2.4.2.1 Bassins facultatifs ………...……….…. 41
2.4.2.2 Bassin de maturation ………... 42
2.5 Traitement des données ……….……. 42
2.5.1 Analyses descriptives ……….. 42
2.5.1.1 Boxplots ………... 42
2.5.1.2 Analyse en Composantes Principales ……...………..……. 43
2.5.2 Modélisation statistique : régression linéaire ………...……….. 44
CHAPITRE 3. RESULTATS ……….. 47
3.1 Résultats obtenus lors de l’essai test ………...………..…. 47
3.1.1 Caractérisation des eaux usées de la fosse septique du bâtiment Génie-Civil ………… 47
3.1.1.1 Paramètres de suivi du fonctionnement de la STEP durant l’essai test ……...……… 49
3.1.1.2 Mesure de quelques paramètres des eaux des écosystèmes naturels. ……….. 52
3.2 Essai I : identification des meilleures espèces épuratrices des différentes pollutions ……… 53
3.2.1. Caractérisation du bassin anaérobie ……… 53
3.2.1.1 Paramètres physico-chimiques de suivi du fonctionnement ……….... 53
3.2.1.2 Paramètres de performances épuratoires du bassin anaérobie ……….…… 55
3.2.2 Caractérisation des bassins à macrophytes flottantes ………..…………... 56
3.2.2.1 Paramètres physico-chimiques de suivi du fonctionnement ……… 56
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO vi
3.2.2.2 Paramètres de performances épuratoires des bassins à macrophytes flottantes …..… 63
3.3 Essai II : combinaison des trois macrophytes flottantes ………...…. 66
3.3.1 Caractéristiques physico-chimiques globales des quatre bassins de la STEP ……..….. 66
3.3.2 Performances épuratoires des quatre bassins de la STEP ……….…….. 70
3.4 Autres résultats ………...……….…………..…. 76
3.5 Dimensions des bassins de la STEP proposée ………..…. 77
CHAPITRE 4.DISCUSSION ………...……….……….. 81
4.1 Essai test ………. 81
4.2 Essais d’identification et de combinaison des meilleures macrophytes flottantes ……… 83
CONCLUSION ET PERSPECTIVES ………..………... 90
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ………..… 93
ANNEXES ………..………...…. xv
Annexe 1 ………... xv
Annexe 2 ………... xvii
Annexe 3 ……….. xxiii
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO vii
ACP : Analyse en Composantes Principales
AGETIP : Agence d’Exécution des Travaux d’Intérêt Public AGETUR : Agence d’Exécution des Travaux Urbains
ASECNA : Agence pour la Sécurité de la Navigation Aérienne en Afrique et à Madagascar B Ana : Bassin anaérobie
B Jac : Bassin à jacinthe d’eau B Lait : Bassin à laitue d’eau B Lent : Bassin à lentille d’eau CF : Coliformes fécaux
COD : Carbone Organique Dissous
CROU : Centre de Recherche des Œuvres Universitaires
CTPEA : Centre Technologique Pratique pour Eau potable et Assainissement CTOM : Centre de Traitement des Ordures Ménagères
CUAC : Campus Universitaire d’Abomey-Calavi
DBO5 : Demande Biochimique en Oxygène après 5 jours DCO : Demande Chimique en Oxygène
DCAM : Développement Communautaire et Assainissement du Milieu DHAB : Direction de l’Hygiène et de l’Assainissement de Base
EAA : : Eau et Assainissement pour l’Afrique EH : Equivalent habitant
EH : Potentiel redox
EIER : Ecole Inter-Etats d’Ingénieurs de l’Equipement Rural ABREVIATIONS ET SIGLES
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO viii
EPAC : Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi FS : Fosse Septique
GIRE : Gestion Intégrée des Ressources en Eau
GIZ : Deutshe Gesellschaft für Internionale Zusammenarbeit)
(2iE) : Institut International d’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement λV : Charge volumique
Χ : Conductivité électrique
LCQEA : Laboratoire de Contrôle de Qualité des Eaux et Aliments LSTE : : Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau
MEHU : Ministère de l’Environnement de l’Habitat et de l’Urbanisme MEE : Ministère de l’Eau et de l’Energie
MES : Matières En Suspension MS : Ministère de la Santé
4 : Azote ammoniacal 2 : Azote nitreux 3 : Azote nitrique NTK : Azote Kjeldhal O2 : Oxygène dissous
OMD : Objectifs du Millénaire pour le Développement ONG : Organisation Non Gouvernementale
PVC : : Polyvinyle de chlorure PED : : Pays en Développement PI : Pays Industrialisés pH : : Potentiel d’hydrogène 43 : Orthophosphates
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO ix
RH : Pouvoir oxydant ou réducteur
SIBEAU : Société Industrielle Béninoise d’Equipement et d’Assainissement Urbain STEP : STation d’Epuration
SONEB : Société Nationale des Eaux du Bénin Turb : Turbidité
UAC : Université d’Abomey-Calavi
UNESCO : Organisation des Nations Unies pour l’éducation, la science et la culture
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO x
Figure 1.1. Représentation schématique des catégories de lagunage à macrophytes ……….... 14 Figure 2.1. Carte de la commune d’Abomey-Calavi montrant le CUAC ……….. 24 Figure 2.2. Plan de masse du campus montrant le CTPEA et la STEP ………. 25 Figure 2.3. Evolution de la pluviométrie, de l’ETP et de la température au Sud Bénin en
2008 ………... 26
Figure 2.4. Schéma synoptique du dispositif expérimental …………..………... 30 Figure 2.5. Photographie de la STEP à macrophytes flottantes ………. 33 Figure 3.1. Profils temporels des différents paramètres physico-chimiques dans les bassins à
macrophytes flottantes ……… 50
Figure 3.2. Evolution de la conductivité électrique par bassin ……….. 52 Figure 3.3. Evolution journalière de la température et du pH dans le bassin anaérobie …….... 53 Figure 3.4. Evolution journalière du EH et de l’O2 dans le bassin anaérobie ………...……….. 54 Figure 3.5. Evolution journalière de la turbidité et de la conductivité électrique dans le bassin
anaérobie ……… 55
Figure 3.6. Paramètres physico-chimiques des effluents des bassins à macrophytes flottantes 59 Figure 3.7. Rendements épuratoires en COD, DCO et DBO5 sur les bassins à macrophytes
flottants durant à l’essai I ………..……. 63
Figure 3.8. Rendements épuratoires en composés azotés et phosphorés sur les bassins à
macrophytes flottantes durant l’essai I ………... 64 Figure 3.9. Rendements épuratoires en bio-indicateurs sur les bassins à macrophytes
flottantes durant l’essai I ……… 65
Figure 3.10. Photographies de la couverture complète de la laitue d’eau ……….. 65 Figure 3.11. Evolution du EH en fonction du renouvellement des pieds de jacinthe d’eau 67 Figure 3.12. Analyse en Composantes Principales des paramètres physico-chimiques du
