EPURATION DES EAUX USEES DOMESTIQUES PAR QUELQUES …

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UNIVERSITE D’ANTANANARIVO FACULTÉ DES SCIENCES

DEPARTEMENT DE CHIMIE MINERALE ET CHIMIE PHYSIQUE ��

MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’ETUDES APPROFONDIES (DEA)

Option : CHIMIE DE L’ENVIRONNEMENT

Présentée par

RAKOTOARISON Harivololona Lalao

Membres du jury :

Président : Monsieur Georges REMY

Professeur titulaire

Rapporteur : Madame Josette RAKOTONDRAIBE


Responsable de la Formation doctorale en Chimie de l’Environnement

Examinateur: Monsieur Marson RAHERIMANDIMBY


29 Juin 2010

∼ Hydrocotyle verticillata ∼ Nasturtium officinale

∼ Azolla pinnata ∼ Lemna paucicostata

EPURATION DES EAUX USEES

DOMESTIQUES PAR QUELQUES

PLANTES AQUATIQUES

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REMERCIEMENTS

« Dieu a tout planifié », Gloire à Seigneur, Dieu tout puissant, qui m’a guidé tout au

long de ma vie, pour arriver au terme de ce présent travail.

Je tiens à exprimer ma reconnaissance à Madame Josette RAKOTONDRAIBE Professeur

Titulaire, Responsable de la formation doctorale en Chimie de l’Environnement à la Faculté

des Sciences de l’Université d’Antananarivo pour ses conseils judicieux et son aide

inestimable dans l’encadrement de ce mémoire. Je voudrais lui exprimer aussi ma gratitude

non seulement pour les longues et précieuses heures qu’elle m’a consacrées, mais aussi pour

la formation, l’ambiance chaleureuse qu’elle nous a transmise durant ces trois dernières

années.

Je tiens à témoigner de ma profonde gratitude à Monsieur Georges REMY, Professeur

titulaire, Directeur Générale de l’Enseignement supérieur et de la Recherche Scientifique, qui

a bien voulu présider le jury.

J'adresse également mes remerciements les plus sincères à Monsieur Marson

RAHERIMANDIMBY, Professeur titulaire, malgré vos occupations,vous avez voulue

accepter d’examiner ce présent travail.

Je n’omettrais pas de remercier tous les membres du jury qui ont pris de leur temps

pour assister à cette séance.

Je tiens également à remercier infiniment mes parents, à qui je dédie ce présent travail,

pour leur patience et leur encouragement, vis-à-vis de mes études; à ma sœur et mon frère qui

n’ont cessé de me soutenir moralement et matériellement pour que j’arrive au terme de ce

présent mémoire.

Une grande estimation aux étudiants en doctorat en chimie de l’environnement, à citer

Monsieur Manitra RAZAFINTSALAMA qui a voulu prêter main forte, et donner conseils

pour l’affinage de mes travaux, à Mademoiselle Nelly RAKOTO pour son aide précieux et sa

collaboration.

Et pour terminer, je réitère ma reconnaissance à tous ceux qui ont contribué de près ou de

loin, famille, amis, étudiant(e)s de ma promotion, à la réalisation de ce mémoire

Nous apprécions à sa juste valeur l’immense service que vous nous ayez rendu avec

bienveillance et que Dieu vous accorde sa récompense pour tout ce que vous entreprendrez.

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SOMMAIRE

REMERCIEMENTS..................................................................................................................................... II

LISTE DES TABLEAUX .............................................................................................................................. IV

LISTE DES FIGURES.................................................................................................................................. IV

LISTE DES GRAPHES ............................................................................................................................... IV

LISTE DES ANNEXES ................................................................................................................................V

LISTE DES ABREVIATIONS ....................................................................................................................VIII

INTRODUCTION ...................................................................................................................................... 1

4.1 Définition.......................................................................................................... 26 4.2 Principe............................................................................................................. 26 4.3 Lagunage à microphyte.................................................................................... 26 4.4 Lagunage à macrophyte......................................................................... 27 4.5 Lagunage de finition............................................................................... 27 1.1 Etude préliminaire ................................................................................. 29 1.2 Etude n° 01 : Etude comparative de la qualité de l’eau dans un système dimensionnelle (à l’entrée et sortie des cressonnières)......................... 29 1.3 Etude n° 02 : suivi systématique de l’eau dans un système discontinu 29 2.1. Objectif .................................................................................................... 31 2.2. Présentation du site étudié.................................................................... 31 2.3 Etude comparative des eaux : Etude n° 01.......................................... 35 3.1. Objectif .................................................................................................... 37 3.2. Présentation de l’expérimentation........................................................ 37 3.3 Paramètres de suivis............................................................................... 39 4.1 Objectif .................................................................................................... 40 4.2 Choix des paramètres pour l’analyse des eaux.................................... 40 Les paramètres étudiés figurent dans le tableau 13.................................................. 40 Le phosphate favorise le phénomène d’eutrophisation. L’azote est un facteur limitant de l’eutrophisation, il est signe de la dégradation de la qualité de l’eau car l’eutrophisation diminue le taux d’oxygène du milieu aquatique [20]. En anaérobie, le sulfate est transformé par les bactéries en sulfures ou en hydrogène sulfuré toxique et responsable de mauvaise odeur ; l’excès de sulfate peut nuire à la qualité de l’eau et peut limiter la production biologique de la plante.[07] ........................ 40 4.3 Outils et matériels................................................................................... 41 5.1 Etude n° 01 : Etude comparative de la qualité des eaux E et S.......... 42 1.1 Les normes et les résultats des paramètres physiques et biologiques de l’eau 43 1.2 Les normes et résultats des paramètres chimiques de l’eau............... 43 1.3 Interprétations des résultats.................................................................. 44 2.1. Variation de la teneur en sulfate dans l’eau......................................... 48 Nous représentons sur les graphes 1 à 4 le comportement des 4 plantes expérimentées vis-à-vis du sulfate contenu dans l’eau d’irrigation. ........................ 48 2.2 Variation de la teneur en phosphate dans l’eau........................................... 52 Nous représentons sur les graphes 5 à 8, le comportement des 4 plantes expérimentées vis-à-vis du phosphate contenu dans les eaux de cressonnière. ....... 52 2.3 Variation de la teneur en azote dans l’eau........................................... 54

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Nous représentons sur les graphes 9 à 12, le comportement des 4 plantes expérimentées vis-à-vis de l’azote contenu dans les eaux de cressonnière.............. 54 2.4 Variation de la teneur en potassium dans l’eau................................... 58 2.5 Variation de la turbidité en fonction du temps.................................... 59

REMERCIEMENTS..................................................................................................................................... II

LISTE DES TABLEAUX ...............................................................................................................................V

LISTE DES FIGURES...................................................................................................................................V

LISTE DES GRAPHES ................................................................................................................................V

LISTE DES ANNEXES ...............................................................................................................................VI

LISTE DES ABREVIATIONS ....................................................................................................................VIII

INTRODUCTION ...................................................................................................................................... 1

4.1 Définition.......................................................................................................... 26 4.2 Principe............................................................................................................. 26 4.3 Lagunage à microphyte.................................................................................... 26 4.1 Lagunage à macrophyte......................................................................... 27 4.2 Lagunage de finition............................................................................... 27 1.1 Etude préliminaire ................................................................................. 29 1.2 Etude n° 01 : Etude comparative de la qualité de l’eau dans un système dimensionnelle (à l’entrée et sortie des cressonnières)......................... 29 1.3 Etude n° 02 : suivi systématique de l’eau dans un système discontinu 29 2.1. Objectif .................................................................................................... 31 2.2. Présentation du site étudié.................................................................... 31 2.3 Etude comparative des eaux : Etude n° 01.......................................... 35 3.1. Objectif .................................................................................................... 37 3.2. Présentation de l’expérimentation........................................................ 37 3.3 Paramètres de suivis............................................................................... 39 4.1 Objectif .................................................................................................... 40 4.2 Choix des paramètres pour l’analyse des eaux.................................... 40 Les paramètres étudiés figurent dans le tableau 13.................................................. 40 Le phosphate favorise le phénomène d’eutrophisation. L’azote est un facteur limitant de l’eutrophisation, il est signe de la dégradation de la qualité de l’eau car l’eutrophisation diminue le taux d’oxygène du milieu aquatique [20]. En anaérobie, le sulfate est transformé par les bactéries en sulfures ou en hydrogène sulfuré toxique et responsable de mauvaise odeur ; l’excès de sulfate peut nuire à la qualité de l’eau et peut limiter la production biologique de la plante.[07] ........................ 40 4.3 Outils et matériels................................................................................... 41 5.1 Etude n° 01 : Etude comparative de la qualité des eaux E et S.......... 42 1.1 Les normes et les résultats des paramètres physiques et biologiques de l’eau 43 1.2 Les normes et résultats des paramètres chimiques de l’eau............... 43 1.3 Interprétations des résultats.................................................................. 44 2.1. Variation de la teneur en sulfate dans l’eau......................................... 48 Nous représentons sur les graphes 1 à 4 le comportement des 4 plantes expérimentées vis-à-vis du sulfate contenu dans l’eau d’irrigation. ........................ 48 2.2 Variation de la teneur en phosphate dans l’eau........................................... 52

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Nous représentons sur les graphes 5 à 8, le comportement des 4 plantes expérimentées vis-à-vis du phosphate contenu dans les eaux de cressonnière. ....... 52 2.3 Variation de la teneur en azote dans l’eau........................................... 54 Nous représentons sur les graphes 9 à 12, le comportement des 4 plantes expérimentées vis-à-vis de l’azote contenu dans les eaux de cressonnière.............. 54 2.4 Variation de la teneur en potassium dans l’eau................................... 58 2.5 Variation de la turbidité en fonction du temps.................................... 59

LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Origines et constituants des eaux usées domestiques …………………..............…3 Tableau 2 : Norme de rejets industriels ………………………………………………........…5 Tableau 3: Limites recommandées pour les éléments-traces métalliques dans les eaux usées

destinées à l’irrigation…………………………………………………….............……6 Tableau 4 : Maladies, carences et excès de nutriments pour les plantes d’aquarium.............13 Tableau 5 : Solubilité des sels nutritifs …………………………………………………..…15 Tableau 6 : Composition du cresson…………………………………………………………......…21 Tableau 7 : Taux de diminution de la croissance de l’Azolla dans les conditions de

carence.…………………………………………………………………………………..23 Tableau 8 : Voies de valorisations supérieures de la lentille d’eau étude n°01...............…...24 Tableau 9 : Action dépolluantes des plantes aquatiques ......................................................28 Tableau 10 : Méthode d’échantillonnage de l’eau pour l’ étude n°01………………..........…35 Tableau 11 : Résume des plantes expérimentées…………………………….......………………..39 Tableau 12 : Méthode de suivi de la qualité de l’eau traitée……………………........………...39 Tableau 13 : Choix des paramètres analysés…………………………………………......……....41 Tableau 14 : Résultat des analyses physiques et biologiques de l’eau du site …….…………43 Tableau 15 : Résultat des analyses des polluants organiques de l’eau du site ………………43 Tableau 16 : Résultat des analyses des métaux de l’eau du site ……………......................…43 Tableau 17 : Comportement de la plante pendant les 15 premiers jours d’ expérimentation47

LISTE DES FIGURES

Erreur ! Aucune entrée de table des matières n'a été trouvée.LISTE DES GRAPHES

Graphe 1 : Variation de la teneur en sulfate dans l’eau traitée par Hydrocotyle verticillata…………….....48

Graphe 2 : Variation de la teneur en sulfate dans l’eau traitée par Nasturtium officinale……………………49

Graphe 3 : Variation de la teneur en sulfate dans l’eau traitée par Lemna paucicostata…………...……...…50

Graphe 4 : Variation de la teneur en sulfate dans l’eau traitée pa rAzolla pinnata………………….....…51

Graphe 5 : Variation de la teneur en phosphate dans l’eau traitée par Hydrocotyle verticillata……...........…52

Graphe 6 : Variation de la teneur en phosphate dans l’eau traitée Nasturtium officinale………………....…52

Graphe 7 : Variation de la teneur en phosphate dans l’eau traitée par Lemna paucicostata………….….......52

Graphe 8 : Variation de la teneur en phosphate dans l’eau traitée par Azolla pinnata …………………........52

Graphe 9 :Variation de la teneur en (N-NO3 - )et (N- NH4

+) dans l’eau traitée par Hydrocotyle verticillata .54

Graphe 10 : Variation de la teneur en azote totale dans l’eau, traitée par Hydrocotyle verticillata…......……54

Graphe 11: Variation de la teneur (N-NO3 - ) et (N- NH4

+) dans l’eau traitée par Nasturtium officinale.......55

Graphe 12 : Variation de la teneur en azote totale dans l’eau, traitée par Nasturtium officinale….....…...…55

Graphe 13 : Variation de la teneur en (N-NO3 -) et (N- NH4

+) dans l’eau traitée par Lemna paucicostata....56

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Graphe 14 : Variation de la teneur en azote totale dans l’eau, traitée par Lemna paucicostata……............…56

Graphe 15 : Variation de la teneur en (N-NO3 - )et (N- NH4

+) dans l’eau traitée par Azolla pinnata.......…...57

Graphe 16 : Variation de la teneur en azote totale dans l’eau traitée par Azolla pinnata………………..........57

Graphe 17 : Variation de la concentration du potassium de l’eau par les plantes expérimentées.............…....58

Graphe 18 : Variation de la turbidité (FTU) pour chaque espèce de plantes aquatiques……………………..69

Erreur ! Aucune entrée de table des matières n'a été trouvée.

