Proposition Tutoriel - Phytoépuration

Tutoriel - Phytoépuration

Traiter les eaux grises par les plantes

Difficulté : Moyenne

Durée : 2 jours 

Coût : max. 50€

Sommaire :

1) Introduction 

2) Matériel

3) Fonctionnement

4) Montage

5) Notice et conseils d'utilisation

6) Entretien

7) Notes et références

Introduction :

Dans de nombreux pays en voie de développement, la problématique de l'accès à l'eau et de son assainissement est un enjeu majeur. N'étant que très rarement raccordés au réseau de distribution, les populations locales ont l'obligation d'effectuer de longues et pénibles marches afin de s'approvisionner en eau à une borne fontaine (ou à une source). De plus, ces bornes doivent desservir une très grande part de la population, ce qui à pour conséquence une perte de temps énorme en plus de tout le reste ! Enfin, ce système est évidement payant, et représente un coût relativement élevé pour les familles (ex: 0,10€/25l en République Démocratique du Congo). L'eau ainsi récupérée, et ramenée au village est stockée dans des bidons à l'intérieur des habitations en attendant d'être utilisée pour les tâches ménagères (cuisine, lessive, vaisselle, douche,...). Une fois cela fait, ces eaux chargées en polluants (savon, huile, déchets organiques, métaux,...) sont rejetées à même le sol autours des habitations. Cela à pour conséquence une pollution des sols et des nappes phréatiques, d'où l'importance d'agir au plus vite.

Le projet pourrait convenir à de nombreux pays en zone tropicale humide ou équatoriale, favorable au développement des plantes et limitant l'évapotranspiration. 

La solution que nous proposons pour répondre à cette problématique a été pensée pour la République Démocratique du Congo.  Ce pays d'Afrique centrale a la caractéristique de disposer d'eau en abondance, mais elle est extrêmement polluée, et difficilement utilisable. Ainsi moins de 25% de la population a accès à des sources d'eau améliorées en zone rurale, cela a pour conséquence que le pays est extrêmement touché par les maladies infectieuses liées aux eaux non traitées (Diarrhées...).

Matériel : 

Liste des matériaux :

• 2 fûts (Métal/PVC) 220l
• 1 bâche en plastique imperméable (2,50m x 1,00m) 
• Des briques de terre crue (approx. 70, dimension 30x10x10)
• Pierres (20/31mm; 0,28m³)
• Pouzzolane / Céramique concassée (16/22mm; 0,28m³)
• Petits cailloux / Billes d'argile (4/10mm; 0,28m³)
• Plantes aquatiques (9 pieds maximum)
• 20 cm de tube en PVC diam. 50mm
• 2 coudes en PVC diam. 50mm (45°; 90°) 
• Un tube de colle étanche

*Afin de réduire les prix au maximum, cette liste résulte de nos recherches des matériaux de récupération disponibles sur place.

Liste des outils :

• Meuleuse d'angle (découpe métal et plastique)

Fonctionnement :

Le projet fonctionne selon 3 grands principes : physique, qui permet à l'eau de s'écouler et de suivre son cours pour être purifiée et réutilisée ; biologique, qui fonctionne grâce à des bactéries et aux mécanisme de l'assainissement ; et chimique, qui participe à l'assainissement grâce aux réactions qui ont lieu dans le substrat composé de granulat. 

Le fonctionnement physique : l'écoulement de l'eau
Le système est composé de 2 filtres superposés à travers lesquels l'eau agit de manière différente.
Le premier filtre, situé sur le dessus, est le "filtre vertical". Il est composé de 3 couches de substrat différents (fin, moyen, gros) à travers lesquelles l'eau percole de manière rapide (< 5min.). Lorsqu'elle atteint le fond du filtre, elle s'écoule naturellement à l'extrémité du second filtre, situé juste en dessous.
Le second filtre, est le "filtre horizontal". C'est un système de filtration lent ou l'eau doit stagner durant +/- 1 journée, et quoi doit toujours être rempli. Il fonctionne selon un principe de d'évacuation par débordement situé à l'extrémité opposée du fut. Lorsque l'on ajoute de l'eau contaminée dans le système celle-ci vient chasser l'eau purifiée, et l'évacue à l'extérieur du projet par un effet de vases communicants. Pour que ce phénomène fonctionne, il est nécessaire que le tube d'évacuation soir situé plus bas que les haut du filtre. 

Le fonctionnement biologique : l'épuration de l'eau I

Comme énoncé plus haut, les 2 filtres sont de natures différentes et n'ont donc pas les mêmes effets biologiques.
Le filtre vertical, n'est jamais rempli d'eau, elle ne fait que le traverser. Il fonctionne donc dans un milieu très aéré dans lequel se développent des bactéries aérobies.
Au contraire, le filtre horizontal, est constamment immergé, et fonctionne grâce à des bactéries anaérobies.
Dans les deux cas, elles vont trouver refuge au sein du système racinaire des plantes situées dans chaque filtre. Les bactéries permettent ainsi de décomposer et de consommer de nombreux polluants de l'eau, carbonés et azotés, nécessaire à leur développement.