bassin à jacinthe d’eau ……….... 69
Figure 3.13. Evolution des teneurs des matières organiques oxydables et des matières en
suspension à différentes dates ……… 72
Figure 3.14. Rendements épuratoires des matières organiques oxydables et des matières en
suspension par bassin ………. 73
Figure 3.15. Photographie de quelques pieds de jacinthe d’eau chargés de MES ………….… 74 LISTE DES FIGURES
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO xi
Figure 3.16. Evolution des teneurs des formes azotées et phosphorées à différentes dates ….. 74 Figure 3.17. Rendements épuratoires des formes azotées et phosphorées par bassin ……...…. 75 Figure 3.18. Evolution du nombre de coliformes fécaux et streptocoques fécaux à différentes
dates ………..……….. 75
Figure 3.19. Rendements épuratoires de coliformes fécaux et streptocoques fécaux sur deux bassins à macrophytes flottantes ……….... 76 Figure 3.20. Proposition d’un schéma de la station de lagunage mixte à macrophytes
flottantes ………. 80
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO xii
Tableau 1.1. Avantages et inconvénients synthétisés de plusieurs travaux ………... 10
Tableau 1.2. Synthèse des informations relatives aux types de lagunage …………...…….... 11
Tableau 1.3. Classification des espèces ………...…….... 16
Tableau 1.4. Temps de séjour des lagunes ………...……….... 22
Tableau 2.1. Coordonnées en degré des sites et STEP ……….…...….... 24
Tableau 2.2. Données basiques du dimensionnement ……….…………....… 39
Tableau 2.3. Hypothèses de base ……….………….... 40
Tableau 2.4. Dimensionnement du bassin anaérobie ……….….…….... 41
Tableau 2.5. Dimensionnement des bassins facultatifs ……….……….. 41
Tableau 2.6. Dimensionnement du bassin de maturation……….… 42
Tableau 2.7. Résumé des coefficients du modèle de régression linéaire ………..…... 46
Tableau 3.1 Caractérisation des eaux usées des quatre bassins ………... 48
Tableau 3.2. Caractéristiques des eaux usées par bassin durant l’essai test ……...…………. 49
Tableau 3.3. Essais au laboratoire ………..…... 53
Tableau 3.4. Caractéristiques physico-chimiques globales du bassin anaérobie …..……..… 55
Tableau 3.5. Teneurs des paramètres de performances à l’entrée du bassin anaérobie essai I 56 Tableau 3.6. Caractéristiques des paramètres physico-chimiques essai I ……..…………... 57
Tableau 3.7. Caractéristiques physico-chimiques des quatre bassins essai II …...………….. 67
Tableau 3.8. Matrice de corrélations ………..………. 68
Tableau 3.9. Corrélations linéaires et contributions des variables ………....…..……… 70
Tableau 3.10. Rendements épuratoires des paramètres de performances du bassin anaérobie (%) …...………... 71
Tableau 3.11. Productivité des espèces ……… 77
Tableau 3.12 Caractéristiques du bassin anaérobie ………. 78
Tableau 3.13. Caractéristiques des bassins facultatifs ………...…….. 78
Tableau 3.14. Caractéristiques du bassin de maturation ………..……... 79 LISTE DES TABLEAUX
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO xiii
Les problèmes d’assainissement et d’amélioration du cadre de vie des populations demeurent l’un des sujets préoccupants de l’actualité béninoise. L’absence de schémas directeurs de gestion des eaux usées et la quasi inexistence des systèmes de collecte laissent place, surtout dans les zones urbaines et périurbaines, aux épisodes d’insalubrité grandissante. A titre expérimental, au niveau du Campus Universitaire d’Abomey-Calavi la phytoépuration des eaux usées domestiques a été utilisée comme un procédé de traitement, afin d’apporter des réponses substantielles aux problèmes d’assainissement. La phytoépuration a essentiellement porté sur Eichhornia crassipes Mart. Solms-Laub. (la jacinthe d’eau), Pistia stratiotes L. (la laitue d’eau) et Lemna minor L. (la lentille d’eau), trois espèces flottantes. Ainsi, un mini système a été installé et était constitué d’un bassin anaérobie et de trois bassins à macrophytes flottantes. La mise en parallèle de bassins à macrophytes flottantes a permis durant la première phase de : i- évaluer l’effet des macrophytes flottantes après leur introduction dans les eaux usées, à l’aide d’une analyse de variance basée sur un modèle de régression linéaire des paramètres physico-chimiques de suivi du fonctionnement comme la température, le pH, le potentiel redox, l’O2, la turbidité, la conductivité électrique (χ) ; ii- déterminer les rendements des paramètres de performances épuratoires du système tels que la demande chimique en oxygène, la demande biochimique en oxygène pendant 5 jours, le carbone organique dissous, les matières en suspension, l’azote Kjeldhal (NTK), l’azote ammoniacal ( 4), l’azote nitreux, l’azote nitrique ( 3), les orthophosphates, les coliformes fécaux et les streptocoques fécaux. Durant la seconde phase, un agencement par ordre d’efficacité des dépollutions carbonée, azotée, phosphorée et en germes pathogènes a été opéré, par la mise en série des bassins à macrophytes flottantes. Les résultats de la première phase ont montré que la jacinthe d’eau était prioritaire dans l’élimination des pollutions carbonées et azotées (NTK) à plus de 60%, tandis que la laitue d’eau l’était dans celle des formes azotées ( 4, 3) et des orthophosphates. La lentille d’eau a été performante dans l’abattement du NTK avec 35,6%, des coliformes et streptocoques fécaux avec 100%. Les informations recueillies sur les performances épuratoires à la seconde phase n’ont pas été spécifiques aux espèces étudiées, mais beaucoup plus aux microphytes, qui se sont développées. Leur prolifération a été favorisée par les teneurs en sels dissous élevés avec χ 500 µS/cm et non tolérables par la laitue d’eau et la lentille d’eau. Certes, dans un essai test au départ, la dégénérescence de ces deux plantes et l’inhibition du développement de la jacinthe d’eau à partir de 1.126 µS/cm ont été déjà soulignées. Le lagunage mixte à macrophytes flottantes doit-être élaboré et testé avec l’approche recherche-développement en milieu réel, afin de servir d’outil de gestion des eaux usées dans les mairies des zones périurbaines et rurales pour que soit assaini le cadre de vie des populations des 77 communes actuelles du Bénin.