LISTE DES ANNEXES

Erreur ! Aucune entrée de table des matières n'a été trouvée.

Erreur ! Aucune entrée de table des matières n'a été trouvée.LISTE DES

ABREVIATIONS

ADN Acide désoxyribonucléique

CUA Commune Urbaine

d’Antananarivo

ARN Acide ribonucléique

ATP Adénosine triphosphate

EDTA Acide éthylène diamine

tétra acétique

FTU Formazing Turbidity Unit

LCE Laboratoire de Chimie l’

Environnement

MES Matières en suspension

NADP Nicotinamide adénine

dinucléotide phosphate

N-N03 Azote nitrique

N-NH4 Azote ammoniacal

OD Oxygène dissous

M.O Matière Organique

mm..............millimètre

mn minute

j jours

mg/l milligrammes par litre

pH ;..................Potentiel d’hydrogène

°C degré Celsius

% pourcentage

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GLOSSAIRE

Absorption : mécanisme permettant la pénétration de certains éléments à l’intérieur d’un

même corps, par exemple la nutrition des plantes réalisée par les racines et les radicelles qui

absorbent les sels nutritifs assimilables ionisés dans l’eau du sol.

Adsorption : phénomène physique de surface réalisant la fixation de certains éléments sur les

particules du sol. L’adsorption considère aussi la fixation des cations échangeables sur les

particules colloïdales du sol comme l’humus, les minéraux argileux, les sesquioxydes…

Bulbille : bourgeon renflé destiné à se détacher de la plante qui l'a produit et à donner

naissance à une nouvelle plante.

Carence : maladie causée par l’absence, dans l’alimentation, de certains facteurs

indispensables à la nutrition des tissus.

Chlorophylle : pigment qui donne la couleur verte des feuilles ou tiges des végétaux.

Complexe absorbant : ensemble des forces capables de retenir certains éléments. Il est

représenté par la surface active des constituants organiques et minéraux qui jouent un rôle

dans l’échange des cations.

Eaux usées : eaux ayant été utilisées par l'homme. On distingue généralement les eaux usées

d'origine domestique, industrielle ou agricole. Ces eaux sont rejetées dans le milieu naturel

directement ou par l'intermédiaire de systèmes de collecte, avec ou sans traitement.

Eutrophisation : enrichissement des cours d'eau et des plans d'eau en éléments nutritifs,

essentiellement phosphore et azote qui constituent un véritable engrais pour les plantes

aquatiques. Elle se manifeste par la prolifération excessive des végétaux dont la respiration

nocturne puis la décomposition à leur mort provoque une diminution notable de la teneur en

oxygène.

Foliole : partie du limbe d’une feuille composée

Hydrophyte : type de plante qui vit immergée dans l’eau

Lessivage : entraînement en profondeur par l'eau des sels solubles ; des colloïdes du sol. En

particulier, les nitrates et certains produits phytosanitaires (ou leurs produits de dégradation)

peuvent ainsi atteindre les nappes d'eau et en altérer la qualité, jusqu'à rendre l'eau impropre à

la consommation.

Milieu lentique : désigne un biotope aux écosystèmes d’eau calme à renouvellement lent.

Matières en suspension (MES) : particules solides en suspension dans l'eau brute.

Macrophyte : toutes les plantes aquatiques visibles à l’œil nu.

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Microphyte : ce sont les bactéries et algues microscopiques

Minéralisation : dégradation physique ou chimique d'une substance qui conduit à sa

simplification en substances minérales (H2O, CO2, CH4).

Nervure (d’une feuille) : ensemble des vaisseaux conducteurs de la sève formant un réseau à

la surface d'une feuille, prolongement du pétiole dans la limbe foliaire

Nodule : petites boursouflures se formant sur les racines de nombreuses espèces de plantes,

sous l’action de certaines bactérie, il effectue l’association symbiotique.

Nutriments : composés chimiques nutritifs nécessaires à la croissance des végétaux

(phosphates, nitrates ...).

Oligo-éléments : éléments en petite quantité nécessaire à l’alimentation des plantes.

Osmose : force qui tend à équilibrer les concentrations moléculaires, phénomène de diffusion

de molécules de solvants (l’eau généralement) à travers une membrane semi-perméable qui

sépare deux liquides de concentration en solutés différents.

Polluants : tout facteur susceptible d’entraîner ou de provoquer une modification du milieu

naturel.

Pollution : toute modification d’origine anthropique affectant le taux et/ou les critères de

répartition dans la biosphère d’une substance naturelle propre à tel ou tel milieu.

Symbiose : association intime et durable entre deux organismes d’espèces différents.

Toxicité : situation provoquée dans le sol par un excès de certains éléments. Il en résulte chez

les végétaux soit des désordres physiologiques, soit des accidents plus graves: lésions,

dépérissement et finalement mort de la plante.

1

INTRODUCTION

L'eau est une ressource essentielle pour les êtres humains. Elle est utilisée non

seulement comme support vital, mais, elle intervient aussi dans toutes les sphères de leurs

activités. Elle s'insère ainsi dans une multitude de systèmes, physiques, humains et sociétaux.

En effet, partout dans le monde surtout dans les pays en développement, l’eau est l’une

des raretés à ne pas gaspiller ; c’est ainsi qu’à Madagascar, la réutilisation des eaux usées

devient une nécessité pour des raisons économique comme l’agriculture. Dans la Commune

Urbaine d’Antananarivo, dans le Fokontany d’Andravoahangy Tsena, les eaux usées sont

déversées directement dans les cressonnières sans traitement préalable. Elles apportent des

quantités considérables d’éléments minéraux nécessaires à la croissance et au développement

des cultures présentes. Les cultures utilisent des éléments nutritifs apportés par les eaux usées.

Une question se pose alors: Les plantes aquatiques épurent-elles les eaux usées?

L’objectif de notre recherche est :

- de déterminer les principaux polluants contenues dans les eaux d’irrigation.

- de comparer la qualité physico-chimique des eaux avant et après passage d’un lit de

plantes aquatiques

- d’évaluer l’élimination des polluants par les plantes aquatiques.

Pour mieux éclaircir, la faculté de certaines plantes à dépolluer l’eau, nous avons réparti

notre travail en trois parties.

En premier lieu, une étude bibliographique porte sur les constituants des eaux usées et

sur les caractéristiques des plantes aquatiques considérées : Hydrocotyle verticillata,

Nasturtium officinale, Lemna paucicostata, Azolla pinnata.

La seconde partie est consacrée à la méthodologie : présentation du site étudié en

considérant les caractéristiques des eaux usées et les plantes qui y poussent .Ensuite, des

cultures seront effectuées au laboratoire afin de déterminer les polluant absorbés par les

plantes en comparant la qualité des eaux avant plantation et à la récolte.

Dans la troisième partie, les résultats seront présentés et discutés. Une conclusion

terminera le travail.

Première partie

INFORMATIONS GENERALES

3

Chapitre 1

~ EAUX USEES~

1.1 Définition

Les eaux usées, aussi appelées eaux polluées sont celles qui sont de nature à

contaminer les milieux dans lesquelles elles sont déversées. Les plus polluantes sont

les eaux usées domestiques, les eaux résiduaires industrielles, les eaux issues des

marchés.

1.2 Eaux usées domestiques

1.2.1 Origines et constituants des eaux usées domestiques

Les eaux usées domestiques sont des eaux grises et des eaux noires décrites dans le

tableau 1.

Tableau 1 : Origines et constituants des eaux usées domestiques

ORIGINES CONSTITUANTS

Eaux grises Eaux de cuisine, eaux de

salle de bain, eaux de lavage

des sols et des linges…

matières en suspension,

matières dissoutes

organiques ou minérales

Eaux noires Eau vanne (W.C) Urines et matières fécales

diluées avec l’eau de chasse

1.2.2 Caractéristiques des eaux usées

A l’œil nu on peut déjà caractériser une eau usée par sa couleur grise. Certaines sont

cependant limpides tout en étant polluées.

Les eaux usées urbaines contiennent des matières organiques, des nutriments, des

matières en suspension, des éléments toxiques, des micro-organismes et des oligo-éléments

qui permettent d’apprécier la qualité et la nature de la pollution.

1.2.2.1 Matières organiques

Les matières organiques sont essentiellement des protéines, des hydrates de carbone,

des graisses. Si elles sont rejetées dans l’environnement, leur décomposition biologique peut

mener à l’épuisement de l’oxygène dissous des eaux réceptrices et au développement des

conditions septiques. Leur dégradation par les micro-organismes ou par d’autres facteurs

libère entre autres de l’azote minéral qui constitue des nutriments pour les plantes.

4

1.2.2.2 Matières en suspension

La présence des matières flottantes, des matières grossières et des particules en

suspension est un indicateur de pollution de l’eau. Les matières en suspension peuvent

conduire au développement des dépôts de boues et à des conditions anaérobiques lorsque

l’eau usée non traitée est rejetée dans l’environnement aquatique. La teneur élevée en

matières insolubles et fines empêche la pénétration de la lumière, diminue d’oxygène dissous

et limite la vie aquatique.

1.2.2.3 Substances nutritives

Les eaux usées urbaines contiennent beaucoup des macronutriments (N, P, K, Ca,

Mg et S) et des micronutriments (Fe, Mn, B, Cu, Zn et Si) sous forme soluble directement

disponible pour les plantes. Dans le milieu aquatique, une teneur élevée en substances

nutritives, telles que les nitrates et les phosphates induisent au phénomène d’eutrophisation,

conduisant à la diminution d’oxygène dissous ; le milieu s’appauvrit progressivement en

oxygène, engendrant ainsi la pollution des eaux.

1.2.2.4 Micro-organismes

Les virus, les bactéries et les parasites sont les principaux microorganismes

pathogènes présents dans une eau et dans un sol pollué. Ils proviennent des excréta humains et

animaux. En effet, les micro-organismes sont abondants à l’état normal dans les intestins

humains et animaux ; véhiculés par les eaux usées, ils se retrouvent dans le milieu naturel. Les

risques sanitaires apportés par les microbes pathogènes excrétés sont multiples comme le

choléra, les diarrhées,…

1.2.2.5 Métaux lourds

Quelques métaux lourds de sources diverses comme de Cadmium, le Zinc , le

Nickel, sont contenus dans les eaux usées ; ils s’accumulent dans l’environnement et sont

toxiques pour les plantes et les animaux.

1.3 Réutilisation des eaux usées

La réutilisation des eaux usées pour l'irrigation est une pratique normale dans le

monde entier. Dans certains pays, cette méthode est entièrement intégrée dans la politique

nationale comme un facteur de développement. L'irrigation par l’effluent fournit aux

5

producteurs agricoles un approvisionnement en eau enrichie en éléments nutritifs et, à la

collectivité, un système fiable et peu coûteux de traitement et d'élimination des eaux usées.

Toutefois, certains pays adoptent des traitements avant application.

1.4 Normes et réglementation

Le ministère de l’environnement par le décret n° 2003/464 du 15.04.03, émet une

réglementation sur tout rejet liquide quel qu’il soit, domestique ou industriel dans la nature,

car ceci induit des impacts négatifs significatifs sur le milieu récepteur.

Tableau 2 : Norme de rejets industriels [01]

PARAMETRES UNITE NORMES

FACTEURS ORGANOLEPTIQUES ET PHYSIQUES

PH 6,0 - 9,0

Conductivité µS/cm 200

Matières en suspension mg/l 60

Température °C 30

Couleur échelle Pt/Co 20

Turbidité NTU 25

FACTEURS CHIMIQUES

Dureté total comme CaCO3 mg/l 180

Azote ammoniacal mg/l 15

Nitrates mg/l 20

Nitrites mg/l 0,2

NTK (Azote total Kjeldahl) mg/l-N 20

Phosphates comme PO43- mg/l 10

Sulfates comme SO4 mg/l 250

FACTEURS BIOLOGIQUES

Demande chimique en oxygène (DCO) mg/l 150

Demande biochimique en oxygène (DBO5) mg/l 50

6

FACTEURS INDESIRABLES

METAUX

Aluminium mg/l 5

Fer mg/l 10

Nickel mg/l 2

Plomb mg/l 0,2

Etain mg/l 10

Zinc mg/l 05

Manganèse mg/l 5

Mercure mg/l 0,005

FACTEURS MICROBIOLOGIQUES

Coliformes totaux 500

Escheriscia coli colonie 100

Streptocoques fécaux 100

Clostridium sulfito-réducteurs. 100

Source : extrait du Décret N° 2003/464 du 15.04.03

Toutefois, il faut tenir compte d’autres normes car l’eau est destinée à l’irrigation.

Ces limites n’endommagent ni les plantes, ni les sols.