Le fonctionnement chimique : l'épuration de l'eau II
La surface poreuse des différents granulats présents dans chaque filtre va engendres un phénomène connu en chimie sous le nom d'adsorption, c'est à dire, la capacité d'une surface solide à capter différentes molécules. Dans ce cas, l'adsorption joue un rôle important dans l'assainissement de l'eau contaminée par des matières organiques ou des métaux lourds

Montage :

Etape n°1 : S'approvisionner en matériel

La construction du système d'assainissement ne nécessite pas beaucoup de matériel. Cependant son prix peut tout de même considérablement varier selon que l'on réussit à trouver des matériaux de récupération sur place ou non.

• Les bidons de 220l sont assez faciles à trouver dans les déchèteries, mais dans le cas contraire il faut débourser +/- 50€.
• Les tuyaux et coudes en PVC peuvent être achetés pour moins de 5€, et partagés entre plusieurs familles car ils sont généralement vendus au mètre. (Attention à bien vérifier le diamètre des tuyaux et qu'ils s'emboitent bien avec les coudes)
• La structure du projet peut être fabriquée à partir de briques de terre crue qui sont des matériaux locaux, économiques et qui nécessitent peu de qualification (ou autre matériaux selon contexte).
• Il existe de nombreuses variétés de plantes aquatiques en Afrique qui peuvent s'adapter au projet. Selon le lieu d'implantation du projet, elles pourront éventuellement être récupérés aux abords de rivières, fleuves... Sinon elles peuvent être acheté pour +/- 25€ (9 pieds)
• Les différents substrats peuvent également être ramassés par terre, dans les cours d'eau...(selon le contexte). Il suffit de trouver des pierres poreuses et non calcaires de différentes tailles, et des morceaux de céramique concassée peuvent remplacer le pouzzolane.

En réussissant à trouver les matériaux de récupération, le projet peut ne s'élever qu'à une dizaine d'euros.

Etape n°2 : Maçonner la structure en brique

Les artisans locaux ayant une connaissance des matériaux peuvent apporter une certaine aide dans cette étape de maçonnerie. 

La structure permet aux fûts d'être disposés l'un au dessus de l'autre, d'améliorer la stabilité et de faciliter l'accès au filtre à écoulement vertical dans lequel on déverse les eaux usées.
Dans ce cas il a été designé avec des briques de terre crue de 30x10x10cm.  (Il pourrait s'adapter différemment en fonction des briques à disposition)
Il est préférable d'installer le projet le long de la façade nord de l'habitation, ou dans une zone ombragée pour limiter l'évapotranspiration.

• Maçonner la structure suivant le plan ci-joint, en pensant bien à alterner le sens des briques selon les couches. 
• Laisser sécher 24h.

Etape n°3 : Découper les fûts

Remarque : c'est l'étape la plus délicate.

Il est conseillé d'utiliser une meuleuse pour découper les fûts métalliques, mais en fonction du matériel nécessaire, cette étape pourra être réalisée avec une scie à métaux ou une scie sauteuse.

Fut n°1 :

• Couper la partie inférieure du fut sur tout son diamètre (voir schéma) (Attention! C'est la partie qui ne contient PAS les bouchons!). Cela permettra de le remplir de gravats et de planter les plantes par la suite.
• Retourner le fût, bouchon vers le bas, afin de profiter du bouchon pour évacuer l'eau dans le deuxième filtre.

Fut n°2 :

• Reproduire la même étape que précédemment afin de retirer la partie inférieure du fût
• Couper le fût en 2 dans le sens de la hauteur. (Attention ! Veillez à ne pas couper trop près des bouchons car ils serviront pour l'évacuation des eaux).
• Placer les 2 demis-fûts bout à bout, avec les parties creuses au centre, comme sur le schéma, afin de former un sorte d'auge.

Etape n°4 : Assembler et placer le tube en PVC

Les tubes de PVC ont comme rôle d'évacuer l'eau assainie.

Il est conseillé d'utiliser un coude à 45°, un autre à 90° ainsi qu'un morceau droit de approximativement 20cm pour réaliser l'évacuation.
Attention! Il s'agit d'une étape simple mais qui doit être bien accomplie afin de garantir l'étanchéité du système.

• Couper un morceau +/-20cm de tube droit.
• Appliquer de la colle étanche à l'intérieur des 2 coudes.
• Placer le coude à 45° à une extrémité du tube droit et le coude à 90° à l'autre extrémité, en faisant attention de les orienter comme sur le schéma ci-contre.
• Afin de garantir une bonne étanchéité sur le long terme, il est conseillé de rajouter un peu de colle au niveau des liaisons coude/tube à l'extérieur 

• Laisser sécher 24h.

• Assembler les tubes d'évacuation en PVC au fût du filtre horizontal. Pour cela, encoller l'extrémité du coude à 45° et la placer dans le goulot d'évacuation du fût.
• Ne pas hésiter à abuser de la colle, autour du coude de part et d'autre du fût, afin de garantir une bonne étanchéité sur le long terme.

• Laisser sécher 24h.

• Attention! Il est conseillé de faire des tests d'étanchéité avant d'aller plus loin. Une fuite sera beaucoup plus compliquée à réparer une fois le bac rempli.