Mots-clés : Assainissement, eaux usées, macrophytes flottantes, performances épuratoires.
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO xiv
Sanitation problems and life improving quality of people remain a topic of current concern in Benin. The absence of master plans for waste water management and the virtual absence of collection systems cause, especially in urban and suburban areas, episodes of insalubrity growing.
As an experiment, as study has been done at the Campus of the University of Abomey-Calavi (UAC) about phytopurification of domestic wastewater, a method of treatment. Which helped to provide answers to the substantial waste water treatment. It focused on three floating species:
Eichhornia crassipes Mart. Solms-Laub. (water hyacinth), Pistia stratiotes L. (water lettuce) and Lemna minor L. (Duckweed). So a mini system was installed and consists of an anaerobic lagoon and three floating macrophyte ponds. The parallel floating macrophyte ponds in the first phase, was used : i- to evaluate their effect after introduction into waste water by analysis of variance based on a linear regression model of the physico-chemical monitoring of the operation (T, pH, EH,O2, Turb, χ, S). ii- to determine the yields of some parameters of purification performance of the system such as DCO, DBO5, COD, MES, NTK, 4, 2, 3, 43 , CF, SF. During the second phase, an arrangement in order of efficiency of cleaning up carbon, nitrogen, phosphorus and pathogenic germ was operated by the serialization of floating macrophytes ponds. The first phase results showed that water hyacinth is a priority in elimination carbonaceous pollution, nitrogen (TKN) to over 60% while water lettuce has priority in elimination of nitrogen ( 4 3) and of orthophosphate. Duckweed has been successful in the reduction of TKN (35.6%) and coliforms and fecal streptococci (100%). The information collected in second phase on the treatment performance were not specific to the species studied, but much more to microphytes, which have developed. Their proliferation was favoured by high concentrations of dissolved salts χ > 500 µS / cm, not tolerable by water lettuce and duckweed. A trial test flights had already seen the degeneration of these plants and inhibiting the growth of water hyacinth from 1126 µS / cm. the phytopurification of waste water must be elaborated and tested in order to be used as tools of waste water management in our town halls and so as to purify the environment of the population of the 77 communes.
Keywords: Drainage, waste water, floating macrophytes, purification performance.
A
BSTRACTMEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO 1
Le Bénin à l’instar des Pays en Développement est touché par une explosion démographique ; ce qui défavorise davantage les possibilités de réduction de la précarité, dans laquelle se trouve la majorité de sa population. En effet, les multiples activités anthropiques drainent constamment et fréquemment des flux de production et de consommation, qui ont pour corollaire des rejets intempestifs et anarchiques de déchets tant liquides que solides. C’est ainsi, qu’il est enregistré dans les zones rurales, périurbaines et surtout urbaines du Bénin l’insalubrité grandissante, se traduisant par des dépotoirs sauvages, le déversement de quantités non négligeables d’eaux usées dans les rues et la détérioration des ouvrages d’assainissement tels que les caniveaux. Ces ouvrages destinés au départ à drainer vers un exutoire les eaux de ruissellement, reflètent plutôt une quasi inexistence de systèmes d’égout ou de collecte des eaux usées dans le pays. L’enquête démographique et de santé du Bénin réalisée en 2006 sur un échantillon de ménages, montre que 65% des eaux usées sont évacuées dans la nature en milieu urbain et rural (DHAB, 2010). KONE (2002) évoque d’ailleurs cet état peu salubre des villes, en général des Pays en Développement et mentionne le faible développement des systèmes de collecte et de traitement d’eaux usées et d’excréta.
Depuis les années 90, l’Etat béninois a tenté de mettre à l’avant-garde de son développement, les préoccupations majeures de la détérioration du cadre de vie de ses populations. Il a engagé le transfert de compétences, en matière d’assainissement aux communes et a permis l’implantation d’une STation d’EPuration (STEP) à Ekpè par la Société Industrielle Béninoise d'Equipement et d'Assainissement Urbain (SIBEAU) en 1994.