Tableau 03 : Limites recommandées pour les éléments-traces métalliques dans les eaux

usées destinées à l’irrigation

Eléments Aluminium Cuivre Fer Plomb Manganèse Zinc Chrome

Utilisation à long

terme (mg/l) 5,0 0,2 5,0 5,0 0,2 2,0 5,0

7

Chapitre 2

~ RELATION: POLLUANT- PLANTE ~

Les plantes utilisent, par l’intermédiaire de leurs racines ou d’autres appareils

végétatifs, les éléments minéraux utiles à leur développement. On distingue :

• les éléments plastiques : ce sont les éléments de matériaux de construction des plantes,

ils sont en grande quantité.

• les éléments catalytiques ou oligo- éléments: ce sont les éléments en faible quantité ;

ils interviennent principalement dans de nombreuses réactions chimiques et

métaboliques. [02]

2.1 Composés azotés [03]

L'azote organique Norg, est l'azote qui est lié au carbone pour former des molécules

complexes. La teneur en azote des plantes peut être particulièrement basse, moins de 0.5% de

leur masse totale alors que cette teneur peut atteindre 15 % chez les bactéries. L'azote

organique retourne dans l'environnement sous forme d'excrétion (urine, mucus) et sous forme

de cadavres.

2.1.1 Forme disponible pour la nutrition d’une plante

Alors que 95 % de l'azote est sous forme organique, les végétaux ne peuvent utiliser

que de l'azote minéral (l'ammonium NH4+, le nitrate NO3

-, l'azote atmosphérique N2).

L'atmosphère est constituée de 78% d’azote moléculaire N2. Malgré leur grande disponibilité,

peu d'organismes ont la capacité d'utiliser directement l'azote moléculaire comme source

d'azote.

NH4+ une fois absorbé, est rapidement incorporé dans des acides aminés en raison de sa

toxicité. NO3- nécessite la présence d'un transporteur membranaire au niveau des poils

absorbants pour son assimilation (dont il induit la fabrication).

2.1.2 Réactions biologiques impliquant les différentes formes d’azote (cf. Annexe I)

Plusieurs réactions et processus impliquent les composés azotés: il y a l’assimilation

de l’azote, sa dégradation, la nitrification, et la fixation d’azote.

Note : Un "équivalent réducteur" noté « H » représente un électron accompagné d'un proton (ce qui correspond à un atome d'hydrogène). Ces équivalents réducteurs sont destinés à être consommés par la respiration

4<H> + O2 ---> 2 H2O + énergie qui permet aux cellules de se procurer l'énergie dont elles ont besoin.

8

2.1.2.1 Processus d’assimilation de l’azote

L'assimilation de l'azote inorganique se fait par la consommation de l'ammonium ou

du nitrate dissous dans le milieu. L'ammonium est la forme préférentiellement assimilée par

les micro-organismes (bactéries et champignons), alors que le nitrate est la forme

préférentiellement assimilée par les végétaux (plantes et algues supérieures) par

l’intermédiaire de leurs racines.

2.1.2.2 Processus de dégradation de l’azote organique

La dégradation de l'azote organique libère de l'ammonium. L'alimentation des

animaux, et aussi celle de nombreux micro-organismes, sont en général "trop riche" en azote

et l’excédent d'azote est excrétée sous forme d'ammonium (ou d'urée qui est rapidement

dégradée en ammonium)

{N org} ---> {C org} + NH4+.

2.1.2.3 Processus de nitrification

La nitrification est la conversion de l'ammonium en nitrate qui est réalisée par des

bactéries spécifiques. Cette réaction se fait en deux étapes et certaines bactéries sont capables

d'oxyder directement l'ammoniaque en nitrate. L'ammonium est oxydé en nitrite par les

bactéries dites nitreuses

NH4

+ + 2 H2O ---> NO2- + 2H+ + 6<H>

et le nitrite est oxydé en nitrate par les bactéries dites nitriques

NO2- + H2O ---> NO3

- + 2 <H>. La nitrification ne peut se faire qu'en présence d'oxygène, qui est requis pour "brûler" les <H> et qui permet finalement aux bactéries de récupérer de l'énergie

4<H> + O2 ---> 2 H2O + énergie.

9

2.1.2.4 Processus de dénitrification

La dénitrification est la conversion des nitrates en azote moléculaire. Il s'agit en fait

d'une respiration particulière, dans laquelle le nitrate est utilisé comme accepteur de <H> à la

place de l'oxygène

10 <H> + 2 H+ + 2 NO3- ---> N2 + 6 H2O + énergie.

De très nombreuses bactéries sont capables de "respiration nitrate". Or, ces bactéries

sont aussi généralement capables de "respiration oxygène" et elles s'abstiennent de respirer le

nitrate dès que de l'oxygène devient disponible, parce qu'il est énergétiquement plus rentable

de respirer sur l'oxygène que sur le nitrate. La dénitrification ne peut donc se produire qu'en

absence d'oxygène ou anaérobiose.

La dénitrification est une réaction de réduction de NO3- par l’intermédiaire de bactéries

transformant la matière organique. La réaction est de ce type

2.1.2.3 Processus de la fixation d’azote ou diazotrophie

La fixation d'azote est la conversion de l'azote atmosphérique N2 en ammonium par

des bactéries dites fixatrices d'azote. Cette réaction est le seul point d'entrée de l'azote

atmosphérique dans la chaîne alimentaire :

énergie + 8<H> + N2 + 2 H+ ---> 2 NH4+ + H2.

Comme la fixation de l'azote est très coûteuse en énergie (H), les bactéries s'abstiennent de

fixer l'azote si elles sont en présence d'une source d'azote combiné, l'inévitable présence de

nitrate rend sans intérêt les bactéries fixatrices d’azote.

La plupart des bactéries fixatrices d'azote ne sont capables de le fixer que lorsque la

concentration en oxygène est très faible, soit en anaérobiose.

Quelques bactéries ont cependant développé des moyens pour fixer l'azote dans un

environnement où l'oxygène est présent en concentration "élevée".

2 N2 + 3 (CH2O) + 3 H2O � 4 NH4+ + 3 CO2

10

2.1.2.3.1 Cas des cyanobactéries:

Le sol contient de nombreuses espèces de bactéries et de cyanobactéries (appelées

aussi algues bleues) pouvant transformer l'azote atmosphérique en ammoniac. Plusieurs de

ces microorganismes vivent à la surface des racines des plantes (un environnement appelé la

rhizosphère) ou même dans les tissus de certains végétaux. L'ammoniac est rapidement

transformé en nitrates par les bactéries.

Les cyanobactéries sont capables de fixer l'azote atmosphérique N2 tout en

produisant activement de l'oxygène par la photosynthèse (séparer en deux métabolismes,

fixation de l'azote et photosynthèse, dans deux types de cellules distinctes). Dans un milieu

calme, lorsque la concentration de l'azote dissous est faible, les cyanobactéries peuvent se

multiplier d’une façon incontrôlable, la fixation d'azote leur donnant un avantage pour profiter

des autres éléments accumulés dans l'eau, comme les phosphates. [04]

2.1.2.3.2 Cas du Rhizobium dans les nodules

Bactéries des nodules de légumineuses.

Les plantes de la famille des légumineuses vivent en association étroite avec des

bactéries fixatrices d'azote appartenant au genre Rhizobium. Les légumineuses constituent

l'une des familles les plus abondantes et diversifiées des plantes supérieures (plus de 17 000

espèces). Les Rhizobium peuvent fixer l'azote grâce à une enzyme qui ne fonctionne qu'en

absence d'oxygène.

En effet, les Rhizobium forment sur les racines de leur légumineuse hôte des organes

spécialisés, les nodosités, au sein desquels ils réduisent l’azote atmosphérique en

ammonium, assimilable par la plante. Si le nitrate et l’ammonium sont en excès, il n’y a pas

de nodulation. [04]

Les légumineuses en croissance ne sont généralement pas des sources importantes de

nitrates dans les eaux de drainage. Au contraire, ce sont des plantes qui, bien qu'elles fixent

l'azote de l'air, permettent de réduire la quantité de nitrates lessivés dans le sol car elles

utilisent très bien les nitrates résiduels. Lorsqu'elles croissent dans un milieu riche en azote,

elles fixent simplement moins d'azote de l'air. [05]

2.1.3. Fonction de l’azote dans la plante

L'azote étant mobile dans la plante, le peu d'azote en réserve est envoyé vers les

jeunes feuilles au détriment des vieilles. Avec le carbone, l'azote est l'élément essentiel pour

les plantes.

11

- C'est à partir de l'ammonium que la plante va fabriquer ses molécules azotées.

- Il entre dans la composition des principales molécules du vivant [protéines et acides

nucléiques (ADN, ARN)], de la chlorophylle (pigment donnant leur couleur verte aux plantes)

.Il joue un rôle de premier plan dans la croissance des plantes, il sert aussi de nourriture aux

micro-organismes du sol.

2.1.4. Symptôme de carence en azote

Les plantes deviennent chétives et la croissance est lente. Les feuilles palissent,

jaunissent, prennent parfois des teintes rougeâtres. Cela se fait d'abord par l'extrémité, puis le

bord de la feuille. L'azote étant mobile dans la plante, le peu d'azote en réserve est envoyé

vers les jeunes feuilles au détriment des vieilles. Les symptômes sont ainsi plus marqués dans

le bas de la plante, les nitrates étant toxiques en trop grande quantité.

2.2 Composés phosphatés

Les plantes tirent des composés phosphatés, le phosphore utilisé pour leur

métabolisme.

2.2.1 Forme disponible pour les plantes

Les phosphates assimilables pour les plantes sont les ions H2PO4-, HPO4

2-

2.2.2 Fonction

Le phosphore intervient dans la croissance générale de la plante [06]

• il joue un rôle important dans la croissance des racines, l’implantation des jeunes

plants, la floraison, la production et le mûrissement des fruits, la photosynthèse et

la respiration

• On retrouve le phosphore dans les composés phosphatés transporteurs d'énergie

(ATP, ADP), les phospholipides, d’où son utilité pour l’équilibre énergétique.

2.2.3 Symptôme de carence

Les plantes poussent très lentement. Les feuilles prennent une coloration intense

rouge ou violacée. On l'observe d'abord sur les vieilles feuilles ; le phosphore se présente sous

forme de phosphate. Il peut être fixé sur les particules qui composent le sol ou dissout dans

l'eau. La quantité de nitrates et de sulfates nuisent à l'assimilation du phosphore en cas de

surplus.

12

2.3 Potassium (K)


Il est puisé dans l’eau ou dans le sol sous forme minérale, ionique K+.

2.3.2 Fonction

Le potassium circule partout dans la plante :

• il intervient dans l'osmose et l'équilibre ionique, ainsi que dans l'ouverture et la

fermeture des stomates; il active également de nombreuses enzymes

• il assure le transport des sucres, la turgescence et la rigidité des tiges en contribuant à

l’initiation des boutons floraux, à l’aoûtement des plantes ligneuses et à la

fructification.


Une chlorose se manifeste par le jaunissement de bord des feuilles. La distance entre

les noeuds sur la tige devient moins grande. La plante demeure de petite taille. Il arrive que le

bord des feuilles s'enroule vers le haut. Les feuilles perdent leur rigidité. Cette carence touche

d'abord les jeunes feuilles. Le potassium est produit par la décomposition de la matière

organique et des minéraux dans le sol.

2.4 Soufre


La plante extrait le soufre dans les sulfates SO42-

2.4.2 Fonction

Le soufre entre dans la composition de plusieurs acides aminés soufrés, des

protéines, des enzymes et des vitamines.

• Il intervient dans la synthèse de la chlorophylle bien qu’elle n’en contient pas.

• La plupart des composés soufrés rencontré chez les plantes ont une fonction

thiol : -SH (la synthèse de la cystéine ,sous forme de thiol (R-SH,) puis de la

méthionine, sous forme de thioéther (R-S-CH3).[07]

• Il favorise le transport du potassium, du calcium et du magnésium dans la

plante.


La carence se manifeste par un trouble de la croissance, un jaunissement des plantes.

9

Tableau 4 : Maladies, carences et excès de nutriments pour les plantes d’aquarium. [08]

Symptôme/ maladies trou

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Carence Fe Carence Mn Carence K Carence N Carence P Carence Ca Carence Mg Carence S Carence B Carence Mo Carence Cu Carence Zn Carence lumière Carence CO2 Excès NO3 Excès PO4 Excès lumière

Vitrification ponctuelle

Pourriture des racines

Spectre lumineux inadapté Température basse Température élevée Entretien irrégulier Ennemie des plantes Plantation incorrecte

15

2.5 Solubilité des sels nutritifs

2.5.1 Accumulation des sels

Les végétaux utilisent les ions, ainsi les formes les plus courantes sont ceux des sels

comme le phosphate, le sulfate, le nitrate. Les ions peuvent être dissous dans une solution

nutritive ou dans la solution du sol. Les ions peuvent être absorbés par les colloïdes avec

possibilité d’échange avec les ions de la solution du sol. [09]

Les sels doivent être amenés à l’état de dissolution pour pénétrer dans la plante.