Etape n°5 : Placer les fûts vides sur la structure en briques

• Placer les fûts vides sur la structure en brique, une fois remplis, ils seront difficilement déplaçables.
• Veillez à ce que l'évacuation du filtre verticale se trouve bien au dessus du filtre horizontale, que l'ensemble soit stable et conforme au schéma ci-joint.
• Recouvrir le filtre horizontal avec la bâche en plastique afin d'éviter des pertes d'eau entre les deux parties du fûts.

Etape n°6 : Remplir les fûts avec les granulats

Comme précisé dans l'étape n°1, les différents cailloux peuvent être achetés ou ramassés sur place. Dans les deux cas, il est conseillé de les rincer abondamment (dans la rivière par exemple), avant de les utiliser pour remplir les fûts. Cela permettra au système de fonctionner plus rapidement.

Fût n°1 : 
Le filtre vertical est constitué de 3 couches horizontales superposées. Veillez à respecter l'ordre suivant et à bien vous référer au schéma, le substrat le plus fin doit se situer en haut du bac.

• Déverser dans le premier 1/3, au fond du fût (bouchon en bas, et orienté au dessus du filtre horizontal!), les cailloux les plus grands dont vous disposez (+/-20/31mm).
• Remplir le deuxième tiers avec les cailloux ou la céramique concassée de taille moyenne (+/-16/22mm).
• Couvrir le dernier 1/3 avec des petites billes d'argile, ou de petits cailloux (+/- 4/10mm).

Fût n°2 : 

Le filtre horizontal est constitué de 3 épaisseurs verticales de substrat. Veillez à respecter l'ordre suivant, et à bien vous référer au schéma, le substrat le plus fin doit se situer vers l'évacuation en bout de circuit.  

• Dans le premier 1/3 situé sous l'évacuation du filtre vertical, remplissez le bac de gros cailloux (+/-20/31mm).
• Dans le second 2/3, juste à coté, placer des morceaux moyens de céramique concassée ou de pouzzolane (+/-16/22mm).
• Enfin dans le dernier 1/3, situé du coté des tubes en PVC, remplissez le filtre de petites billes d'argile ou de petits cailloux (+/- 4/10mm).

Si vous faites des recherches complémentaires sur la phytoépuration, vous remarquerez que selon les constructeurs, vous trouverez de nombreuses variantes quant au choix du substrat dans les différents filtres. Ici le choix à été de réduire au maximum le nombre de matériaux différents et de simplifier le projet, afin de le rendre adaptable à de nombreux contextes. Il est toutefois intéressant de noter que des matériaux comme la pouzzolane ou de l'argile, sont très efficaces et favorables pour leur capacité de filtration et d'adsorption qui rendent le système plus performant.

Etape n°7 : Planter les plantes

C'est probablement l'étape, la plus simple mais il faut tout de même être attentif au choix des plantes, et à la manière de les planter.

• Remarque : Veillez à bien vous munir de plantes aquatiques !
• Attention à bien répartir les plantes dans les bacs et à ne pas excéder 1 pied tous les 30cm, car elles ont besoin d'espace pour le développement de leur système racinaire, et que certaines variétés sont parfois un peu envahissantes
• Creuser des trous dans l'épaisseur du granulat pour y planter les plantes. (Attention ! Veillez à ce que l'intégralité du pied soit recouvert de cailloux, et à enfoncer les plantes suffisamment profondément).

Diverses plantes peuvent être utilisée pour que le système soit efficace.

Il est conseillé si vous le pouvez, en fonction de votre position géographique, d'utiliser les variétés suivantes dont nous pouvons garantir l'efficacité : massette, scirpe, jonc, iris, acore, laîche, menthe aquatique, phragmite...

Mais il existe bien d'autres plantes épuratrices à travers le globe.

Notice et conseils d'utilisation :

Une fois le low-tech en place, il faut attendre +/-5 semaines pour le considérer comme efficace. Les plantes ont besoin de temps pour s'adapter à leur nouveau milieu, et les bactéries nécessitent un certain temps afin de se développer et d'être efficaces.
Il est tout de même nécessaire d'utiliser le système pendant cette période, en y versant +/- 100l d'eau par jour, afin de supprimer les dernières poussières présentes autours des granulats et d'améliorer la turbidité de l'eau.

L'utilisation est relativement simple.
Les bidons contenant des eaux usées (vaisselle, cuisine, douche, lessive,...) doivent être déversés directement dans le premier bac, qui est le filtre à écoulement vertical. Cette première filtration rapide (moins de 5min.) doit ensuite s'écouler dans le second fût, le filtre à écoulement horizontal.
Le filtre horizontal déjà saturé en eau, s'évacue ensuite par débordement dans des bidons propres situés sous le tuyau d'évacuation en PVC. Ainsi, l'eau qui sort par le tuyau en PVC est épurée, et peut être réutilisée, pour les taches ménagères, sans avoir besoin de marcher pendant des heures pour s'approvisionner en eau.
Pour résumer, les seuls gestes à assurer par l'Homme sont le versement des eaux usées dans le premier bac, et la récupération de l'eau assainie dans un second bidon en fin de circuit.

