Phytoépuration eaux usées

Low-tech Lab

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Dernière modification le 30/07/2018

Difficulté

Medium Moyen

Durée

10 day(s) jour(s)

Coût

6000 EUR (€)

Description

Assainissement écologique des eaux usées

Sommaire

assainissement, eaux grises, eaux noires, plantes, filtre plantés, phyto épuration, épuration, fosse septique, fosse toutes eaux, écologie, eau, infiltration, eutrophisation fr none 0

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Introduction

L’assainissement a pour objectif de transformer les eaux polluées par l’activité humaine (domestique, agricole, industrielle) en eau assimilable par le milieu naturel. Il existe de nombreuses solutions d’assainissement à l’échelle collective comme des solutions individuelles dites autonomes. Toutes reposent sur l’activité bactériologique pour dépolluer l’eau souillée. De même, chaque système, en sortie, renvoie l’eau dans le milieu naturel par infiltration ou champ d’épandage. En sortie d’assainissement l’eau n’est pas potable. Elle est très riche en minéraux assimilables par le sol et les plantes, comparable à un engrais. Le renvoie dans le milieu aquatique est interdit sauf en cas d’impossibilité d’épandage ou d’infiltration. Le milieu aquatique est plus sensible que le sol, l’apport d’eau chargée en nutriments comporte un fort risque de perturbation du milieu naturel allant jusqu’à son asphyxie ou eutrophisation. 

Les types de pollutions et l’assainissement

Les pollutions de l’eau sont rassemblées dans quatre familles :

• la pollution organique (carbonée, azotée, phosphorée) est principalement issue des substances d’origine biologique (excréments, urines, fumiers, lisiers …). Ces particules sont oxydables, c’est-à-dire qu’en présence d’oxygène des bactéries sont capables de les dégrader et de les transformer en minéraux.

• la pollution microbiologique est liée à la précédente. En étant chargée d’excréments, les eaux usées sont riches en micro-organismes pathogènes : virus, bactéries … qui sont nuisibles pour la santé et l’environnement. Une forte concurrence bactérienne permet d’empêcher le développement et la prolifération de ces parasites.

• la pollution chimique regroupe l’ensemble des grands polluants issus de l’activité humaine tels que les médicaments, les pesticides, les hydrocarbures, les métaux et métaux lourds… Ces produits chimiques sont dangereux pour l’environnement qu’ils polluent durablement de par leur haute toxicité et leur faible biodégradabilité. Les systèmes actuels d’assainissement (collectif ou non) sont très peu efficaces face cette pollution complexe et variée. Les polluants se retrouvent donc dans le milieu naturel et sont bio-accumulés. Ils remontent ainsi la chaine alimentaire et augmentent leur concentration à chaque nouvel échelon.   

• Les matières en suspension (MES) sont des particules solides insolubles. A long terme elles provoquent le colmatage des systèmes de filtration.

La phytoépuration – les filtres plantés

Comme tous les autres systèmes d’assainissement (station d’épuration, fosse septique, fosses toutes eaux, microstation…) la phytoépuration est basée sur le principe de séparation des matières solides et liquides ainsi que la dégradation des particules par les bactéries. La phytoépuration (ou les filtres plantés) repose sur trois acteurs :

- les bactéries, elles dégradent les particules organiques pour les rendre assimilables par le milieu naturel,

- le substrat, constitué de graviers ou granulats, il constitue l’habitat des bactéries qui viennent se fixer à la surface de chaque élément. Il joue également un rôle important pour l’enracinement des plantes. Avec une granulométrie allant du plus fin au plus grossier, le substrat est également un filtre permettant de laisser passer l’eau tout en bloquant les plus gros éléments.

- les plantes, avec le développement de leurs racines et le mouvement de leurs parties aériennes elles décolmatent le filtre qui, contrairement à toutes les autres solutions, s’auto-entretient. De plus elles stimulent l’activité bactérienne autour de leurs racines : la rhizosphère. Elles jouent un rôle mineur dans la décontamination de l’eau en absorbant une petite proportion des minéraux.

Intérêts et inconvénients de la phytoépuration

La phytoépuration est une solution performante pour la qualité de l’assainissement des eaux usées. Contrairement aux autres systèmes un filtre planté ne consomme pas d’énergie électrique (brassage, bullage, pompe…) et ne demande pas d’entretien complexe tel que la vidange des boues et son acheminement vers un lieu de traitement. En étant énergétiquement/logistiquement autonome la phytoépuration est la solution d’assainissement la plus écologique.