De plus, par l’arrêté interministériel N° 069/MISAT/MEHU/MS/DC/DE/DATC/DHAB du 4 avril 1995, plusieurs structures privées de collecte, d’évacuation, de traitement et d’élimination des matières de vidange ont été mises en activité. Cependant, l’image actuelle de ce secteur est des moins reluisantes. La STEP de Ekpè présente une inefficacité dans le traitement et ne répond plus aux normes nationales de rejet des effluents traités ou de qualité des sous-produits en vigueur. En effet, le système de lagunage traite actuellement 600 m3 de boues/jours, soit quatre fois son volume initial de dimensionnement (180 m3) (GBAGUIDI, 2003). Tout ceci dénote bien d’une déficience dans la politique d’assainissement, qui engendre de nombreux problèmes de santé publique. Ces mêmes questionnements d’assainissement s’observent aussi sur le Campus Universitaire d’Abomey-Calavi (CUAC), qui brasse assez d’activités et compte plusieurs bâtiments de cours et de résidences
INTRODUCTION
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO 2
universitaires non connectés à un réseau de collecte. Face à tout ceci, il est donc impérieux de trouver un système efficace de traitement des eaux usées dans les villes, outil fondamental d’urgence, pour assainir le cadre de vie des populations. L’objectif prioritaire du millénaire pour le développement le traduit bien, à travers les points 10 et 12 des OMD :
"la communauté internationale s’engage à réduire d’ici à 2015 respectueusement le nombre de personnes n’ayant pas accès de façon durable à un approvisionnement en eau potable et à l’assainissement".
A l’ère de controverse sur la raréfaction des ressources naturelles ou de déclin de leur durabilité, la gestion des eaux usées fait l’objet de recherches scientifiques, afin d’endiguer le phénomène de pollution récurrente des écosystèmes et de desservir des secteurs d’activités en effluents traités. Plusieurs procédés se sont donc développés dans le monde dont les écotechniques définies dans l’Agenda 21 (Sommet de Rio 1992), comme des « techniques écologiquement rationnelles ». Elles protègent l’environnement, sont moins polluantes et se retrouvent sous un même vocable : le lagunage (BROUILLET et al., 2008). Il s’adapte bien aux facteurs climatiques mésologiques et répond mieux au contexte africain (EFFEBI, 2009).
Cependant, malgré ses nombreux atouts plébiscités, il n’a pas connu de réelles expansions sur le continent. L’un de ces procédés, le lagunage à macrophytes, exploite diverses ressources végétales, passant des plantes fixées, immergées aux émergentes et, le Sénégal, le Burkina- Faso, le Niger, la Côte d’ivoire et le Cameroun, l’expérimentent depuis plus d’une décennie, en recherchant constamment des filières de traitement plus efficaces. MAIGA et al. (2002) renseignent d’ailleurs, sur la valorisation des eaux usées par lagunage de différentes stations en Afrique de l’Ouest et du Centre.
Au Bénin, pays côtier de la zone intertropicale, d’importants écosystèmes aquatiques (lac, lagune, fleuve,…) sont pour la plupart envahis par des plantes flottantes : Pistia stratiotes L.
(la laitue d’eau), Lemna minor L. (la lentille d’eau) et Eichhornia crassipes Mart. Solms- Laub. (la jacinthe d’eau) en prédominance (KPONDJO, 2008). En dépit de leur pouvoir prolifique tant décrié, ces macrophytes flottantes participent à l’épuration des milieux pollués, où elles se développent préférentiellement. Il est de ce fait évident, que leur utilisation dans le traitement des eaux usées, chargées en polluants va contribuer à résoudre les problématiques d’assainissement énoncées précédemment. Des ébauches d’essai à petite échelle duCentre de Traitement des Ordures Ménagères (CTOM) et du collège Père Aupiais, montrent bien la faisabilité de ce procédé au Bénin. Cette faisabilité offre des pistes d’investigations pour approfondir les résultats et expérimenter la sommation de pouvoirs épuratoires de trois
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espèces flottantes. Ceci peut davantage améliorer la qualité des effluents traités avant leur rejet. D’où toute l’essence de notre étude relative à la « Phytoépuration des eaux usées domestiques : évaluation du traitement par combinaison de trois meilleures macrophytes flottantes identifiées », qui cible les influents produits par une population restreinte du CUAC.
L’objectif général de l’étude est de sélectionner un procédé efficace de lagunage pour le traitement des eaux usées domestiques.
Il s’agit spécifiquement de :
caractériser les influents en entrée d’une mini station d’épuration (STEP) ;
évaluer l’effet des trois macrophytes flottantes mises dans des bassins en parallèle dans l’épuration des eaux usées domestiques ;
combiner les trois bassins à macrophytes flottantes en fonction de leurs performances épuratoires ;
proposer le dimensionnement d’une station de lagunage mixte à macrophytes flottantes.
Notre document en dehors de l’introduction, de la conclusion et des perspectives est structuré en quatre chapitres suivants :
Le chapitre 1 relatif à la synthèse bibliographique, retrace les travaux effectués dans le secteur de l’assainissement, en matière de gestion des eaux usées dans le monde, en Afrique et au Bénin.
Le chapitre 2 de la méthodologie présente la zone d’étude et les différentes étapes suivies, pour collecter les données qualitatives et quantitatives sur les eaux usées, les trois espèces macrophylles flottantes, les paramètres de performances épuratoires et les paramètres de suivi du fonctionnement du système de lagunage.
Le chapitre 3 des résultats présente les informations issues du traitement des données recueillies sur le terrain et au laboratoire.
Le chapitre 4 de la discussion analyse les résultats obtenus, soulève les questions pertinentes relatives à la phytoépuration et à son utilisation comme procédé de traitement des eaux usées domestiques au Bénin.
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CHAPITRE 1.SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE SUR L’ASSAINISSEMENT ET LE TRAITEMENT DES EAUX USEES
1.1CLARIFICATIONS CONCEPTUELLES
Les concepts abordés dans notre étude sont divers.