Le phénomène d’osmose entre en jeu pour assurer la pénétration des racines de la

plante. L’accumulation des corps en solution dans les cellules des racines, comme aussi dans

les cellules des divers organes végétaux, organes de réserves, se présente sous un aspect

complémentaire. En effet, ces corps, avec les modalités particulières qui les caractérisent, ne

s’installent pas dans les cellules comme s’il s’agissait d’une absorption passive: en d’autres

termes, leur pénétration ne s’arrête que lorsque leur concentration intérieure a atteint la

concentration extérieure. [10]

Tableau 5: Solubilité des sels nutritifs [ 2]

Sels aisément solubles dans l’eau Sels insoluble ou peu soluble dans l’eau

- chlorure

- sulfate

- nitrate des métaux alcalins et sel

d’ammonium

- potassium

- sodium

- phosphate tricalcique

le dioxyde d’oxygène transforme

partiellement le phosphate neutre de

calcium insoluble en phosphate calcique

soluble

2.5.1 Libération des éléments minéraux [11]

La plante, même la plus vigoureuse, est toujours épuisée par la production des

feuilles, des fruits ou des graines où elle a accumulé des réserves, elle meurt inévitablement.

La mort des plantes peut aussi être due à la maladie, à des carences ou excès d’élément à sa

croissance ; ainsi la plante se décompose : les feuilles, les tiges tombent ou se dessèchent.

16

• Composition de la feuille

La feuille est composée de pectine, de cellulose et de lignine. Ces composants sont

de grandes molécules chimiques « emprisonnant » de nombreux éléments minéraux tels que le

calcium, le potassium, le sodium, le magnésium, le soufre, et le phosphore.

• Décomposition des végétaux

Lors de la décomposition des feuilles en humus, les éléments minéraux emprisonnés

dans celles-ci sont relâchés dans le sol et contribuent à son amélioration..

Le phénomène de décomposition évolue dans le temps en fonction du rapport carbone/azote

de la ou des matières en phase de décomposition, de la disponibilité d’oxygène et de la

température.

Chapitre 3

~ PLANTES AQUATIQUES ~

3.1 Généralités sur les plantes aquatiques

3.1.1 Définition

La plupart des plantes aquatiques sont molles. Les rameaux sont fragiles, les

feuilles sont minces et translucides, parfois réduites aux nervures ; des grandes lacunes

pleines d’air se rencontrent dans toute les organes, favorisant la flottaison et constituant une

réserve dans laquelle les cellules puisent l’oxygène et le gaz carbonique.

On les appelle aussi des hydrophytes du fait qu’elles survivent à une immersion partielle ou

même complète dans le milieu aquatique.

3.1.2 Types de plantes aquatiques

On distingue :

• les plantes aquatiques immergentes (immersion totale dans l’eau)

• les plantes subaquatiques ou semi- aquatiques (les tiges et les feuilles sont

émergeantes)

• les plantes flottantes (qui flottent sur le plan d’eau).

17

3.1.3 Condition de vie en milieu aquatique [12]

3.1.3.1 Mouvement de l’eau

Le milieu aquatique adapté à ces plantes est composé d’eaux de mare et d’étangs,

bref des eaux calmes. Les eaux de mares sont dites dormantes parce qu’elles sont immobiles

ou presque.

3.1.3.2 Température

Même si l’eau a une amplitude thermique moins importante que l’air, les espèces

vivant dans la mare doivent tout de même supporter, entre l’hiver et l’été, une importante

variation de température.

Ces conditions microclimatiques impliquent des zones refuges pour les petits organismes et

une activité cyclique des êtres vivants.

3.1.3.3 Lumière

La lumière est nécessaire à la photosynthèse des plantes, donc à l’oxygénation de

l’eau. Dans l’eau, les variations de lumière sont importantes. A une certaine profondeur,

variable suivant l’exposition et la transparence de l’eau, les plantes ne peuvent pousser par

manque de lumière : on parle de niveau de compensation.

3.1.3.4 Nutrition des plantes

La nutrition végétale est l'ensemble des processus qui permettent aux végétaux

d'absorber dans le milieu ambiant et d'assimiler les éléments nutritifs nécessaires à leur

différentes fonctions physiologiques comme la croissance, le développement, la reproduction.

Pour les végétaux inférieurs et les plantes aquatiques, la nutrition fait appel à des

processus d'absorption de gaz et de solutions minérales qui se fait directement dans l'eau.

Pour les plantes hygrophytes, la transpiration étant supprimée, les feuille des plantes

supérieures sont dépourvues de cuticule ; de ce fait, la membrane de la cellule superficielle

devient perméable au gaz et la transpiration s’effectue sur toute la surface.

3.1.3.4.1 Oxygène et Gaz carbonique

Indispensable à la respiration des végétaux et des animaux, la proportion d’oxygène

dissoute dans l’eau est 33 fois moindre que dans l’air.

(A 18°C, 6,4 cm3 d’oxygène dans 1 litre d’eau, 210 cm3 dans 1 litre d’air).

18

L’oxygène de l’eau est d’origine atmosphérique et photosynthétique :

• atmosphérique, par dissolution de l’oxygène de l’air favorisée par le froid et

l’agitation.

• photosynthétique, par la photosynthèse des végétaux qui produit de l’oxygène le

jour seulement.

L’oxygénation de l’eau varie suivant la température, la profondeur, les courants, la

lumière et la densité des végétaux.

Le gaz carbonique est indispensable à la photosynthèse des végétaux.

Il est d’origine atmosphérique mais il est aussi produit par la respiration animale et

végétale.

Le gaz carbonique est assez soluble dans l’eau ; les proportions entre l’air et l’eau

sont équilibrées.

3.1.3.4.2 Sels minéraux

L’eau est le solvant le plus important. Tous les sels minéraux, nécessaires à la

croissance des plantes peuvent être présents dans l’eau. Les plantes absorbent les éléments

nutritifs par les racines et les feuilles, selon l’anatomie de la plante.

3.1.4 Fonctionnalités des organes d’absorption

3.1.4.1 Fonction de la tige feuillée

La plante feuillée s’alimente en carbone aux dépens du dioxyde de carbone: à la lumière, elle

se charge de chlorophylle.

3.1.4.1.1 l’assimilation chlorophyllienne ou photosynthèse

En présence de la lumière, la plante verte s’empare du dioxyde de carbone et rejettent

l’oxygène dans l’air. En effet, le carbone est associé à l’hydrogène et l’oxygène de l’eau pour

former les hydrates de carbone ou glucides de la plante.

19

3.1.4.1.2 Circulation des substances dans l’eau

C’est au niveau des nervures, se détachant par leur relief bombé de la limbe, que se

situe l’essentiel des tissus conducteurs des sèves : le xylème qui apporte l’eau et les sels

minéraux jusqu’aux feuilles et le phloème qui déplace la sève, contenant des glucides

produit lors de la photosynthèse, hors de la feuille.

3.1.4.2 Fonction de la racine

La « racine » détermine le caractère sédentaire de la plante qu’elle fixe au sol ; elle

assure ainsi le ravitaillement en eau et en sels minéraux.

Chez les plantes aquatiques, l’absorption des substances dissoutes s’effectue par au

niveau des racines et principalement au niveau des poils absorbants. Une racine ne peut pas

convenablement absorber l’eau que si elle est bien aérée.

Chez les algues, l’absorption peut se faire sur toute la partie de la plante, donc par le

thalle entier.

3.1.5 Adaptation des plantes aquatiques

Les plantes aquatiques ont des caractères propres plus ou moins accusés, dus aux

caractéristiques du milieu aquatique (température, teneur en oxygène, densité de l'eau, sels

minéraux disponibles dans l'eau…)

En observant les différents organes des hydrophytes, on peut constater différents

types d'adaptation.

3.1.5.1 Adaptation morphologique

- Les racines sont réduites et n’ont qu’un rôle fixateur,

- Les feuilles flottantes sont rondes, plates et grandes

- Les feuilles immergées sont fines et allongées

- Lorsqu’une même plante pousse successivement dans l’eau et dans l’air, elle présente

plusieurs types de feuilles suivant le milieu.

3.1.5.2 Adaptation anatomique

- Les tiges sont souples car leurs tissus de soutien sont réduits,

- Les tissus conducteurs de la sève brute sont eux aussi réduits.

20

3.1.5.3 Adaptation biologique

Les plantes immergées absorbent eau et sels minéraux à tous les niveaux ; le rôle

absorbant des racines disparaît. La perméabilité de l’épiderme permet aussi les échanges

gazeux pour la respiration et pour la photosynthèse. [13]

Pour y pallier, la multiplication végétative est très importante. Ceci explique que les

plantes aquatiques pour la plupart vivaces sont très envahissantes.

3.2 Identification des plantes aquatiques [14]

3.2.1. Nasturtium officinale

3.2.1.1 Classification botanique

Ordre : Capparales

Famille : Brassicaceae

Genre : Nasturtium

Nom scientifique : Nasturtium officinale

Nom vernaculaire : Anandrano (Malamakely)

3.2.1.2 Description

Nasturtium officinale est aussi dénommé « cresson de fontaine ».Il fait aussi partie de la

famille des légumineuses.

Les feuilles sont pétiolées avec un segment terminal et 2 à 9 paires de segments latéraux,

émergentes, charnues et vertes.

Les tiges sont rameuses, plus ou moins ascendantes, juteuses, étalées voire couchées sur le

sol ou le plan d’eau.

La racine principale est remplacée par des racines adventives le long de la tige rampante.

À l’aisselle des feuilles peuvent apparaître des bulbilles qui se détachent et donnent

naissance à des nouvelles plantes ; c’est une plante remarquable par sa capacité de

reproduction végétative.

Des petites fleurs blanches de 5-6 mm peuvent exister.

C’est une plante herbacée vivace des milieux humides et aquatiques (mare, étang,

ruisseau). Elle vit dans l’eau claire, peu profonde, à courant lent, non acide ; elle est très

souvent cultivé dans les cressonnières. Elle peut vivre dans un milieu aquatique sans

aucune attache avec le sol.

21

3.2.1.3 Caractéristiques chimiques de la plante

Le cresson est souvent consommé comme salade.100g de cresson contiennent:

• une quantité record en Fer et en Calcium

• une quantité intéressante en Magnésium et en Zinc

• une teneur élevée de dérivés soufrés, des thioglucosides, qui sous l’action de la

myroside, enzyme dans la plante, se transforme en Isothiocyanate de phényl- éthyl, de

saveur piquante ; ce qui explique la teneur en soufre du cresson,

• une richesse en vitamine C et en acide folique.

Formule de l’Isothiocyanate de phenyl-ethyl

Tableau 6 : Composition du cresson

3.2.1.4 Utilisation

Mangé cru, il est un excellent aliment pour l’homme, cultivé dans les cressonnières

c’est une plante antiscorbutique.

Minéraux mg/100g Vitamine mg/100g

Potassium 304 Vitamine C 60

Phosphore 53 Vitamine A 2,9

Calcium 160 Vitamine B1 0,1

Magnésium 20 Vitamine B2 0,1

Soufre 130 Vitamine B3 0,4

Sodium 42 Vitamine B5 0,2

Bore 0,1 Vitamine B6 0,1

Fer 3 Vitamine B9 0,2

Cuivre 0,06 Vitamine E 1,2

Zinc 0,4 Vitamine K 0,25

Manganèse 0,4

Eau Glucide Protide Lipide

93,1 2,0 1,5 0,3

22

3.2.2. Hydrocotyle verticillata


Ordre : Apiales

Famille : Araliaceae

Genre : Hydrocotyle

Nom scientifique : Hydrocotyle verticillata

Nom vernaculaire : Vilintsahona, Loviantsahona

3.2.2.2 Description

Les feuilles sont à pétiole de 1 à 4 cm, alternées, peltées au centre, ressemblant plus ou

moins à des assiettes, émergentes, avec un pétiole cylindrique très long et dressé.

La tige est entièrement rampante stolonifère, filiforme, radicante, aux nœuds atteignant

20 à 50 cm de long.

3.2.2.3 Caractéristique

C’est une plante envahissante des milieux humides, elle pousse sur les bords des

canaux et s’adapte facilement en milieu humide.

3.2.3 Azolla pinnata


Ordre : Hydroptéridale

Famille : Azollaceae

Genre : Azolla

Espèce : Azolla pinnata

Nom vernaculaire : Manontana ou Ramilamina mena;

3.2.3.2 Description

C’est une petite plante flottante de forme triangulaire, de taille de 1.5 à 2 cm d’aspect vert

à rougeâtre et possédant des racines typiques avec les poils absorbants.

Les feuilles sont alternes le long de l’axe principal, bilobé en forme d’écaille ;

- le lobe supérieur flottant contient la chlorophylle, et parfois contient aussi de

l’anthocyanine qui lui confère une couleur brun rougeâtre.

- le lobe inférieur immergé est incolore et a une fonction absorbante comme

des racines.

23

Miniscule, fragmentable, la tige principale croit à la surface de l’eau. Les feuilles et les

racines adventives sont très fines et relativement longues.

La reproduction végétale se fait par fragmentation de tige permettant la formation de vaste

tapis. La plante a une croissance rapide ; sa masse fraiche double en 3 à 7 jours dans les pays

tropicaux.

L’Azolla a besoin d’une humidité supérieure à 60 % et la hauteur de la couche d’eau

n’excédant pas 5 à 10 cm favorise la nutrition minérale par les racines.

3.2.3.3 Besoins nutritionnels de l’Azolla

Le besoin en minéraux de l’Azolla comprend les macroéléments : le Phosphore, le

Potassium, le Calcium, le Magnésium, et le Manganèse et les micro-éléments : Fer, Zinc.

Tableau 7 : Taux de diminution de la croissance de l’Azolla dans les conditions de

carence.