La phytoépuration est une solution extensive, qui prend de la place, environ 3m²/équivalent habitant (EH). Les filtres sont dimensionnés en fonction de la capacité d’accueil de l’habitat et non pas le nombre d’habitants., avec une pièce principale = 1 EH. Par exemple une maison avec 3 chambres, 1 cuisine-salle à manger et 1 séjour a donc 5 pièces principales, l’assainissement doit donc avoir une capacité d’au moins 5 équivalents habitants. L’assainissement individuel étant contrôlé sur les moyens et non les résultats, il faudra au minimum 15m² de filtres plantés.

Les filtres ainsi installés, via la diversité des plantes filtrantes, ont un rôle esthétique dans les jardins. De plus, ils recréent des zones humides, élément nécessaire au développement de la vie. De nombreux auxiliaires (insectes, oiseaux, batraciens …) font leur retour, c’est un bon pas vers la biodiversité. La phytoépuration étant différente du lagunage il n’y a pas d’eau en surface des filtres mais des graviers, il n’y a donc pas de risque de prolifération de moustiques.

Il reste cependant que l’installation de filtres plantés est un investissement supérieur à celui d’une solution conventionnelle (Pour 5 EH : environ 10 000 € pour les filtres plantés contre 7 000 € pour une fosse toutes-eaux). Le système est rentabilisé en une quinzaine d’années car il ne demande ni entretien par une main d’œuvre qualifiée ni énergie.

Si votre habitat est en assainissement collectif (tout à l’égout) vous ne pouvez pas passer en assainissement autonome. Mais ne perdez pas espoir, la phytoépuration serait la solution d’assainissement privilégiée des villes de moins de 1 000 habitants, vos eaux usées sont peut-être déjà aux pieds des plantes !

Autoconstruction et agréments

Pour limiter la pollution du milieu naturel, les système d’assainissement sont soumis à contrôle. Une obligation de résultats est demandée à l’assainissement collectif (>20 EH). L’assainissement individuel doit répondre à une obligation de moyens.

La phytoépuration individuelle doit donc être agréée pour être mise en place, c’est-à-dire que si l’on souhaite passer en filtres plantés chez soi il faut commander une étude et l’installation à une entreprise dont le système est protégé est a reçu un agrément ministériel.

En France, le service public d'assainissement non collectif (SPANC) est chargé du contrôle de tous les systèmes d'assainissement des eaux usées domestiques des habitations non raccordées au réseau d'assainissement collectif.

Il n’empêche que l’autoconstruction est possible en faisant appel à un accompagnateur agréé qui fera l’étude des sols, le dimensionnement, fournira les matériaux et les bons conseils nécessaire à une réalisation durable et performante. L’autoconstruction permet une économie d’environ 30% sur le système global et d’aller plus loin dans la maitrise et la connaissance de son habitat.

Le système présenté a été réalisé avec Kevin Quentric, accompagnateur à l’autoconstruction affilié au réseau Aquatiris. Ce tutoriel retrace les grandes étapes d’une installation, il permet d’évaluer la capacité d’autoconstruction et l’intérêt de filtres plantés. Pour passer à l’acte dans le respect de la loi Française il faudra se rapprocher d’une entreprise dons les solutions sont agréées.

Matériaux

• Gravier (granulométrie 10/20 mm)
• Gravillons (granulométrie 4/8 mm)
• Sable siliceux lavé (granulométrie 0/2 mm)
• Géotextile
• Bâche EPDM
• Tuyaux PVC
• 2 raccords T PVC
• Drains
• Colle PVC
• Deux regards
• Deux vannes
• Deux passe-parois

Outils

• Quelques pelles et de bons amis ou une pelleteuse
• Pelle
• Pioche
• Râteau
• Niveau
• Scie
• Cutter
• Perceuse-visseuse

Étape 1 - Dimensionnement des filtres

Il existe de nombreuses solutions d’épuration par filtres plantés, le filtre proposé dans ce tutoriel est la solution la plus utilisée en assainissement collectif déclinée en « format individuel ». Il est composé de deux filtres ayant des rôles différents : un filtre vertical puis un filtre horizontal.

Filtre vertical

Le filtre à écoulement vertical (FV) reçoit les eaux usées chargées, il est constitué de deux lits en parallèle utilisés tour à tour. Le sable en surface du filtre permet de laisser passer l’eau en bloquant les grosses particules. L’alternance de lits d’une semaine à l’autre permet au matière de composter en surface du filtre.

L’eau percole à travers les graviers et est collectée par un drain en bas du filtre, elle passe de 4 à 8 heures dans cette première étape. Le milieu n’est pas noyé dans l’eau il est donc riche en oxygène ce qui stimule l’activité bactérienne aérobie nécessaire à la minéralisation des particules organiques. La minéralisation est une suite de réactions chimiques complexes basée sur le principe d’oxydation des composés organiques. Cette minéralisation permet de transformer un élément non assimilable par une plante à un élément assimilable. La simplification des réactions ressemble à Norg => NH₄⁺ => NO₂^- => NO₃^-.