1.1.1ASSAINISSEMENT
L’assainissement est un processus d’agrémentation du cadre de vie des personnes afin de leur assurer un mieux-être. D’après DJARIRI (2009), il vise d’une part, à assurer l'évacuation et le traitement des eaux usées et des excréta, en minimisant les risques pour la santé et d’autre part, à collecter et à éliminer les déchets solides contribuant à maintenir un environnement salubre.
1.1.2RESEAU D’ASSAINISSEMENT
Un réseau d’assainissement est l’ensemble composé de canalisations appelées aussi collecteurs, qui assurent le transport des eaux usées des agglomérations vers un exutoire, après un éventuel traitement. L’exutoire peut-être soit un milieu naturel ou une STation d’ÉPuration (RENOU, 2006).
1.1.3EAUX USEES
Ce sont des eaux chargées de résidus solubles ou non, provenant des activités anthropiques.
En fonction des divers usages, quatre catégories d’eaux usées se distinguent : eaux usées domestiques (chargées en matières organiques), industrielles, agricoles et pluviales (TARMOUL,2007).
La première catégorie fait l’objet de ce présent travail de recherche. Il s'agit en effet, des eaux grises (eaux de cuisine) et des eaux vannes (rejets des toilettes : excréments et urines) chargées de diverses matières organiques, azotées et de germes fécaux (GOMELLA et GUERREE,1978cités par TARMOUL,2007).
1.1.4FOSSES SEPTIQUES
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Ce sont des ouvrages d’assainissement individuel séparatif, qui fonctionnent conventionnellement comme des digesteurs.
1.1.5STATION D’EPURATION
La STation d’EPuration (STEP) est une installation d’un système de dépollution des eaux usées.
1.1.6EPURATION
L’épuration est le traitement des eaux usées, qui vise la production d’une eau respectant les normes de rejets ou réutilisable à partir des eaux brutes plus ou moins polluées (WETHE, 2007).
1.1.7TECHNIQUE EN ASSAINISSEMENT
C’est un procédé ou ensemble de procédés mis en œuvre pour le traitement des eaux usées.
1.1.8LAGUNAGE
C’est un procédé de traitement écologique des eaux usées, qui utilise un matériel végétal - animal (plantes Ŕ micro-organismes). Il permet la réutilisation des différents sous-produits obtenus (SENE,2009).
1.1.9MACROPHYTES FLOTTANTES
Ce sont des hydrophytes, plantes aquatiques qui ont leur racine immergée superficiellement dans l’eau avec en particulier, un organe qui assure leur flottation.
1.2GENERALITES SUR L’ASSAINISSEMENT ET LE TRAITEMENT DES EAUX USEES
Cette sous-partie du chapitre 1 traite en général des questions d’assainissement dans le monde et plus précisément en Afrique de l’Ouest et du Centre. Elle donne également un aperçu des stratégies d’assainissement (mesures décisionnelles) développées au Bénin, qui doivent intégrer les Objectifs du Millénaire pour le Développement (OMD) en 2015 et surtout, contribuer à l’avènement du scénario le Bénin "Alafia" (le bonheur partagé) 2025 fixé dans les études prospectives du pays.
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1.2.1 ASSAINISSEMENT EN AFRIQUE ET DANS LE MONDE : PROCEDES DE TRAITEMENT DES EAUX USEES
La dynamique des populations des pays du monde, l’accroissement des besoins vitaux et la modernisation des activités anthropiques sont entre autres facteurs déclencheurs de la surexploitation des ressources naturelles. L’eau, ressource d’une importance indéniable dans la vie individuelle et collective des populations est l’une des pièces maîtresses du développement durable d’une nation. Mais malheureusement, elle est mal gérée ; et les activités anthropiques (industrie, agriculture, élevage, consommation domestique) demeurent des sources potentielles de dégradation et de pollution du milieu naturel. Dans les Pays en Développement (PED), les résidus polluants de ces activités ne subissent aucun traitement, avant leur rejet. Ce constat est évidemment partagé par KLINGEL et al. (2002) et BLUNIER
(2004).
Le milieu devient donc le réceptacle de tout polluant et vecteur de maladies hydriques, qui sont des causes de morbidité ou mortalité des enfants, des pauvres et des personnes âgées (DINAER, 2003 ; DJARIRI,2009). D’après l’OMS (2004 cité par DJARIRI,2009), 1,8 millions de personnes meurent chaque année de maladies diarrhéiques, avec environ 90% de décès d’enfants de moins de cinq ans. Aussi, 88% de ces maladies diarrhéiques sont dues à un approvisionnement malsain en eau et aux conditions inadéquates d’hygiène et d’assainissement.
Face à ces problèmes constants, plusieurs procédés de traitement des eaux usées ont pris naissance dans les Pays Industrialisés (PI) : les boues activées, les biodisques, …, avec des ouvrages sophistiqués pour le traitement biochimique (décanteur, dégrilleur, clarificateur, bassins, …). Les PED africains ont également adopté ces procédés dans leurs grandes villes (KENGNE NOUMSI,2000 ; NYA et al., 2002) ; oubliant certainement les coûts exorbitants des ouvrages et de leur fonctionnement. En Afrique de l’Ouest, plusieurs études des systèmes de traitement des eaux usées ont révélé que, les procédés intensifs qui représentaient 76% des stations construites en 1993, sont inadaptés du fait de la non-disponibilité des pièces de rechange des ouvrages, du manque d’expérience et de la non-appropriation technologique du personnel en charge de la gestion de ces systèmes (SEIDL et MOUCHEL, 2003 ; DIALLO,2009).