Voici quelques conseils provenant de notre expérience personnelle et de nos recherches :

• Placer le système le long de la façade nord d'une habitation va permettre d'avoir un éclairage suffisant et réduire les pertes due à l'évaporation.
• Veillez à garder dans le second bac un niveau de substrat plus haut que le niveau d'eau, cela permet d'empêcher la prolifération des moustiques.
• Pour réduire au maximum les pertes due à l'évaporation, il est possible de placer une bâche en plastique sur le substrat du filtre horizontal. Veillez toutefois à laisser des ouvertures pour que les plantes puissent s'épanouir. Selon nos études cela peut permettre de réduire de moitié les pertes par évaporation. 
• Il est possible que les eaux usées rejetées dans le système contiennent des savons, graisses..., Cependant, il est déconseillé d'injecter des eaux contaminées par des produits chimiques corrosif comme la Javel. En très faible quantité, ils n'affecteront pas les plantes, mais sur le long terme cela risquerait de détruire les bactéries ou de faire mourir les plantes. 
• Afin d'être en accord avec le cycle naturel des plantes, nous conseillons de vous lancer dans l'aventure au printemps ! 
• Les plantes se développent et nécessitent un certain espace. Veillez à respecter un nombre de 6 pieds de plantes par m², pour garantir l'efficacité du système, et le développement correct des plantes.
• Ne pas jeter les eaux noires (vannes) dans le système. Il n'est pas fait pour cela (trop petite taille, odeur, maladies,...)
• Ne pas jeter les les eaux de ruissellement (toitures) dans le système. Il n'est pas fait pour cela, cela risquerait de détruire le système de bactéries et de créer des réactions chimiques non favorable à l'épuration de l'eau.

Entretien :

Un des avantages du "device", est le peu d'entretien qu'il nécessite.
Seules les plantes ont besoin un coup d'œil régulier afin de vérifier qu'elles se développent bien. Les parties de plantes qui brunissent peuvent ainsi être retirées, afin de favoriser le développement du reste de la plante.
Une fois par an, il peut être nécessaire de prendre un peu de temps pour nettoyer, couper, désherber plus en profondeur. Certaines plantes se développent plus vite que d'autres, ainsi, afin de garder un certain équilibre dans vos bacs, il est possible de bouturer les plus grosses plantes. Cela permet également de réduire le frais si vous souhaitez fabriquer un nouveau device.
En utilisant le low-tech, une couche se formera à sa surface au fil des utilisations, bien que non néfaste pour l'installation, vous pouvez la retirer. Si la tâche est effectuée une fois par an, la couche de déchets à retirer sera équivalente à 1 cm d'épaisseur. Cette couche composée de déchets organiques peut être réutilisée autre part comme compost par exemple, elle formera un excellent engrais pour vos plantes !

Notes et références :

Liens vers nos différents travaux et recherches :

• Etude sur la potabilité de l'eau
• Etude sur le traitement de l'eau
• Etude sur la phytoépuration

Phytoépuration - Contexte, Validation et Test

Résumé

En République Démocratique du Congo, l'eau ne manque pas, il y en a partout ! Mais elle est de très mauvaise qualité et contaminée par de nombreux polluants. L'utilisation de l'eau en zone périurbaine et rurale est problématique car n'ayant pas de raccordement à l'eau, les habitants sont forcés d'effectuer une longue marche (parfois plus de 2km aller) afin de s'approvisionner, sans aucune information sur la qualité de l'eau. L'utilisation de celle-ci est aussi problématique car elle est simplement rejetée à même le sol (souvent autour des maisons) après utilisation , ce qui participe à la contamination des nappes phréatiques (infiltration) et des cours d'eau (ruissellement).

Pour répondre à cette problématique, nos recherches nous ont conduits à approfondir la question de la phytoépuration, afin de traiter les eaux grises dans le but de réduire le nombre d'aller-retour à une source d'eau et de participer à une décontamination des sols.
Dans un premier temps il sera nécessaire de se rendre sur place et installer le "device" avec les matériaux trouvés sur place (Bidons, Sables et graviers, Plantes des lieux,...). Ensuite de quoi, les habitants pourraient copier les installations afin de les reproduire chez soi.

Contexte et problématique:

Pour quel contexte développez vous votre low tech ?

-Le contexte pour lequel l'installation est développée est la République Démocratique du Congo. Et en particulier la zone périurbaine de Kinshasa.

Quel est votre problématique identifiée ?

-Bien que très présente, l'eau est de mauvaise qualité. La population a de plus une mauvaise gestion de l'eau, et ils sont très mal desservis en eaux.

Quel design ? Pourquoi ?

-Le design est assez simple, il s'agit d'avoir deux bacs de filtration superposés. Le premier est un filtre à écoulement vertical, et nécessite une forme étirée sur la hauteur afin que l'eau traverse par gravité une couche plus importante de substrat. Ce premier bac s'écoulerait dans un second bac dont la forme serait étiré mais sur la longueur afin de fournir un maximum de surface pour la filtration par les plantes. L'intérêt du projet est d'utiliser des matériaux locaux.

Comment fonctionne votre low tech par quels mécanismes ?

-Comme dit plus haut, notre low-tech nécessite deux bacs de filtration.