Elément P K Ca Mg Mn Fe

Taux de diminution

de croissance

℅ en poids frais,

croissance minimale

22 30 5 82 23 11

NB : L’Azolla est caractérisé par l’indépendance totale à l’égard de la source d’azote (N)

3.2.3.4 Symbiose de l’Azolla

L’ Azolla vit en symbiose avec les cyanobactéries dénommée’’ Anabaena-azollae’’,

qui se trouve dans la miniscule cavité du lobe supérieur de la plante. Ces bactéries ont la

capacité d’utiliser, pour leur croissance l’azote gazeux dissous dans l’eau. En outre, elles ont

besoin de phosphate pour regulariser la capacité de fixation de l’azote. [15]

3.2.3.5 Utilisation

L’Azolla n’est pas généralement d’une grande nécessité dans la vie. En effet, c’est une

plante aquatique envahissante, non maîtrisable, du fait qu’il s’adapte dans l’eau calme.

Il est utilisé comme engrais vert dans les rizières pour augmenter les rendements de récolte et

comme « dessert » pour les cochons.

24

3.2.4 Lemna paucicostata


Ordre : Arales

Famille : Lemnaceaes

Genre : Lemna

Espèce : Lemna paucicostata

Nom vernaculaire: Manontana ou Ramilamina fotsy

3.2.4.2 Description

Lemna paucicostata est communément appelé « lentilles d’eau », lenticules ; ce sont des

petites plantes flottantes.

Sous forme de thalles rondes, la feuille est une lamelle verte (fronde) de dimensions

réduites généralement ovale, de 2-5 mm de diamètre.

Les tiges sont réduites au nervure. Les racines filiformes, presque invisibles, de 25 à 100

mm.

La lentille d’eau se reproduit végétativement par bourgeonnement de la lame.

3.2.4.3 Effets positifs

Nous avons représenté ci-après les voies de valorisation de la lentille d’eau.

Tableau 8 : Voies de valorisations de la lentille d’eau [16]

Valeur nutraceutique Dépollution de l’eau Biomasse

- valeur nutritive pour les animaux

- présence de vitamine

- extraction de protéine (contenu

protéique élevé)

- absorption de la matière organique

- absorption des métaux lourds

- réduction des particules en

suspension

- production de l’oxygène nécessaire à

la nitrification

- fertilisant

- biogaz

Les lentilles d’eau sont des végétaux intéressants pour l’épuration des eaux usées par

leurs capacités de production : Lemna gibba et Lemna. minor sont capables de développer

des biomasses de 3 à 28 g de poids sec/m², et peuvent atteindre en 2 semaines, 30 à 40

g/m² selon la concentration de l’effluent d’eau usée.

25

PHOTOS DES PLANTES AQUATIQUES

Figure 04: Photos de « Lemna paucicostata »

Figure 03 : Photos de « Azolla pinnata »

Figure 02 : Photos de « Hydrocotyle verticillata »

Figure 01 : Photos de « Nasturtium officinale »

26

Chapitre 4

~ METHODE ECOLOGIQUE D’EPURATION D’EAU ~

L'épuration des eaux usées est souvent réalisée pour protéger la santé

humaine et le milieu récepteur. Pour la santé humaine, le processus d'épuration permet

d'éliminer les microorganismes pathogènes, du moins de les réduire au minimum; pour le

milieu naturel, le processus permet habituellement de réduire les matières en suspension

(MES), la matière organique biodégradable (DBO), le phosphore, l'azote et les métaux lourds.

Le lagunage est un exemple de procédé d’épuration .

4.1 Définition

Le lagunage est une technique d’épuration des eaux usées basée sur l’eutrophisation ;

elle est considérée comme une filtration naturelle par des micro-organismes, des algues, des

plantes aquatiques. Ce traitement consiste à reconstituer les phénomènes d’auto-épuration qui

existent dans la nature.

4.2 Principe

En principe, le lagunage repose essentiellement sur la dégradation de la matière

organique contenue dans les eaux usées, par une chaîne alimentaire de micro-organismes.

Les associations biologiques existant dans la chaîne alimentaire sont :

- les bactéries aérobies vivant en présence d’oxygène dissous

- les bactéries anaérobies

- les algues ou phytoplanctons

- les macrophytes (plantes aquatiques enracinées).

4.3 Lagunage à microphyte

L’épuration est due aux algues et aux bactéries aérobies. La minéralisation de la

matière organique en suspension est assurée par les bactéries aérobies ; elles la transforment

en eau, en gaz carbonique, en nitrates et en phosphates…Ces composés sont assimilés par les

algues, qui grâce à la lumière solaire, vont effectuer la photosynthèse pour la vie des bactéries

aérobies dans la lagune.

27

Les matières organiques qui sédimentent au fond des bassins, sont dégradées par les

bactéries anaérobies, selon le processus de fermentation anaérobie produisant la

minéralisation des boues et des dégagements gazeux.

4.1 Lagunage à macrophyte

Les algues macroscopiques et les plantes aquatiques sont les végétaux que l’on

rencontre dans la lagune à macrophyte. Cette filière d’épuration s’appuie sur le pouvoir

épurateur des végétaux aquatiques : algues, hydrophytes (plantes d’eau libre) et hélophytes

(plantes du bord des eaux). Ils sont capables d’absorber l’ammonium, le nitrate et le

phosphate et de les mettre en valeur. Les plantes aquatiques fixent également les sels

minéraux pour leur croissance ; des micro-organismes se développent alors, ils se nourrissent

des plantes elles-mêmes. Quant aux hydrophytes, elles absorbent les nutriments en excès à

travers les parois cellulaires de leurs tiges et feuilles très ramifiées et produisent de l’oxygène

nécessaire à la décomposition des matières organiques et à l’oxydation de l’azote ammoniacal

préjudiciable au milieu aquatique. [17]

4.1.1 Elimination de l’azote des eaux usées

Le rôle des plantes aquatiques dans l'élimination de l'azote semble être prépondérant soit par

stockage dans ses tissus, soit par stimulation des réactions de nitrification/dénitrification. Ces

différentes réactions sont contrôlées par la concentration en oxygène dissous du milieu.

L'ammonium est la forme d'azote préférentiellement utilisée par les plantes aquatiques, son

assimilation est fonction de la productivité de la plante.

L'assimilation des nitrates semble être contrôlée par un processus enzymatique, alors que c'est un

phénomène de diffusion qui contrôle le prélèvement de l'ammonium. [18]

4.1.2 Elimination du phosphore des eaux usées

La présence des plantes crée un environnement physico-chimique favorable à l'absorption et à la

complexation du phosphore inorganique, qui est ainsi assimilé sous forme d'ortho-phosphate au

niveau des racines et des parties immergées. Cette assimilation est influencée par la disponibilité

de l'azote. Elle s'accroît avec les concentrations d'azote et peut donc être freinée par une carence

en azote. L'assimilation du phosphore augmente avec la productivité et la densité de la plante. [18]

4.2 Lagunage de finition

La longue exposition des eaux aux rayons ultraviolets du soleil permet de réduire

considérablement le nombre d’agents pathogènes qui peuvent être des bactéries, des virus et

des parasites.

28

Tableau 9 : Action dépolluantes des plantes aquatiques [16]

Type de plan d’eau Type de plantes

aquatiques Mode d’action en épuration d’eau

- Les marécages

naturels et artificiels

- Les lagunages

- Les lacs naturels

- Les rivières et fleuves

- Plantes enracinées

- Plantes flottantes

- Plantes immergées

- Phytoplancton

- Absorption des cations métalliques

- Biodégradation de la matière

organique

- Absorption (phosphate, nitrate,

ammonium, etc...)

- Clarification de l’eau

- Régularisation de pH

Deuxième partie

SITE ET METHODE

29

Problématique

Les eaux d’irrigations employées par la Commune Urbaine d’Antananarivo sont

généralement des eaux usées domestiques et parfois même des eaux industrielles. Or ces

dernières sont la plupart réutilisées par les populations environnantes à vocation agricole.

Les végétaux irrigués, s’accroissent, et s’adaptent, malgré la qualité sanitaire de l’eau, il

utilise des polluants pour leurs apports nutritifs ; ce qui nous amène à poser la question : « les

plantes existantes peuvent elles servir comme une système d’épuration naturelle pour les eaux

usées ? »

Chapitre 1

~ APPROCHE METHODOLOGIQUE ~

Les étapes suivantes ont été suivies pour mener à bien le déroulement et la faisabilité des

travaux : étude de la qualité des eaux, afin d’améliorer leur qualité en se basant sur

l’épuration par méthode lagunage.

1.1 Etude préliminaire

Collectes de données, documentations, visite du site, enquêtes ont été effectuées.

1.2 Etude n° 01 : Etude comparative de la qualité de l’eau dans un système

dimensionnelle (à l’entrée et sortie des cressonnières)

Les observations ont conduit à évaluer la qualité de l’eau du site (avant et après

passage sur un lit végétatif). Les résultats des analyses ont été comparés aux

recommandations explicitées dans les normes de rejets et d’irrigation.

1.3 Etude n° 02 : suivi systématique de l’eau dans un système discontinu

Des expérimentations sont effectuées pour le traitement de l’eau, c'est-à-dire

l’assimilation des polluants de l’eau par les cellules végétatives de quatre (4) plantes

aquatiques évoluant sur le site.

30

Figure 05 : Démarche méthodologique adoptée

s

Changement (+ ou -) Variation des paramètres, indicateurs de pollution de l’eau Normes de rejet et d’irrigation

Causalité Etablissement des hypothèses (cause et effet)

Interprétations

Etude n° 01 : Méthodes -Echantillonnage ponctuelle de l’eau (entrée et sortie) -Analyse physico-chimique de l’eau du site

Comparaison

Conclusion partielle

Etude n° 02 : Méthodes -Bio-essais -Analyse physico-chimique de la qualité l’eau

Suivi systématique (plante /eau)

Paramétrage Etude d’une hypothèse

Changement (+ ou-)

Comportements des plantes

Charges polluantes dans l’eau

Causalité Qualité sanitaire de la plante Développement de la plante

Discussion des résultats

Conditions d’expérimentation

Choix des plantes -espèces

Qualité physico-chimique de l’eau

Conclusion

Interprétations

Problématique

Collecte de données Observations sur terrain

Choix du site

31

Chapitre 2

~ TRAVAUX DE TERRAIN ~

2.1. Objectif

Le but du travail de terrain est :

- d’avoir d’amples informations sur les polluants chimiques de l’eau d’irrigation sur un

site d’étude.

- d’analyser l’eau, si, après passage sur un lit de plantes aquatiques, il y aurait une

amélioration de sa qualité physico-chimique.

2.2. Présentation du site étudié

2.2.1 Choix du site

Le site est choisi pour plusieurs raisons:

- localisation : il se situe en plein centre de la Commune Urbaine d’Antananarivo,

facilement accessible, un périmètre agricole très pollué.

- degré de pollution de l’eau : les eaux de lessive, de déjection humaine sont déversées

dans les canaux d’évacuation (la plupart des riverains et les passants font leurs besoins

dans la nature). A l’œil nu, l’eau à usage agricole sur ce site parait douteuse pour la

santé humaine et pour la qualité sanitaire des cultures présentes.

- réutilisation de l’eau usée : l’effluent liquide est principalement utilisé par les

riverains pour l’irrigation des cressonnières. Ils emploient l’eau usée du site à des fins

agricoles sans traitement suffisant.

- diversité de la couverture végétale : le site est constitué par plusieurs parcelles de

cressonnière , le cresson n’est pas la seule plante est irriguée par l’eau usée, il y a des

plantes adventives qui sont semi- aquatiques et flottantes.

2.2.2 Description du site

Le site d’étude se trouve à Andravoahangy Tsena. Il est situé à 47°31’12’’ et

47°32’Est de longitude, et 18°54’ et 18°53’Sud de latitude ; l’eau usée du site est utilisée par

les riverains.[19]

32

Figure 06 : Zone d’étude

Zone

d’étude

33

2.2.3 Sources de pollution de l’eau

L’eau usée est acheminée vers les cressonnières.

- Eau de lessive

On a remarqué que les foyers se trouvant au voisinage des canaux d’évacuation, y rejette

les eaux ayant été utilisées pour le lavage du linge.

- Déjection humaine

Riverains et passants se servent de ce canal comme urinoir. Des lieux d’aisance sont sis

prés de ce canal.

- ordures banales

Vu que le site est situé près d’un marché, les eaux contiennent des matières putrescibles,

des sachets en plastiques, du papier...

2.2.4 Environnement et milieu récepteur

Le canal d’évacuation est la seule source d’irrigation pour les cressicultures ; les récoltes sont

vendues aux consommateurs sur le marché. Des plantes autres que le cresson cohabitent dans

une cressonnière. Il s’agit de:

• Azolla pinnata et Lemna paucicostata

Ils flottent côte à côte avec les cressonnières, et envahissent l’espace libre des surfaces

d’eau.

• Hydrocotyle verticillata

Hydrocotyle verticillata est une plante adventive, il s’installe sur les bords des canaux

d’irrigation et s’insère aussi dans les cressonnières ; la racine principale se fixe dans le sol,

la longue tige rampe sur le sol immergé d’eau.

34

Figure 07 : Description du milieu végétal

Commentaires

Nasturtium officinale : principale culture du site

Les plantes flottantes sont omniprésentes

Hydrocotyle verticillata s’insère dans la cressonnière.