Cet échec a permis une prise de conscience de certains pays de l’Afrique de l’Ouest et du Centre (Côte d’Ivoire, Burkina-Faso, Sénégal, Mali, Cameroun, etc.) de la mauvaise politique de gestion des eaux usées. Il a d’autant favorisé plusieurs recherches scientifiques sur de
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nouveaux procédés, plébiscités dans le monde comme des écotechnologies : les filtres plantés, le lagunage (sous toutes ces formes). D’après DINAER (2003) et SMITH et al. (2004), elles sont rustiques et fondées sur la capacité épuratrice des milieux naturels. Et d’ailleurs, ce sont des techniques novatrices et décentralisatrices, qui font impliquer tous les acteurs concernés (institutions, acteurs privés, Organisations Non Gouvernementales, collectivités, …) et de ce fait, offrent de meilleures perspectives d’assainissement aux PED.
Dans les PED africains, l’assainissement apparait comme le parent pauvre des politiques urbaines. La problématique est de faire en sorte que, l’assainissement ne soit plus considéré comme individuel dans les politiques urbaines et que, les dispositions soient prises au moins à la mesure des dégâts qu’il cause pour la santé humaine. Pour ce faire, il est important de fournir aux décideurs des supports techniques adaptés.
1.2.2APPROCHES STRATEGIQUES D’ASSAINISSEMENT AU BENIN
Au Bénin, l’assainissement demeure l’une des priorités secondaires des pouvoirs publics.
Aujourd’hui, relativement pourrait-on dénombrer les programmes d’investissement pour l’assainissement des eaux usées dans les grandes villes et localités rurales du territoire national. Dans les grandes agglomérations comme Cotonou, Porto-Novo, Parakou, Djougou, Abomey, Bohicon, Ouidah, les questions de gestion des eaux usées se posent avec acuité, avec une quasi inexistence des systèmes collectifs d’assainissement (DOVONOU, 2005). Le recueil sur la stratégie nationale d’assainissement en milieu urbain (2008 - 2015) présenté par le MEE (2007) renseigne sur quelques partenaires techniques et financiers, qui ne contribuent qu’au financement dans le sous-secteur de l’assainissement en milieu rural, à travers la construction des ouvrages autonomes (latrines, fosses septiques).
Aux plans institutionnel et réglementaire, un effort est à noter, quant à l’implication des acteurs à différents niveaux dans le pays.
1.2.2.1 PLAN INSTITUTIONNEL
Il s’agit :
des Ministères chargés de la Santé (MS), de l’Eau et de l’Energie (MEE), de l’Environnement de l’Habitat et de l’Urbanisme (MEHU), qui coordonnent les actions entrant dans le cadre de l’assainissement ;
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de la Société Nationale des Eaux du Bénin (SONEB), pour le traitement et l’évacuation des eaux usées en milieu urbain. Ce volet des attributions de la SONEB n’est pas encore fonctionnel ;
des Organisations Non Gouvernementales (ONG) à vocation nationale ou internationale (EAA : Eau et Assainissement pour l’Afrique, DCAM Ŕ Bethesda : Développement Communautaire et Assainissement du Milieu, Protos, GIZ (Deutshe Gesellschaft für Internionale Zusammenarbeit) assurant les relais d’informations sur l’assainissement et participant à une amélioration du cadre de vie ;
des collectivités locales, qui assurent mieux la décentralisation des décisions et stratégies d’assainissement ;
des agences comme : AGence d’Exécution des Travaux Urbains (AGETUR), AGence d’Exécution des Travaux d’Intérêt Public (AGETIP- Bénin) intervenant dans la maîtrise d’ouvrage déléguée, beaucoup plus dans les municipalités ;
du secteur privé, pour la fabrication des matériaux de construction des ouvrages d’assainissement).
Ces différents acquis institutionnels demeurent cependant, introductifs par rapport aux avancées notables dont doit faire face le Bénin à l’horizon 2015, pour assurer un "cadre de vie assaini" à ses populations. Notamment, le recours à des systèmes d’assainissement collectif par l’installation de STEP des eaux usées et excréta dans les municipalités. Il va permettre d’une part, d’augmenter les performances épuratoires des stations ; mais d’autre part, de développer davantage les techniques extensives déjà en vogue dans plusieurs pays de la sous- région. Ces techniques au Bénin ont certes connu quelques expérimentations à petite échelle au Collège Père Aupiais et par le CTOM(KONE, 2002 ; DOVONOU, 2005) ; néanmoins, le défi reste à relever.
1.2.2.2 PLAN REGLEMENTAIRE
Le Bénin dispose de mesures réglementaires intégrant les normes de qualité des eaux résiduaires, de l’hygiène publique (assainissement de base) et de la protection de l’environnement.
LOI-CADRE SUR L’ENVIRONNEMENT (LOI N°98-030 DU 12 FEVRIER 1999)
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La loi-cadre a préconisé un système de protection de l'environnement par secteur. Il s'agit là, de l'ébauche de ce qu'on peut appeler un droit sectoriel de l'environnement qui se présente comme suit :
droit du sol et du sous-sol (articles 18 à 22) ;
droit des eaux continentales et maritimes (articles 23 à 44) ;
droit de la pollution et nuisances, qui concerne l'air, les déchets, les installations et établissements classés, les substances chimiques nocives ou dangereuses, le bruit. Il présente entre autres les définitions terminologiques, les exigences et normes de qualité, les études d'impact, l'exigence de réaliser un audit environnemental, le régime des sanctions, etc. (articles 45, 46, 47, 48, 65 à 86) ;
droit de conservation de la nature et de l'environnement urbain (articles 49 à 64).