Un seau/une bassine d'eau contaminée doivent être vidés par l’Homme dans le premier bac de filtration où l’eau effectuera un passage rapide, par filtration verticale. Le substrat participera à l’élimination des matières en suspension, avec un prétraitement (aérobie) par certaines plantes. L’eau pré-traitée s’écoulera dans un second bac où elle effectuera un passage plus long (+/- 24h). Ce bac est constamment rempli d’eau, la filtration se fait de manière horizontale grâce aux bactéries anaérobies cette fois ci, qui se trouvent autour du système racinaire des plantes. L’eau sort du bac par un système de débordement par effet de vases communicants.

Pour quelle utilisation ?

-Nous imaginons qu’avant d’être utilisée, l’eau pourrait passer par notre système afin d’éliminer les éventuelles particules qui pourraient s'y trouver; mais aussi rejeter dans celui-ci les eaux grises provenant des vaisselles, lessives, de la cuisine… Ce qui permettrait aux habitants de réduire les trajets pour aller chercher de l’eau, avoir une eau de meilleure qualité, et participer à une décontamination des sols.

Fabrication (partie technique à publier sur le low tech lab, inspirez vous des tutoriels sur http://lab.lowtechlab.org/index.php?title=Utilisateur:Nomade_des_Mers)

Quels processus ou techniques de fabrication doit on utiliser pour fabriquer votre low-tech ?

-Seulement une fabrication manuelle - assemblage de matériaux locaux.

Quels matériaux ?

Matériaux de récupération :

-2 Futs métalliques de 220L(Qui serviront de bacs de filtration)

-Morceau de tube PVC (Pour l’évacuation de l’eau du second bac, par débordement)

-Bidons Jaunes (Pour verser l’eau dans le système, et la récupérer en sortie)

-Cailloux, gravats et sables (Serviront de substrats pour les plantes, et de filtration mécanique)

-Plantes aquatiques (Serviront pour la filtration microbienne)

Quel coût ?

Prix estimé : +/- 50 euros

Les bidons jaunes sont bien souvent déjà possédés, ou sont achetés au prix de 2euros.

Les futs métalliques et le tube peuvent être récupérés dans des décharges ou achetés.

Les cailloux, sables… peuvent être ramassés.

Les plantes sont récupérees près des points d’eau ou achetées.

Temps de fabrication ?

-1 journée

Entretien ?

Entretien presque nul.

Nécessité de s’occuper de temps en temps des plantes :

-Enlever les parties mortes

-Bouturage quand la plante devient trop envahissante (technique de reproduction)

Autre :

-Enlever le dépôt en surface formé par les matières non solubles (annuellement)

Comment utilise-t-on votre système ?

Notre low-tech est designé à l’échelle de l’habitat.

Il se situe à l’extérieur de l’habitat, le long de la façade nord, ou dans une zone ombragée.
Une personne doit déverser un bidon d'eau grise dans le filtre vertical et peut récupérer de l'eau de baignade dans un second bidon placé en sortie du système. 

Test et validation:

Établir une liste de critères sur lesquels le bon fonctionnement de votre low-tech doit être évaluée ?

-Comparaison de la qualité de l’eau en entrée et en sortie

-Étanchéité

-Veiller au maintien de la végétation (Enlever partie morte, bouturage, …)

-Le niveau d’eau du second bac ne peut dépasser la substrat afin de ne pas participer à la prolifération des moustiques

Évaluez votre low tech ?

-Nous avons bon espoir en notre low-tech, à l’échelle de l’habitation il ne prend pas énormément de place et peut s’installer en façade. La facilité de fonctionnement et la visibilité de l’effet épuratoire pourraient participer à son développement. De plus l’utilisation de plantes pourraient participer à développer une économie à l’échelle du quartier au vu de leur utilisation pour l'artisanat.

Qu’est-ce qui marche et qu’est-ce qui ne marche pas ?

Fonctionne :

-Écoulement de l’eau

-Élimination des graisses, huiles,…

-Élimination des particules non dissoutes

Ne fonctionne pas :

-Turbidité (L’installation étant actuellement trop récente, et les plantes en dormance, leur efficacité n’est pas encore maximale, de plus les cailloux donnent encore une légère teinte à l’eau qui devrait disparaître)

-Circuit fermé (Prise en compte de l’évaporation)
-Eau non potable en sortie

Démontrer ce qui marche ?

Qu’est ce qui pourrait être amélioré ?

-A défaut de trouver des pierres volcaniques (Pouzzolane) sur place, il peut être intéressant d’effectuer différents essais avec des granulats de différents types sur place ou utiliser des morceaux de céramique concassés. (Éviter les roches calcaire)

-Évaporation (doit encore être étudiée)

Quelles sont les perspectives d’utilisations et d’amélioration ?

-Nous souhaiterions que les familles adoptent le système et qu'elles utilisent le device quotidiennement pour déverser leurs eaux usées afin de favoriser la décontamination des sols, rivières, de réduire leurs trajets, et d'améliorer la qualité de leurs eaux.
-Afin d'améliorer le système, il serait intéressant de pouvoir réaliser un système de filtration (ultrafiltration) s'adaptant au goulot des bidons permettant de rendre l'eau potable.