Le filtre verticale fait 60 à 80 cm de profondeur et a une superficie de 2m²/EH.

Filtre horizontal

Le filtre à écoulement horizontal (FH) récupère les eaux usées filtrées à la suite du filtre verticale. Le filtre horizontal travaille « en charge » c’est-à-dire que le substrat est quasi saturé d’eau en permanence. En absence d’oxygène se sont des bactéries anaérobiques qui vont dénitrifier l’eau : elles prélèvent l’oxygène dont elles ont besoin sur les molécules de nitrates qui vont se transformer en diazote : N0₃^- => N₂O => N₂.

Le filtre à écoulement horizontal mesure 2m²/EH pour une profondeur de 60cm.

Pour que l’assainissement soit entièrement autonome et qu’il ne consomme pas d’énergie nous utiliserons la gravité pour alimenter les deux filtres. Il faut donc que le haut du filtre vertical soit plus bas que le point de collecte des eaux usées de la maison. De même le haut du filtre horizontal doit être plus bas que le fond du filtre vertical. L’installation sera donc probablement sur la partie basse du jardin. Si cela n’est pas possible car le terrain est plat il faut installer une pompe de relevage entre le point de collecte et le filtre vertical, ce dernier sera hors sol, le filtre horizontal quant à lui est enterré.

Les filtres doivent être installés à plus de 3 mètres d’arbres, leurs racines risqueraient de percer les membranes d’étanchéité.

Étape 2 - FV - Fouille

En fonction de la disposition du terrain

• Creuser ou maçonner ou réaliser en bois la structure du filtre vertical de 90cm X 2m X nombre d’équivalent-habitant en mètre.

• Ensabler légèrement pour avoir un fond plat et une pente légère (≈1%) en direction du deuxième filtre

• Pour les constructions enterrées, poser une barrière anti-racines

Étape 3 - FV - Plomberie

• Installer un regard en haut du filtre pour l’arrivée des eaux usées chargées

• Dans ce regard installer une vanne 3 voies pour la répartition des eaux entre les 2 lits.

• Installer un regard en bas du filtre qui récupère les eaux drainées.

Étape 4 - FV - Etanchéité

• Poser un géotextile

• Poser une membrane EPDM qui fera l’étanchéité

• Poser un géotextile

• Installer un passe* paroi sur la membrane EPDM dans le bas du filtre

Étape 5 - FV - Drainage

• Poser un drain fente vers le bas dans le bas du filtre avec un T vers le passe paroi.

• Installer une cheminée d’aération du côté haut du drain et un bouchon de l’autre.

• Remplir de gravier (granulométrie 10/20 mm) sur 20 cm

• Séparer les deux lits en mettant une séparation en béton de 60 cm de haut sur toute la largeur

• Remplir de gravillons (granulométrie 4/8 mm) sur 30 cm

• Remplir de sable siliceux lavé (granulométrie 0/2 mm) sur 10 cm

• Installer les tuyaux d’alimentation en sortie de la vanne 3 voies, un pour chaque lit

• Sous la sortie des tuyaux d’alimentations, poser une pierre, une tuile, pour éviter que l’arrivée des eaux usées ne creusent le substrat.

Étape 6 - FV - Plantation

Les plantes présentent dans le filtre vertical doivent être très rustiques en résistant à de grands écarts de température entre l’été et l’hiver, aux variations entre les phases d’inondation et de repos ainsi qu’au contact avec les eaux chargées en matière organique.

Le roseau commun (phragmites communis), à ne pas confondre avec la massette, est la plante la plus communément utilisée en filtre vertical. La densité de plantation est de 6 plants/m².

 On peut également planter des Açores odorant, Populage des marais, Pontédérie à feuilles en cœur, Véronique des ruisseaux, Scirpe lacustre, Massettes à large feuille.

Étape 7 - FH - Fouille

Le haut du filtre horizontal devant être plus bas que le fond du filtre vertical, ce filtre est creusé.

• Creuser le filtre horizontal de 60cm X 2m X nombre d’équivalent* habitant en mètre.

• Ensabler légèrement pour avoir un fond plat et une pente légère (≈1%) vers la zone d’infiltration

Étape 8 - FH - Plomberie

• Installer un regard en bas du filtre qui récupère les eaux drainées.

• Installer dans le regard un système de mise en charge (trop* plein) pour garder le bassin en eau. Le niveau de l’eau doit arriver quelques centimètres plus bas que les gravillons. Il faut creuser les graviers pour avoir accès à l’eau.

Étape 9 -

Notes et références

https://fr.wikipedia.org/wiki/Eutrophisation

Draft