LOI 87 -015 DU 21 SEPTEMBRE 1987 PORTANT CODE DE L'HYGIENE PUBLIQUE EN REPUBLIQUE DU BENIN
ARRETE INTERMINISTERIEL N°069/MISAT/MEHU/MS/DC/DE/DATC/DHAB DU 4 AVRIL 1995 PORTANT
REGLEMENTATION DE LA PRIVATISATION DES ACTIVITES DE COLLECTE, D’EVACUATION, DE TRAITEMENT ET D’ELIMINATION DES MATIERES DE VIDANGE
DECRET N° 2001 - 109 DU 4 AVRIL 2001 FIXANT LES NORMES DE QUALITE DES EAUX RESIDUAIRES EN
REPUBLIQUE DU BENIN
Ce décret comporte cinq chapitres subdivisés en 42 articles. Le quatrième chapitre compte des articles de 18 à 39 et traite du rejet des eaux usées domestiques. Il comporte trois sections dont la deuxième regroupe des articles 20 à 28 d’exigences générales en matière de rejet des eaux usées domestiques canalisées. Ces divers articles informent des teneurs admissibles des paramètres (DCO, DBO5, MES, pH, température, NTK, PT), précurseurs de la qualité de l’effluent rejeté dans un milieu récepteur. L’article 27 insiste sur l’échantillonnage des eaux usées des stations de traitement de petites agglomérations à des périodes variables suivant le nombre d’Equivalent habitant (EH).
1.3LAGUNAGE
Cette partie aborde le lagunage dans son intégralité, de son avènement en Afrique jusqu’aux étapes actuelles des différents travaux de recherche.
1.3.1HISTORIQUE
Le lagunage, système rustique ayant amorcé son développement mondial dans un passé récent, présente un panel de filières d’épuration adaptées aux petites collectivités (BOUTIN,
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO 10
2003). Désormais, 11 filières d'épuration sont dénombrées et requièrent des processus de dégradation de type biologique aérobie :
Ŕ soit en cultures libres : boues activées, lagunage naturel ou lagunage aéré ;
Ŕ soit en cultures fixées sur supports grossiers (lits bactériens et disques biologiques) ou sur supports fins : infiltration-percolation, filtres plantés de roseaux, filtres enterrés, épandage souterrain ou épandage superficiel.
C’est un procédé, qui a été introduit en Afrique de l'Ouest et du Centre avec l'aide des agences françaises et suisses de coopération et d'aide au développement (KONE,2002). Depuis près de 30 ans, plusieurs pays tels que le Burkina-Faso, le Cameroun, la Côte d'Ivoire et le Sénégal ont eu l'occasion de le tester ; mais il demeure encore largement sous représenté par rapport aux systèmes conventionnels (KENGNE NOUMSI,2000).
1.3.2AVANTAGES ET INCONVENIENTS
KENGNE NOUMSI (2000) énonce plusieurs avantages du lagunage, également partagés par d’autres auteurs, qui apportent davantage de précision. Ces atouts profitables du lagunage ne doivent pas cependant, occulter les questionnements d’impact environnemental potentiels, qui subsistent quant à son fonctionnement. Le tableau 1.1 récapitule tout ceci.
Tableau 1.1. Avantages et inconvénients synthétisés de plusieurs travaux(KONE,2002 ;PRONOST et al.,2002 ;ANONYME,2003 ;DIALLO,2009 ;MONELLO,2009)
Lagunage
Avantages Inconvénients et/ou Contraintes
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système rustique (pas d’apport d’électromécanique et d’énergie) ;
simplicité du fonctionnement, faible technicité ;
coûts d’installation et d’entretien faible ;
répondant parfaitement aux conditions climatiques des zones tropicales
meilleurs rendements épuratoires (germes pathogènes, charges organique et minérale) comparativement aux systèmes intensifs ;
faible production de boues (minéralisées) ;
sous-produits réutilisables en agriculture ;
bonne intégration paysagère ;
respect de l’environnement et adapté aux petites collectivités 250 à 1.500 Equivalent habitant (EH) voire 100 à 2.000 EH (possible).
forte emprise du sol ;
imperméabilisation du sol pour toute installation de STEP ;
rejet important de MES pour lagunage naturel et en absence de bassin anaérobie ;
émission des odeurs nauséabondes (bassin anaérobie) ;
prolifération des insectes en l’occurrence des moustiques, non vecteurs de paludisme ;
élimination incomplète du phosphore et de l’azote ; variations saisonnières de l’effluent en sortie de station ;
La variation des conditions climatiques (température, vent, cycle nycthéméral) d’un milieu à un autre, fait que l’on adapte ce traitement aux conditions mésologiques ; ceci explique la pluralité du lagunage développée dans la bibliographie.
Le tableau 1.2 fait la synthèse des différents types de lagunage.
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO 12
Types de lagunage Fonctionnalités
Lagunage naturel à microphytes : se fait avec la contribution de plusieurs organismes aquatiques (microphytes, phytoplanctons, zooplanctons, flore bactérienne libre) ;
à macrophytes diffèrent de celles à microphytes par une plus faible profondeur d’eau ; agents épurateurs (flore bactérienne diversifiée : fixée ou non) et faucardage ou récolte régulière (fort taux de croissance des lentilles ou des jacinthes d’eau par exemple).
Lagunage anaérobie Surtout utilisé sous climat tropical, une hauteur d’eau importante facilitant les processus anaérobies (> 4 m).
Charge en matière organique élevée (de 70 à 500 kg de DBO5/ha/jour) et des températures suffisamment importantes (> 25 °C).
Lagunage aéré Oxygène produit artificiellement soit en surface (aérateurs), soit en immersion (insufflation d’air).
Procédé utilisé dans des conditions climatiques difficiles (pays très froids, couche de glace persistante etc.) ou en complément, lorsque les conditions climatiques l’exigent (saison des pluies en climat tropical) ou que la charge polluante devient trop importante (cas des abattoirs, où le volume des rejets connait de fortes variations d’amplitude).
Lagunage à haut rendement
Epuration obtenue grâce à une production algale intensive. Bassins peu profonds (30 à 60 cm) : l’eau animée par des roues à aubes circule lentement ; ce qui favorise l’homogénéisation et le développement des algues.