Comment votre projet pourrait desservir le contexte et la problématique identifiée ?

-Si il est mal utilisé ou peu entretenu, il peut favoriser la prolifération des moustiques

Recherche du contexte et du dispositif - Phytoépuration

Low-Tech.

Carte pénurie eau dans le monde :

[http://www.encyclopedie-environnement.org/eau/existe-il-risque-penurie-eau/]

Dans la recherche d’un contexte d’implantation de notre « device », nous commençons par une analyse du manque d’eau au niveau mondial.

Sur la carte nous remarquons très vite que le continent le plus touché par la rareté de l’eau est le continent Afrique. L’entièreté du continent a des difficultés liées à l’eau que ce soit d’un point de vue « physique » ou autrement dit climatique dans les pays chaud, et économique dans le centre de l’Afrique.

Carte climatique (Afrique) :

[http://www.futura-sciences.com/planete/dossiers/developpement-durable-mali-oasis-biodiversite-570/page/6/]

S’en suit une étude plus approfondie du continent Africain, la première étape est une analyse du climat.

Nous pouvons apercevoir sur la carte que l’Afrique est constituée de 6 zones climatiques.

Une des particularité (due à l’équateur) est la forte humidité au centre de l’Afrique, qui est extrêmement verte. Et au plus nous nous éloignons du centre, au plus nous nous dirigeons vers des zones de plus en plus arides.

Les deux zones vertes les plus centrales ont la particularité de ne pas avoir de saisons sèches.

Carte de l’accès à l’assainissement des eaux usées en zone rurale (Afrique)

[http://www.un.org/spanish/waterforlifedecade/africa.shtml]
Une grande attention va être portée à l’étude des pays les plus nécessitant un traitement/ assainissement des eaux usées.

Nous focalisons notre recherche sur les résultats en zones rurales.

Bien que dans de nombreux pays, les zones urbaines ne sont pas énormément développées, nous trouvons toutefois souvent un réseau de raccordement à l’eau. (Même si celui-ci n’est pas toujours efficace)

Tandis qu’en zone rurale, le raccordement n’est pas existant, ils sont donc plus nécessiteux d’un accès à une eau potable. Certaines méthodes de distributions sont toutefois mises en place de manière informelle.

Cartes Maladie (Afrique) :

[https://www.pri.org/stories/2014-10-27/map-shows-which-deadliest-infectious-disease-where-you-live]

Sur cette carte des maladies les plus présentes, et meurtrières dans chaque pays, nous nous rendons compte qu’il y a principalement 4 maladies répandues sur toute l’Afrique.

Sida → Infection par rapport sexuels, sang infecté.

Tuberculose → Infection par la salive principalement.

Malaria → Infection par sang infecté, piqure de moustique.

Diarrhées → Infection par bactérie E Coli, contenue dans les eaux non traitées.

Nous imaginons que l’impact de notre Low-Tech sera d’autant plus efficace dans les pays où la première cause de mortalité est liée au non traitement des eaux.



Situation Congo :

[http://d-maps.com/carte.php?num_car=4338&lang=en]

Notre étude nous conduit naturellement vers la République Démocratique du Congo.

1) Climat équatorial, et climat tropical. (→ réduire évaporation de notre device)

2) Moins de 25 % de la population a accès à une eau traitée.

3) La plus grande cause de mortalité est due au non traitement de l’eau.

Quelques données propre à la République Démocratique du Congo:
% de la population utilisant des sources EPA* en milieu urbain:     83%
% de la population utilisant des sources EPA en milieu rural:     31%
% de la population ayant accès à un assainissement adéquat de l'eau en milieu urbain:     36%
% de la population ayant accès à un assainissement adéquat de l'eau en milieu rural:     4%

*EPA: Eau Potable Améliorée -> Quand un accès de type puit, fontaine, ... est accessible à moins d'un kilomètre de l'habitation et fournit au minimum 20l/personne/jour.

Recherche sur les besoins:

Afin d’agrandir nos connaissances sur le sujet des besoins dans les pays en voie de développement du point de vue de l’accès à l’eau potable, nous nous sommes penchés sur les études effectuées par l’OMS (Organisme Mondial pour la Santé), l’ONU (Nations Unies) et sur leurs scientifiques travaillant et publiant sur le sujet.

Ainsi d’après les Nations Unies, près de 1,8 milliards de personnes dans le monde vivent à proximité, et utilisent une source d’eau contaminée, par des matières fécales entre autre, et provoquant de nombreuses maladies, comme la dysenterie, le choléra, la polio, …

Il est aussi important de savoir que 80 % des eaux utilisées par l’homme, et donc polluées, sont rejetées dans les rivières et les mers sans aucun traitement. Ce qui participe à une pollution des eaux toujours plus étendue.

Toujours en se basant sur les Objectifs de Développement Durable, et en particulier sur les cibles de ceux-ci. Nous pouvons remarquer l’importance de l’épuration des eaux usées.

Cibles :

6.2 D’ici à 2030, assurer l’accès de tous, dans des conditions équitables, à des services d’assainissement et d’hygiène adéquats et mettre fin à la défécation en plein air, en accordant une attention particulière aux besoins des femmes, des filles et des personnes en situation vulnérable.