Les plantes flottantes envahissent l’espace libre

Hydrocotyle verticillata rampant dans les canaux d’irrigation.

Azolla pinnata et Lemna paucicostata flottent côte à côte.

35

L’eau usée est réutilisée dans les cressicultures sans avoir été traitée, or Nasturtium

officinale s’adapte à la qualité médiocre de l’eau et est destiné à la consommation.

Les plantes adventices aux cressonnières sont enlevées par sarclage par les agriculteurs

une semaine avant le repiquage ; comme elles s’adaptent à un environnement riche en

nutriments, elles reviennent deux semaines après ; elles sont difficiles à maîtriser.

Les plantes flottantes sont les plantes les plus envahissantes sur le site, elles se reproduisent

facilement, elles sont difficiles à éliminer, elles ne sont pas affectées par la qualité des eaux

où elles se développent, elles sont omniprésentes.

Lors de la récolte, Hydrocotyle verticillata accompagne le cresson à la récolte car ils ont la

même taille.

2.3 Etude comparative des eaux : Etude n° 01

2.3.1 Choix des points de prélèvement d’eau

Il est nécessaire d’avoir deux (2) points de prélèvements d’eaux sur le site, à

l’entrée (E) et à la sortie(S) des cressonnières.

Tableau 10 : Méthode d’échantillonnage de l’eau pour l’étude n°01

Date Points de

prélèvements

N° des

échantillons Objectifs

06/07/09 E

-Déterminer la qualité de l’eau qui irrigue les

cultures.

Entrée

-Collecter en vue d’une expérimentation

ultérieure en laboratoire.

-Employer comme substrat nutritive des

plantes expérimentées

06/07/09 sortie S -Constater s’il y a eu épuration d’eau après

passage sur un lit de plantes aquatiques.

Nous avons effectué 2 essaies d’analyse pour chaque échantillon, et nous avons pris la valeur

moyenne.

36

Figure 08: Description des points de prélèvement

2.3.2 Prélèvements et conditionnement des échantillons

Les échantillons sont prélevés dans des bouteilles d’eau minérale de 1,5 litre, rincées

plusieurs fois avec l’eau à analyser pour éviter les composants qui peuvent modifier la qualité

de l’eau et fausser les résultats. Lors du transport, les échantillons sont conservés à

l’obscurité, à une température de 4°C dans une glacière jusqu’au laboratoire dans un laps de

temps ne dépassant pas 24 heures.

Beaucoup de plantes sont totalement immergées dans l’eau. Nous suspectons que les

plantes assimilent les polluants. Nous allons donc vérifier cette hypothèse ; quelles sont les

plantes qui contribuent à l’épuration des eaux domestique ?

Canal d’irrigation

Point de prélèvement des eaux

S E

37

Chapitre 3

~ TRAVAUX EN LABORATOIRE ~

3.1. Objectif

Le travail en laboratoire permet d’évaluer en fonction du temps les polluants absorbés par

chaque plante.

3.2. Présentation de l’expérimentation

Quatre plantes aquatiques du site sont sélectionnées ; Deux (2) plantes semi-aquatiques

(Nasturtium officinale, Hydrocotyle verticillata) et deux (2) plantes flottantes (Azolla pinnata,

Lemna paucicostata). Elles sont mises en culture dans des pots de l’eau usée E.

L’eau est analysée par intervalle de temps régulier, tous les 5 à 6 jours.

3.2.1 Prélèvement des plants

Choisis de préférence parmi les jeunes pousses et manœuvré de sorte que les racines

ne soient pas endommagées, les plants ont été délicatement retirés de leur milieur.

3.2.2 Préparations des plants expérimentés

Les plantes sont triées et nettoyées à l’eau distillée de sorte que l’unicité de l’espèce

dans chaque récipient soit respectée pendant l’essai. Seules les substances existant dans

l’échantillon E servent à la nutrition des plantes.

Toutes les espèces ont la même masse avant l’expérimentation. Nous avons pris 10

grammes pour chaque espèce.

3.2.3 Conditions d’expérimentation

Nous avons simulé les conditions d’expérimentation en s’accordant au mieux avec

les conditions du milieu de culture sur terrain pour la réussite de l’expérience dans les

meilleures conditions possibles.

Les plantes sont placées dans des récipients étanches, en plastique, ouvert, de 28 cm

de diamètre, et 8 cm de hauteur.

38

Le nombre de récipients employés est en fonction des analyses à effectuer durant le

suivi. Nous avons pris trois (3) récipients pour chaque espèce.

Pour la viabilité des plants, l’existence d’un support des racines dans les récipients de

culture est nécessaire. Nous avons employé 200 grammes de sable blanc pour ne pas fausser

les résultats (la terre dépourvue de polluant peut affecter les résultats des analyses des eaux).

L’eau usée brute en amont du site (E), est la source de substances nutritives pour les

plantes qui y vont absorber les éléments nécessaires à leur croissance.

Nous avons utilisé un (1) litre d’eau pour chaque essai.

Les conditions d’expérimentation sur site sont respectées : les plantes bien aérées,

éclairage d’au moins10 h/ jour, à température ambiante (23 °C).

Une pompe électrique fournit quotidiennement à l’eau pour que les racines puisent

l’oxygène suffisant à leur croissance.

Figure 09 : Croquis de l’expérimentation

Ventilation

Lumière

P1 P2 P3 P4

P1: Nasturtium officinale

P2: Hydrocotyle verticillata

P3 : Azolla pinnata

P4 : Lemna paucicostata

Sable blanc (200g)

Eaux usées (E) (1litre)

Sable blanc (200g)

Eaux usées (E) (1litre)

39

Tableau 11 : Résumé de l’expérimentation

3.3 Paramètres de suivis

Tableau 12 : Méthode de suivi de la qualité de l’eau traitée

Cible Date Paramètres contrôlés Raisons

Plante Tous les jours - observation des aspects

morphologiques

Observer la viabilité la

plante

Eau

Tous les 5 à 6 jours - des paramètres physiques

- des paramètres chimiques

Absorption des polluants

par les plantes (dépollution

de l’eau)

Rejet des polluants par les

plantes (pollution de l’eau)

3.3.1 Suivi du développement des plants

Les feuilles, les tiges, les racines et l’apparition des nouvelles pousses sont

systématiquement observées.

3.3.2 Suivi des paramètres physico-chimiques de l’eau, évaluation de la qualité de l’eau

L’eau contenue dans les récipients d’expérimentation est analysée.

Azolla pinnata Lemna paucicostata

Hydrocotyle verticillata

Nasturtium officinale

Les plantes Plantes flottantes Plantes flottantes Plantes rampantes Plantes semi-aquatiques

Caractéristique Plant enraciné bougeons Tiges avec racines Tiges avec racines

Masse des plants 10g 10g 10g 10g Masse d’eau 1 litre 1 litre 1 litre 1 litre

40

Chapitre 4 :

~ ANALYSE DE LA QUALITE DE L’EAU ~

4.1 Objectif

L’étude n° 01 permet de comparer la qualité physico-chimique de l’eau en 2 points à

l’entrée et à la sortie des cressonnières. L’étude n°02 permet d’apprécier l’épuration de l’eau

par les plantes aquatiques.

4.2 Choix des paramètres pour l’analyse des eaux

Les paramètres étudiés figurent dans le tableau 13.

- La valeur de l’oxygène dissous donne la concentration en oxygène de l’effluent,

c’est un élément essentiel à la vie des organismes aquatiques. On l’exprime en %

- La turbidité désigne la teneur d’un liquide en matière qui le trouble. Elle est

causée par des particules colloïdales qui absorbent, diffusent et/ou réfléchissent la lumière. La

limpidité de l’eau est un facteur écologique important. On l’exprime en FTU.

- le sulfate, le nitrate et l’ammonium, le phosphate et le potassium sont des

éléments essentiels au développement des plantes.

Le phosphate favorise le phénomène d’eutrophisation. L’azote est un facteur

limitant de l’eutrophisation, il est signe de la dégradation de la qualité de l’eau car

l’eutrophisation diminue le taux d’oxygène du milieu aquatique [20]. En anaérobie, le sulfate

est transformé par les bactéries en sulfures ou en hydrogène sulfuré toxique et responsable de

mauvaise odeur ; l’excès de sulfate peut nuire à la qualité de l’eau et peut limiter la

production biologique de la plante.[07]

- L’excès de la concentration en métaux dans l’eau peut être toxique à dose excessive

pour les plantes.

41

Tableau 13 : Choix des paramètres analysés

Etude n° 01

Travaux de terrain

Etude n° 02

Travaux de laboratoire (LCE)

Nombre de prélèvements Deux points

[E : entrée ; S : sortie]

Suivi dans le temps

Paramètres biologiques

- Oxygène dissous (%) �

Paramètres physiques Sur terrain En laboratoire (LCE)

- Turbidité (FTU) � �

- pH �

Paramètres chimiques En laboratoire (LCE) En laboratoire (LCE)

- Phosphate (mg/l) � �

- Ammonium (mg/l)

- Azote ammoniacal

� �

- Nitrate (mg/l)

- Azote nitrique

� �

- Sulfate (mg/l) � �

- Potassium (mg/l) � �

- Fer (mg/l) �

- Zinc (mg/l) �

- Cuivre (mg/l) �

- Manganèse (mg/l) �

Remarque : Pour l’étude n° 02,

-on expérimente avec quatre espèces de plantes aquatiques pour le suivi de la qualité de l’eau.

-d’autres paramètres physico-chimiques de l’eau ne sont pas analysés.

4.3 Outils et matériels

Les analyses des paramètres physiques et biologiques de l’eau sont déterminées sur

terrain, les paramètres chimiques de l’eau sont effectuées dans le laboratoire de chimie de

l’Environnement à l’aide d’un photomètre PALINTEST 7100 (cf. Annexe IV)

42

Chapitre 5 :

~METHODES D’INTERPRETATION ~

5.1 Etude n° 01 : Etude comparative de la qualité des eaux E et S

Les paramètres chimiques de l’eau usée à l’entrée et à la sortie d’un lit de plante

aquatique sont comparés aux valeurs préconisées par la norme de rejets décret 03 /464, et les

limites recommandées pour l’eau d’irrigation.

On déterminera les causes de l’augmentation / diminution/ stabilisation des paramètres

chimiques de l’eau entre l’entrée et la sortie en se référant à l’environnement du site.

5.2 Etude n° 02 : Etude de l’absorption des polluants pour chaque espèce de plante

aquatique testée en laboratoire

Identification des plantes qui ont la particularité de faire disparaître un polluant

- suivi systématique (tous les 5 à 6 jours) des échantillons d’eau traitée par chaque

espèce.

- suivi quotidien du développement des plantes en observant les troubles de

développement

A partir des courbes de variation, on interprétera les résultats selon l’allure de la

courbe, la vitesse de disparition/ réapparition de polluant dans l’eau pour chaque espèce.

Détermination des causes de disparition ou de réapparition des types de polluants en tenant

compte :

- de la nature nutritionnelle de la plante, des bactéries existantes,

- du développement des plantes durant l’expérimentation et du tableau de maladies,

excès et carences des éléments nutritifs pour les plantes (cf. tableau 4)

Troisième partie

RESULTATS ET INTERPRETATIONS

43

A. LES TRAVAUX SUR SITES

L’étude n°01, permet de décrire l’environnement du site en terme de degrés de

pollution de l’eau et du biotope sur plantes aquatiques.

Chapitre 1

~ RESULTATS DES ANALYSES D’ECHANTILLONS D’EAUX ~

1.1 Les normes et les résultats des paramètres physiques et biologiques de l’eau

Date de prélèvement : 06/07/09

E : Eau à l’entrée des cressonnières S : Eau à la sortie des cressonnières

Tableau 14 : Résultat des analyses physiques et biologique de l’eau du site

Prélèvements Couleur Turbidité (FTU) O2 dissous (°/°)

Normes de rejet limpide 25 -

E Grisâtre 94 15

S Limpide 30 0

1.2 Les normes et résultats des paramètres chimiques de l’eau

Tableau 15 : Résultat des analyses des polluants minéraux de l’eau du site

Tableau 16 : Résultat des analyses des métaux de l’eau du site

PS : Les valeurs soulignées et en rouge sont hors normes.

Teneur (mg/l) PO43- N- NO3

- N-NH4+ SO4

2- K+

Normes de rejet 10 3.2 15 250 12

E 84,5 1.16 10 37 51

S 56.9 0.32 0 16 42

Teneur (mg/l) Fe Zn Cu Mn

Limites recommandées 5 2,0 0,2 0,2

E 2.4 0.57 1,2 0.015

S 1 0.27 0.42 0.021

44

1.3 Interprétations des résultats

1.3.1 Evaluation de la qualité de l’eau usée du site

- L’eau d’irrigation est principalement composée d’eaux ménagères et d’eaux vannes et une

partie peut être due à une pollution diffuse.

- La teneur en phosphate de l’eau (84 mg/l) dépasse largement les normes ; cette valeur élevée

du degré de pollution de l’eau usée en matière de charge eutrophisant dans le canal

d’irrigation peut être due à l’emploi de détergents et de savons sources de PO43- et de SO4

2-,

que les riverains déversent par l’intermédiaire des eaux domestiques surtout des eaux de

lessive.