Temps de rétention est de 2 à 12 jours et la surface nécessaire est divisée par 5 par rapport au lagunage naturel.
Cette écotechnique exige un rayonnement solaire et une température suffisants, et demande donc de prendre en compte les cycles saisonniers.
Tableau 1.2.Synthèse des informations relatives aux types de lagunage d’aprèsDINAER (2003)
Légende : DBO5 = Demande Biochimique en oxygène pendant 5 jours.
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO 12
Ce panel de systèmes d’épuration est développé en Afrique, en l’occurrence le lagunage naturel combiné au lagunage anaérobie. Le Burkina-Faso, le Sénégal, le Cameroun et le Niger sont aujourd’hui, en tête de liste des pays enregistrant le plus de recherches expérimentales et d’ouvrage de stations de lagunage (à macrophytes et à microphytes) des eaux usées domestiques de petites collectivités ou municipalités (MARA,1982 cité par NYA et al., 2002).
Un certain nombre de facteurs influence la capacité des lagunages (à macrophytes et à microphytes) à éliminer les polluants, notamment le type de plante choisi, les activités bactérienne, planctonique, algale et fongique, la nature du substrat, le temps de rétention, les facteurs environnementaux tels que : la température et le pH de l'eau, la charge organique à l’entrée (KENGNE NOUMSI,2000). Leurs performances ne sont donc pas équivalentes et les avis des chercheurs sont partagés. De ce fait, le choix d’un des deux types doit-être une préoccupation majeure, pour un réel développement des stratégies d’assainissement en Afrique.
Les résultats de NYA et al. (2002) montrent que chaque filière de lagunage présente une certaine spécificité. Le lagunage à macrophytes montre une efficience certaine sur le plan physico-chimique et une efficacité de la réduction de nutriments, tandis que le lagunage à microphytes en présente relativement sur le plan microbiologique. Pourtant, UNESCO (2008) révèle des problèmes liés à la forte concentration de MES dans l’effluent à la sortie du lagunage à microphytes. Toutefois, le lagunage à macrophytes pourrait-être le répondant réel des problèmes d’assainissement, de santé publique et donc de l’environnement, dont sont assujettis les PED en Afrique. Des études récentes montrent que les plantes utilisées dans l'épuration des eaux en Afrique de l'Ouest ont d'énormes potentialités de valorisation dans les contextes locaux (KONE,2002).
1.3.3LAGUNAGE A MACROPHYTES
L’utilisation des macrophytes pour le traitement des eaux usées est basée sur l’optimisation des processus physico-chimiques et biologiques d’épuration, qui existent dans la nature (cours d’eau), tels que la sédimentation, la dénitrification, l’absorption des nutriments (RICHARDSON
et DAVIS,1987cités par KENGNE NOUMSI,2000 ; AVIRON-VIOLET,2006).
L’effet épuratoire est principalement dû à la capacité de ces plantes à extraire les éléments nutritifs de la colonne d’eau et au support que les racines et feuilles offrent aux bactéries
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO 13
susceptibles (aérobies) de dégrader les matières organiques et nitrifier l’azote ammoniacal (UNESCO, 2008). Cette association symbiotique crée un effet synergique, qui se manifeste par l’augmentation de la vitesse de décomposition et d’absorption des polluants présents autour du système racinaire des plantes (WETHE, 2011). Ainsi, d’après KENGNE NOUMSI
(2000),DINAER (2003)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. Néanmoins, en général, on les subdivise en quatre (4) catégories suivant leur mode de croissance comme suit :
lagunage à macrophytes flottantes ;
lagunage à macrophytes émergentes ;
lagunage à macrophytes entièrement immergées ;
systèmes combinés suivant que les plantes utilisées sont flottantes, émergentes, entièrement immergées ou lorsque les différents types de plantes suscitées sont utilisées en association sur le même site.
Le lagunage à macrophytes flottantes utilise des plantes à un système racinaire flottant librement, telles que E. crassipes, P.stratiotes, Salvinia sp., Ipomoea aquatica, Enydra fluctuans, Hydrocotyle umbellata, L. minor (KENGNE NOUMSI, 2000 ; DIANER, 2003). Ces plantes sont très productives, surtout lorsqu’elles poussent dans des eaux eutrophes. D’après ENNABILI et RADOUX (2006), l’assimilation des composés azotés et phosphorés par les hydrophytes constitue l’un des critères de choix pour leur utilisation en épuration des eaux usées.
La figure 1.1 représente schématiquement les catégories de lagunage.
MEMOIRE POUR LE DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION NADINE M.KPONDJO 14
Figure 1.1. Représentation schématique des catégories de lagunage à macrophytes Source : Brix, 1991, cité par Kengne Noumsi, 2000
Légende : a = macrophytes flottantes ; b = macrophytes émergentes (écoulement d’eau en surface) ; c = macrophytes émergentes (écoulement d’eau dans le sol) ; d = macrophytes immergées.
1.3.4PARAMETRES DE PERFORMANCES EPURATOIRES D’UN SYSTEME DE LAGUNAGE
Les auteurs comme KENGNE NOUMSI (2000),KONE (2002),DINAER (2003),RENOU (2006) et EFFEBI (2009) ont traité dans leurs différentes études des paramètres bio-physico-chimiques tels que : les Matières en Suspension (MES) ; la Demande Biochimique en Oxygène pendant 5 jours (DBO5) ; la Demande Chimique en Oxygène (DCO) ; les composés azotés dont l’azote Kjeldhal (NTK) ; les composés phosphorés ; les coliformes fécaux ; les streptocoques fécaux.
A ces paramètres, s’ajoutent la température (T), le potentiel d’hydrogène (pH), la conductivité électrique (χ), la couleur, la turbidité (Turb), l’oxygène dissous (O2), la salinité (S), qui permettent de mieux cerner le fonctionnement du système et contrôler l’activité bactériologique.
a
d c b