6.3 D’ici à 2030, améliorer la qualité de l’eau en réduisant la pollution, en éliminant l’immersion des déchets et en réduisant au minimum les émissions de produits chimiques et de matières dangereuses, en diminuant de moitié la proportion d’eaux usées non traitées et en augmentant considérablement à l’échelle mondiale le recyclage et la réutilisation sans danger de l’eau.

C’est donc l’analyse de cette problématique, qui nous a naturellement dirigé à approfondir la question de l’épuration, autant d’un point de vue des grosses installations que des installations à petites échelles, avec et sans utilisation d’énergie électrique.

Nous continuons nos recherches cette fois ci, en prenant en compte l’utilisation des plantes dans le système d’épuration, ou autrement dit : la phytoépuration.

Quel Low-Tech ?

La Phytoépuration !

Pourquoi choisir la phytoépuration ?

• Ne nécessite pas d’électricité. (Seule énergie nécessaire → Solaire → Photosynthèse)
• Entretien presque nul ! (Pas de vidanges, juste un curage (tous les 10 ans))
• Impact positif sur la biodiversité !

• Avantages en terme de coûts et d’entretien (-> La technique d’épuration/assainissement la moins coûteuse !)
• Nouvel intérêt pour la gestion des eaux usées
• Importance qu’elle redonne aux plantes.

La phytoépuration, c’est quoi ?

En un mot → Des plantes, un substrat et des micro-organismes.

De ces 3 composants résulte une action combinée et sont la base de tous les dispositifs de phytoépuration.

L’épuration à proprement parlé n’est pas du fait des plantes, mais bien des micro-organismes, l’action des végétaux en eux même est en réalité limitée.

Les plantes sont le support de fixation de ces micro-organismes, et créées les conditions de vie nécessaire aux micro-organismes.

Le substrat va être utile par phénomène d’adsorption (qui est la fixation des molécules sur des surfaces solides), et la rétention de polluants par réactions chimiques.

[La phytoépuration – Assainissement collectif et individuel, dépollution… ; Aymeric et Guillaume LAZARIN]

Quelle pollution ?

Toute sorte : organique, chimique et microbiologique.

Pollution Organique :

Désigne l’ensemble des substances d’origine biologique contenues dans les eaux usées (Excrément, Urine, Fumier, …)

Ce sont des molécules composées de Carbone, Azote et Phosphore, qui sont tous les 3 oxydables.

Est-ce que le fait de savoir qu’elles sont oxydables nous aides ? Bien-sûr , cela signifie qu’en présence d’oxygène, les micro-organismes (Aérobies) sont capables de dégrader ces éléments, et ils les transforment en minéraux.

Les plantes n’ont que très peu d’effet à ce niveau, ce sont les micro-organismes qui vont assurer le gros du travail par différentes réactions (Ammonification, nitrification, dénitrification).

Pollution Chimique :

Une grande diversité de molécules se cachent sous ce terme.

Ces molécules proviennent de l’industrie , des transports, de l’agriculture ainsi que de notre propre consommation.

La phytoépuration est efficace contre les pollutions chimiques et cette fois ci, c’est directement dans les plantes que nous trouvons la solution. Les plantes n’ont évidemment pas besoin d’assimiler des molécules chimiques pour leur croissance, bien au contraire cela est même plutôt nocif pour elles.

Le fait est que d’après les recherches actuelles dans le domaine, des chercheurs ont mis en avant la capacité des plantes à capter, assimiler, stocker et parfois même dégrader les polluants chimiques nocifs.

Pollution Microbiologique :

Les eaux contaminées par les excréments peuvent être très riches en micro-organismes tels que : bactéries, virus, parasites, protozoaires, …

Ces agents pathogènes, si ils sont rejetés dans l’environnement peuvent contaminer les êtres vivants, et évidemment les humains aussi.

Chez nous le problème est rare, il frappe surtout les populations des régions tropicales.

Un des enjeux est donc la destruction des germes pathogènes.

Nous allons considérer que les végétaux ne détruisent pas directement les agents pathogènes, mais grâce à leurs racines elles vont permettre le développement de bons micro-organismes, qui vont éliminer les pathogènes par concurrence.

Les scientifiques ont démontrés que la densité des micro-organismes est extrêmement importante au niveau des racines (Rhizosphère) car : il y a une production d’exsudats (Glucides, enzymes, sels minéraux,...), il y a une grande oxygénation et c’est une zone d’ombrage.

Autres rôles des plantes ?

Matières en suspension :

Regroupe tout ce qui n’est pas dissous, et se retrouve en suspension dans l’eau. Ceci est normalement problématique car provoque des dysfonctionnements par colmatage.

En phytoépuration, cela sera traité dans un bac vertical, comme tout le reste. Ce sont les plantes qui vont se charger de traiter les matières en suspension.

Toutes ces matières vont former une couche sur le dessus du bac du filtration, qui sera dé-colmaté par les nouvelles pousses des plantes qui vont casser la croûte.

Ainsi que sous l’action du vent si il y en a.

Evapotranspiration :

En fonction de l’utilité du bac, son rôle sera plus ou moins bénéfique.