- L’apport en azote dans l’eau est dû aux déjections humaines et à la dégradation de la matière

organique ; ceci est aussi justifié par la turbidité de l’eau dépassant les normes (Turbidité >

25 FTU). On remarque l’existence de fosses perdues sur les canaux d’irrigation.

- La teneur en cuivre (1,2mg/l) dépasse largement les limites recommandées pour des eaux

d’irrigation. Ceci est probablement dû à l’emploi de pesticides riches en organo-métallique

pour le traitement du cresson.

- la valeur élevée du taux de potassium est attribuée aux cendres et aux urines, déversées

directement dans les canaux d’évacuation.

1.3.2 Comparaison de la qualité de l’eau en amont et en aval de la cressonnière

On observe une amélioration de la qualité de l’eau à la sortie des cressonnières;

celle-ci est justifiée par l’abaissement significatif des paramètres physico-chimiques de l’eau.

Autrement dit, la cressonnière est un milieu épurateur d’eaux usées domestiques.

1.3.2.1 Teneur en oxygène dissous

L’oxygène dissous est totalement négligeable à la sortie. Cette faible teneur est due à

la présence de matières organiques oxydables et de microorganismes. En effet, plus le taux de

matière organique est élevé, plus l’oxygène dissous est faible et la survie des germes aérobies

devient difficile, ils sont remplacés par des souches bactériennes anaérobies.

1.3.2.2 Turbidité

La turbidité même diminue ; elle reste cependant hors norme en aval du site. On a

donc une clarification de l’eau car les cressonnières sont des milieux lentiques c'est-à-dire

milieu d’eau calme à renouvellement lent.

45

1.3.2.3 Paramètres chimiques de l’eau

L’abaissement des paramètres chimiques de l’eau est signe de l’amélioration de la

qualité de l’eau et ceci peut être dû à plusieurs phénomènes : adsorption par le sol, dilution

des polluants, lessivage, transformation par les bactéries, assimilation par les végétaux.

- L’anion phosphorique n’est pas véritablement échangé mais fixé par le complexe

argilo-humique du sol par l’intermédiaire des ions Ca2+.

- L’ion potassium K+est généralement fixé par les complexes adsorbants [09]

- Les anions nitrates et sulfates, ne sont pas retenus par le sol; le taux de nitrate très

soluble dans l’eau diminue par dilution.

- L’eau dans le canal est continuellement renouvelée ; elle varie selon la saison, selon le

débit et selon la nature des effluents. Les anions solubles dans l’eau peuvent être drainés.

- L’ion ammonium peut être oxydé en nitrate par les bactéries si le sol est bien aéré.

- Les polluants sont absorbés par les plantes existantes qui ont besoin de substances

nutritives suffisantes pour leur développement : c’est l’assimilation ou le phyto-

épuration[21].

Ces résultats permettent de dire qu’une ’eau fortement polluée irrigue toutes les

parcelles de cressonnières ; certains paramètres physico-chimiques comme le phosphate et le

cuivre sont hors normes.

Des bactéries pathogènes sont présentes dans les eaux usées domestiques. On

observe une nette amélioration de la qualité de l’eau en avale des cressonnières, ces

nouvelles valeurs peuvent être dues à l’une ou à l’autre ou à plusieurs des hypothèses citées

précédemment (paragraphe 1.3.2.3).

Une étude plus approfondie permettra d’expliquer si les plantes du site sont ou non

en grande partie responsables de l’amélioration de la qualité de l’eau. Les travaux de O

Andrianarijaona et J Rakontondraibe ont d’ailleurs montré que le sol et les plantes d’une

cressonnière ont conjointement des rôles épurateurs [21]. La contribution par chaque plante

dans cette épuration est étudiée par des travaux en laboratoire présentés dans la partie B de

ce mémoire.

46

B. TRAVAUX EN LABORATOIRE

L’étude n°02 est un suivi de la viabilité et de la croissance d’une plante aquatique en

fonction de la qualité de l’eau dans laquelle elle évolue.

Chapitre 1

~DEVELOPPEMENT DE LA PLANTE D’ESSAI DURANT

L’EXPERIMENTATION ~

Le suivi des comportements morphologiques des plantes sélectionnées (Hydrocotyle

verticillata, Nasturtium officinale, Lemna paucicostata, Azolla pinnata) permet d’apporter des

explications sur le devenir des charges polluantes considérées comme substances nutritives.

Les observations sont consignées dans le tableau 15.

47

Tableau 17 : Comportement des plantes pendant les 15 premiers jours d’expérimentation. Feuilles/folioles Tiges et racines reproduction Observations

1er jour 5ème jour

-Levée des feuilles existantes -Nouvelles feuilles

5ème jour 10 ème jour

-Levée des nouvelles feuilles - Noircissement des bords de la feuille

-apparition des nouvelles pousses

-Croissance normale

Hyd

roco

tyle

ve

rtic

illat

a

10èmejour 15 ème jour

- Jeunes et vieilles feuilles crépues - Noircissement des bords de la feuille

-Flétrissement des tiges

-Trouble de développement

1er jour 5ème jour

-Développement des feuilles -Levée des nouvelles feuilles


Na

stu

rtiu

m

offic

ina

le


-Elargissement des feuilles -flétrissement des rameaux

1er jour 5ème jour

-Stade de bourgeonnement (bourgeon)


-Eclatement des bourgeons en folioles Le

mn

a

pa

uci

cost

ata


-Feuilles de lentilles d’eau s’étalant sur l’eau

-apparition des racines

-Croissance normale

1er jour 5ème jour

-Les folioles sont de couleur verdâtre à rouge

-allongement des racines filiformes

-Les plantes émettent des bulles d’air


-l’Azolla commence à occuper de l’espace

-apparition de bulles d’air sur la partie émergente de la plante

Azo

lla p

inn

ata


- Les folioles sont de couleur vert foncé -augmentation du nombre de plants

-L’azolla occupe toute la superficie du récipient -Des débris d’azollas se déposent au fond du récipient

48

Chapitre 2

~ EVALUATION DE LA QUALITE DE L’EAU ~

2.1. Variation de la teneur en sulfate dans l’eau

Nous représentons sur les graphes 1 à 4 le comportement des 4 plantes expérimentées

vis-à-vis du sulfate contenu dans l’eau d’irrigation.

2.1.1 Eau traitée par Hydrocotyle verticillata

Du 1er au 5ème jour, la teneur en sulfate diminue dans l’eau. La plante absorbe le sulfate

nécessaire à la synthèse des acides aminés soufrés [07]. Des nouvelles feuilles se forment et

des nouvelles pousses apparaissent.

Du 5ème au 15ème jour, la plante présente des troubles de développement ; lorsque l’équilibre

de la concentration des sels dans l’eau et dans la plante est atteint (phénomène d’osmose), il

n’y a plus d’absorption ; la concentration en sulfate varie à peine. [10]

Graphe 1 : Variation de la teneur en sulfate dans l’eau traitée par Hydrocotyle verticillata

37

11

1614

0

5

10

15

20

25

30

35

40

SO4(mg/l) 37 11 16 14

1è 5è 10è 15è

49

2.1.2 Eau traitée par « Nasturtium officinale »

Avec Nasturtium officinale, il y a une diminution constante du sulfate dans l’eau

- Vitesse d’accumulation en soufre

Calcul de la vitesse (V) de la disparition journalière de la quantité de sulfate dans l’eau :

V [1-5] : 1,4 mg .l -1.j-1

V [5-10] : 1,4 mg .l -1.j-1

V [10-15] : 1,6 mg .l -1.j-1

On remarque que la vitesse de diminution en soufre est aussi constante.

La saveur poivrée et piquante est du à la présence d’ iso-thiocyanate de phényl- éthyl dans la

plante. Le cresson a donc continuellement besoin d’une certaine quantité de soufre.

Temps 1e 5e 10e 15e

SO42-

eau (mg/l) 37 30 23 15

Graphe 2 : Variation de la teneur en sulfate dans l’eau traitée par Nasturtium officinale

37

30

23

15

0

5

10

15

20

25

30

35

40

SO4(mg/l) 37 30 23 15

1è 5è 10è 15è

Formule de l’iso-thiocyanate de phényl- éthyl

50

2.1.3 Eau traitée par Lemna paucicostata

Lemna paucicostata reste indifférent à l’élimination du sulfate, on a une courbe plus ou moins

constante pour un intervalle de temps donné ; la diminution de sulfate dans l’eau du 5ème au

10ème jour est probablement due à l’éclosion des bourgeons et à l’apparition des petites

feuilles.

Du 1er au 5 ème jour, l’absorption des éléments de croissance pour la lentille d’eau ne se fait

pas par les racines, car les bourgeons n’en admettent pas, l’assimilation de sulfate est faible.

Du 5 ème au 10 ème jour, l’éclosion des bourgeons de lentille nécessite une quantité utile de

soufre pour le métabolisme de la plante, d’où une nette diminution du sulfate.

Du 10 ème au 15 ème jour, on voit que la lentille d’eau consomme peu de soufre, la

concentration de sulfate dans l’eau reste pratiquement constante, alors que presque tous les

bourgeons sont devenus des folioles [24].

Graphe 3 : Variation de la teneur en sulfate dans l’eau traitée par Lemna paucicostata

37 36

1614

0

5

10

15

20

25

30

35

40

SO4(mg/l) 37 36 16 14

1è 5è 10è 15è

51

2.1.4 Eau traitée par Azolla pinnata

En étant bien aérée dans un espace suffisant, Azolla absorbe avec ses racines filiformes

des polluants dont le sulfate jusqu’à son épuisement. On a une valeur qui diminue, du 1ér

jusqu’au 5ème jour ; les lobes supérieures riches en chlorophylle doivent s’alimenter en

matière soufrée pour la synthèse des protéines [07]; au-delà du 5èmejour les Azollas

commencent à prendre de l’espace et envahissent la surface de l’eau ; ils se décomposent

au fond du récipient en rejetant les éléments absorbés qui ont été stockés dans les cellules

[11]. En anaérobie, les sulfates sont transformés en sulfure par les bactéries [07].

Graphe 4 : Variation de la teneur en sulfate dans l’eau traitée par Azolla pinnata

37

9

14

18

0

5

10

15

20

25

30

35

40

SO4(mg/l) 37 9 14 18

1è 5è 10è 15è

52

2.2 Variation de la teneur en phosphate dans l’eau

Nous représentons sur les graphes 5 à 8, le comportement des 4 plantes

expérimentées vis-à-vis du phosphate contenu dans les eaux de cressonnière.

Graphe 5 : Variation de la teneur en phosphate dans l’eau traitée par Hydrocotyle verticillata

84.6

13.8

26.9

35

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

PO4(mg/l) 84.6 13.8 26.9 35

1è 5è 10è 15è

Graphe 6 : Variation de la teneur en phosphate dans l’eau traitée par Nasturtium officinale

84.6

62.3

32

17.5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

PO4(mg/l) 84.6 62.3 32 17.5

1è 5è 10è 15è

Graphe 7 : Variation de la teneur en phosphate dans l’eau traitée par Lemna paucicostata

84.6

25.519.1

14.9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

PO4(mg/l) 84.6 25.5 19.1 14.9

1è 5è 10è 15è

Graphe 8 : Variation de la teneur en phosphate dans l’eau traitée par Azolla pinnata

84.6

10.7

0.64

26.7

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

PO4(mg/l) 84.6 10.7 0.64 26.7

1è 5è 10è 15è

53


On constate une baisse de concentration en phosphate du 1èr au 5 ème jour. L’élimination du

phosphore de l’eau est proportionnelle à la productivité de la plante (apparition des nouvelles

pousses) [18]. Cependant, à partir du 10 ème jour, on constate une élévation de la

concentration en phosphate dans l’eau ; cette augmentation est signe de rejet de phosphore qui

peut être dû à la décomposition de certaines parties de la plante (flétrissement des tiges) dans

l’eau causée par l’excès de phosphate (noircissement des feuilles) [08].

2.2.2 Eau traitée par Nasturtium officinale

On a un abaissement continuel de phosphate dans l’eau jusqu’à plus de 75 % en 15 jours,

nous en déduisons que le phosphate est source d’engrais pour la plante .L’assimilation en

phosphore par la plante est constante et a toujours lieu en même temps que l’assimilation en

soufre [05].


On a un abaissement continuel de phosphate dans l’eau, c'est-à-dire qu’au cours de leur

processus de transformation et de développement, la petite lentille a toujours besoin d’une

quantité de phosphore. La quantité de phosphate restant dans l’eau diminue, ceci est en

fonction du développement des bourgeons et de la multiplication de façon envahissante de la

plante [18].

2.2.4 Eau traitée par Azolla pinnata

La chute de la teneur en phosphate de l’eau pendant les 10 premiers jours correspond à

l’intervalle de temps où les Azollas sont de couleur verte à rougeâtre c’est- à- dire qu’ils sont

en pleine croissance.

La vitesse d’assimilation en phosphore remarquable de l’Azolla est certainement due à sa

propagation et à la multiplication des cyanobactéries dans la plante [04].

C’est à partir du 10ème jour que la teneur en phosphate dans l’eau augmente. Ceci a lieu avec

la dégradation de la matière morte au fond du récipient, due au manque d’espace et

d’oxygène. C’est un phénomène similaire à l’eutrophisation [20].