Dans le cas d’un traitement avant de relâcher les eaux dans la nature, l’évapotranspiration va permettre de réduire la quantité d’effluents à rejeter dans le milieu et/ou réduire les quantités d’eaux pluviales à stocker.

C’est un phénomène extrêmement complexe à appréhender vu son caractère irrégulier, non permanent et anecdotique.

Mauvaises odeurs :

Normalement un filtre bien planté ne produit pas de gaz de fermentation, responsable de mauvaises odeurs. De plus par l’écran qu’ils forment avec leurs feuillage, ils parviennent à confiner les éventuelles mauvaises odeurs.

Comment fonctionnent les bacs ? (2 types de bacs. Vertical & Horizontal.)

Filtre planté à écoulement vertical :

2 rôles : Filtration & Oxydation.

Filtration → Matières en suspension sont retenues en surface du massif filtrant.

Oxydation → Substrat sert de support aux bactéries qui assurent l’oxydation des polluants organiques dissous.

Infiltration par simple gravité, percolation au travers du massif filtrant et ensuite drainage en fond de bac, vers le suivant.

En général, dans ce bac, c’est le roseau commun qui est planté (Phragmite), car il supporte très bien les phases d’inondations et de repos, l’eau est particulièrement chargée, il se développe très bien et décolmate la couche supérieure de boue si il y en a, et fixe très bien le substrat.

Il faut bien choisir la taille des granulats, ainsi que leurs composition chimique ! Attention à éviter les granulats calcaire qui se dissout et cause des dysfonctionnements.

Filtre planté à écoulement horizontal :

Les effluents reçus ici, sont préalablement filtrés. (Dans notre cas, par le filtre vertical)

Une des grandes différences est que ce filtre est en permanence saturé en eau.

On a ici un traitement biologique, qui fonctionne en deux mécanismes :

Partie inférieure du filtre → Pollution dégradée de façon anaérobie.

Partie supérieure du filtre → Pollution dégradée de façon aérobie.

Quelles sont les limites de la phytoépuration ?

Le Climat :

Les basses températures ne sont pas favorables à l’activité bactérienne et le gel diminue la capacité d’infiltration et d’oxygénation. Mais la phytoépuration n’est pas la seule à craindre les température fraiche et le gel, pour tout système d’épuration, c’est la même chose.

La place :

Un autre critère à prendre en compte est celui de la place que prend le système. De grande surfaces sont nécessaire. Pour cela, par chez nous c’est parfois compliqué à mettre en place vu l’urbanisation et la densification de l’habitat.

Quelles plantes a-t-on ?

Iris des marais (Iris Pseudacorus)

T° min= -20°c

Plante fréquente jusqu’à 800m d’altitude. Elle apprécie les zones humides et marécageuse tels que les bords d’étangs. Elle est très tolérante mais a une préférence pour les milieux neutres et acides plutôt que trop calcaire.

Efficace pour la dépollution des sols contaminés aux métaux lourds comme le Zinc et le Plomb. Incontournable en tant que plante épuratrice

Ils ont de fabuleux pouvoirs de fixation des sols, principalement en surface.

Joncs (Juncus)

T° min= -30°c

Apprécient les lieux humides comme les fossés, les bords de cours d’eau, …

Laîches (Carex)

T° min= -30°c

Apprécient les lieux humides comme les fossés, les bords de cours d’eau, …

Elimine les germes pathogènes et très bonne fixatrice du substrat

Massette (Typha Latifolia)

T° min= -20°c

Plante qui affectionne les eaux stagnantes et les rives lentes. Affectionne les milieux humides en voies d’assèchement.

Plante la plus utilisée en phytoépuration.

Croissance rapide

Menthe aquatique (Mentha Aquatica) 

T° min= -20°c

Culture très facile, aime le soleil et les sols humide. Elle s’étale très rapidement.

Classique de la phytoépuration

Odorante

Très bonne pour l’élimination de germes pathogènes

C’est une espèce hyper accumulatrice de Nickel.

Scirpe (Scirpus)

T° min= -18°c

Caractéristique des eaux dormantes, on la retrouve également en eaux calmes de rivières.

Grand pouvoir de fixation des sols grâce à son système racinaire.

Très bonne pour oxygéner l’eau

Sources :

Livre :

[La phytoépuration – Assainissement collectif et individuel, dépollution… ; Aymeric et Guillaume LAZARIN]

Web :

https://www.encyclo-ecolo.com/Phyto%C3%A9puration

https://www.lejardindeau.com/les-graminees/7022-carex-pendula.html

https://www.santonine.fr/sous-0-a-50-cm-d-eau/93-typha-latifolia.html

http://www.ecologs.org/vegetation/plantes-filtrant-l-eau-pour-le-traitement-en-phytoepuration-et-les-piscines-ecologiques.html

https://www.santonine.fr/sous-0-a-20-cm-d-eau/151-iris-pseudacorus.html

https://www.lejardindeau.com/aquatiques-et-de-marais/35510-scirpus-cernuus.html

http://baignades.sante.gouv.fr/baignades/editorial/fr/controle/interpretation.html

Documents
http://www.zylloo.com/documents/documents_pdf/Stat_fe_enfants.pdf  (Unicef)