54

2.3 Variation de la teneur en azote dans l’eau

Nous représentons sur les graphes 9 à 12, le comportement des 4 plantes

expérimentées vis-à-vis de l’azote contenu dans les eaux de cressonnière.


Comme toute plante, Hydrocotyle verticillata consomme le nutriment azoté et phosphaté

nécessaire à son développement, pour la formation des feuilles ; d’où une baisse de la teneur

azote dans l’eau. La teneur en azote nitrique se stabilise alors que celle de l’azote ammoniacal

diminue progressivement, la plante préfère donc l’azote ammoniacal à l’azote nitrique [18].

Une légère élévation du taux d’azote dans l’eau à partir de 10ème jour correspond au stade de

flétrissement des tiges. Il y a dégradation de l’azote organique lorsque la plante se décompose

dans l’eau [11].

Graphe 9 : Variation de la teneur en (N-NO3 -)et

(N- NH4 +) dans l’eau, traitée avec Hydrocotyle

verticillata

1.2

10

8.5

5

1.150.18 0.36

6.5

0

2

4

6

8

10

12

N-NO3 (mg/l) 1.2 0.18 0.36 1.15

N-NH4 (mg/l) 10 8.5 5 6.5

1è 5è 10è 15è

Graphe 10 : Variation de la teneur en azote total dans l’eau traitée avec Hydrocotyle verticillata

11.2

8.68

7.65

5.36

0

2

4

6

8

10

12

N Total (mg/l) 11.2 8.68 5.36 7.65

1è 5è 10è 15è

55

2.3.2 Eau traitée par Nasturtium officinale

Entre le 1èr et le 15ème jour, on peut penser qu’il y a un processus de nitrification, c’est à dire

une baisse de la teneur en ammonium avec une nette augmentation de celle du nitrate ; la

concentration en azote total diminue à peine.

L’oxygène émis par la plante assure l’oxydation de l’ammonium en nitrite puis en nitrate.

Toutefois les nodules des cressons fixent l’azote atmosphérique et stabilisent le taux d’azote

de l’eau [04].

Graphe 11: Variation de la teneur (N-NO3 -)et

(N-NH4 +) dans l’eau traitée par Nasturtium

officinale

8.94

5.83

1.2

12

0.72

2.6

10

0.3

0

2

4

6

8

10

12

14

N-NO3 (mg/l) 1.2 0.72 2.6 12

N-NH4 (mg/l) 10 8.94 5.83 0.3

1è 5è 10è 15è

Graphe 12 : Variation de la teneur en azote total dans l’eau traitée par Nasturtium officinale

11.2

9.66

12.3

8.43

0

2

4

6

8

10

12

14

N Total (mg/l) 11.2 9.66 8.43 12.3

1è 5è 10è 15è

56


Deux (2) situations sont possibles :

- du 1èr au 5ème jour , on constate une élévation d’azote total, surtout celle de l’azote

ammoniacal; la plante au stade de bourgeonnement est dépourvue de racine et de feuille [23],

l’échange gazeux est faible voire inexistant[24]. L’insuffisance d’oxygène dissous dans l’eau

provoque une réaction de dégradation (ammonification) [cf. Annexe I]. Cet ion ammonium

provient de la décomposition de la matière organique, des matières fécales par les bactéries

saprophytes.

- du 5ème au 15ème jour, il y a un abaissement très net de la teneur en azote. De plus la teneur

en ammonium est presque nulle. En effet, les petites feuilles étalées sur l’eau avec leur racine

filiforme produisent de l’oxygène directement dans l’eau. Cet oxygène permet d’oxyder les

ions ammonium dans l’eau [16]. Les lentilles d’eau sont riches en protéines ce qui pourrait

expliquer leur célérité pour l’assimilation d’azote [06].

Graphe 13 : Variation de la teneur en (N-NO3 -

)et (N- NH4 +) dans l’eau traitée avec

Lemna paucicostata

10.8

33

1.262.43

1.58

7.4

02.33

0

5

10

15

20

25

30

35

N-NO3 (mg/l) 1.26 1.58 7.4 2.43

N-NH4 (mg/l) 10.8 33 0 2.33

1è 5è 10è 15è

Graphe 14 : Variation de la teneur en azote total dans l’eau, traitée avec le Lemna paucicostata

12.06

34.58

4.76

7.4

0

5

10

15

20

25

30

35

40

N Total (mg/l) 12.06 34.58 7.4 4.76

1è 5è 10è 15è

57

2.3.4 Eau traitée avec Azolla pinnata

Du 1èr au 10ème jour, l’Azolla émet de l’oxygène (existence des bulles d’air sur les lobes

supérieures). L’oxygène est directement rejeté dans l’eau pour oxyder l’ammonium

existant, d’où une baisse significative du taux d’azote ammoniacal. Soit l’ammonium est

oxydé sous forme de nitrate par les cyanobactèries (augmentation du taux de nitrate), soit

il est directement assimilé par la plante pour le développement des cellules végétales. De

plus, l’Azolla est une plante à rhizosphère fixatrice d’azote, lui permettant de produire des

substances protéiques à partir de l’azote gazeux présent dans l’atmosphère, d’où leur

prolifération. Le taux d’azote total dans l’eau diminue peu, à cause de la réduction

enzymatique de N2 en azote ammoniacal par fixation biologique d’azote, suivie de la

nitrification.

A partir du 10ème jour, l’augmentation très marquée du taux d’azote est causée par la

dégradation de la plante antérieure libérant l’ammonium [02].

La multiplication excessive de l’Azolla, formant un tapis d’Azolla qui se superpose,

empêche l’oxygénation de ces derniers qui seront immergés ; c’est pourquoi l’ Azolla est

utilisé comme engrais vert du faite qu’à leur mort, il libère l’azote accumulé dans leurs

cellules.

Graphe 15 : Variation de la teneur en (N-NO3 2-)et

(N- NH4 +) dans l’eau traitée par Azolla

pinnata

1.16

10

0.6

5.542.6

9.28

5

30

0

5

10

15

20

25

30

35

N-NO3 (mg/l) 1.16 2.6 9.28 5.54

N-NH4 (mg/l) 10 5 0.6 30

1è 5è 10è 15è

Graphe 16 : Variation de la teneur en azote total dans l’eau traitée par Azolla pinnata

11.16

7.6

35.54

9.88

0

5

10

15

20

25

30

35

40

N Total(mg/l) 11.16 7.6 9.88 35.54

1è 5è 10è 15è

58

Graphe 17 : Variation de la concentration du potassium de l’eau par les plantes expérimentées (mg/l)

0

20

40

60

80

100

1è 51 51 51 51

6è 60 57.5 80 49

12è 57.5 52 55 55

Hydrocotyle verticillata

Nasturtium officinale Lemna paucicostata Azolla pinnata

2.4 Variation de la teneur en potassium dans l’eau

2.4.1 Résultats des analyses

2.4.2 Interprétation

Il n’ y pas d’abattement en potassium pour les plantes aquatiques sélectionnées donc le

potassium a été peu consommé par les plantes.

Le potassium intervient dans la rigidité des tiges et à l’ouverture et fermeture des

stomates. Comme les tiges des plantes aquatiques étudiées sont molles ou réduites aux

nervures, et comme les stomates des monocotylédones (Lemna paucicostata et Azolla

pinnata) sont réduites ; il n’ y a pas eu de consommation de potassium.

59

2.5 Variation de la turbidité en fonction du temps

2.5.1 Résultats des analyses

2.5.2 Interprétations

Pour une même quantité de plante, Hydrocotyle verticillata, Lemna paucicostata et

Nasturtium officinale diminuent largement la turbidité de l’eau par rapport à Azolla pinnata.

Ceci s’explique par le fait que : la longue tige rampante et les racines filiformes surnageantes

à la surface de l’eau assurent une bonne luminosité dans l’eau tandis que la présence d’un

tapis chez Azolla pinnata, inhibe la pénétration de la lumière.

Graphe 18 : Variation de la turbidité (FTU) pour chaque espèce de plantes aquatiques

0

20

40

60

80

100

1è 94 94 94 94

5è 44 30 24 86

10è 24 36 8 20

15è 8 12 6 30

Hydrocoty le vertic illata

Nasturtium offic inale

Lem na paucicostata

Azolla pinnata

60

Chapitre 3

~ DISCUSSIONS ~

Les plantes aquatiques peuvent être une ressource capable d’éliminer, de stocker ou

de métaboliser les polluants pour le développement de leur cellule, une absorption racinaire

est efficace. Les hydrophytes absorbent les nutriments à travers les parois cellulaires de leurs

tiges et de leurs feuilles très ramifiées ; ils produisent de l’oxygène nécessaire à la

décomposition des matières organiques et à l’oxydation de l’azote ammoniacal préjudiciable

au milieu aquatique.

3.1 Protection du milieu récepteur

Les procédés d’épuration par voie naturelle s'intègrent idéalement au milieu naturel

sur le plan paysager et dans l’environnement, pour les variétés de plantes choisies présentes

‘naturellement’. Dans les écosystèmes artificiels créés pour l’épuration des eaux usées, il faut

éviter d’implanter des variétés qui pourraient proliférer faute de prédateurs, de parasites et/ou

de concurrence même par reproduction végétative (limitation du risque ‘d’invasion’).

D’autres variétés pourront être choisies parmi la palette de plantes qui présentent des

avantages et une bonne efficacité dans l’épuration de certains polluants contenus dans les

eaux usées.

3.2 Valorisation des plantes

Les plantes utilisées pour la dépollution de l’eau ne sont probablement pas

consommables, du fait que l’eau ne subit aucun traitement sanitaire comme la désinfection.

Néanmoins, Nasturtium officinale et Lemna paucicostata riches en protéines sont destinés à

l’alimentation des volailles. Azolla pinnata est employé comme engrais vert. Hydrocotyle

verticillata seront broyés et incorporés dans le compost.

61

3.3 Système d’épuration sur divers lits de plantes aquatiques

Une fois la majeure partie des polluants éliminée, l’eau peut être réutilisée en

agriculture. Toutefois, il serait utile de faire séjourner l’eau dans un bassin sous les rayons

solaires.

En employant un système d’élimination de polluants sur un lit de diverses plantes aquatiques,

on obtiendra une efficacité optimale pour une bonne purification de l’eau.

Figure 10 : Système d’élimination des polluants, sur un lit de diverses plantes aquatiques

3.3.1 Avantages de la réutilisation des eaux usées traitées [22]

Dans les pays arides et semi-arides, la pratique de la réutilisation des eaux usées

traitées devrait se développer davantage, les avantages liés à cette pratique sont les suivants:

- la réutilisation des eaux usées traitées peut compenser la rareté des ressources. Leur

affectation à l'usage agricole permet de consacrer les eaux de meilleure qualité aux

consommations domestiques;

- elle contribue à réduire les pollutions du milieu et à protéger l'environnement;

- les eaux usées traitées permettent, lorsqu'elles sont utilisées en irrigation, de réduire et

même d'éliminer le recours aux engrais chimiques.

Plante enracinée

Plante enracinée

Plante flottante

Plante flottante

EAUX USEES

EAUX USEES TRAITEES

62

3.3.2 Inconvénients de la réutilisation des eaux usées traitées [22]

Les inconvénients sont principalement liés à l'adaptation aux usages et aux obstacles

psychologiques et culturels attachés à des eaux supposées dangereuses. Les principaux

inconvénients liés à la réutilisation des eaux usées traitées en agriculture sont les suivants:

- risque sanitaire lié à la présence de germes pathogènes dans les eaux usées traitées

aussi bien pour l’agriculteur que pour le consommateur

- en raison de la salinité élevée de l’eau usée, il peut en résulter certains effets négatifs

sur le sol et sur les plantes ; ce qui peut entraîner une chute de la production végétale

et même une stérilité des sols par accumulation de sels

- l'apport en quantité importante des doses d'azote et de phosphore peut nuire à la

production agricole et contribuer à la pollution des nappes.

3.4 Optimisation de l’épuration

Le contrôle des eaux réutilisées doit être rigoureux et permanent. Il exige donc

des moyens importants, techniques et humains, ce qui est souvent difficile à obtenir. Le

contrôle indispensable est rendu encore plus délicat à assurer correctement en raison de la

multiplicité des intervenants au niveau de la collecte, du traitement et surtout au niveau des

utilisateurs,

- un brassage régulier devrait se faire pour le cas des petites plantes,

- il exige un grand espace foncier,

- un contrôle systématique des plantes est nécessaire car leur dégradation induit la

repollution de l’eau.

63

~ CONCLUSION ~

Notre étude nous a montré que les plantes qui nous entourent constituent un système

d’épuration naturelle. Non seulement cette méthode est écologique mais elle est aussi

économique et offre diverse avantages comme la valorisation des plantes sélectionnées,

l’amélioration de la qualité de l’air, la gestion de l’excès des polluants de l’eau, l’amélioration

du paysage.

Les résultats visent non seulement à cibler le rôle respectif de chaque plante vis-à-

vis de chaque polluant mais aussi à connaître les conditions d’optimales pour un très bon

rendement en épuration des eaux à l’aide des plantes aquatiques.

.

I. Hydrocotyle verticillata est une plante qui a la particularité de dénitrifier les eaux

usées par l’abaissement de l’azote de l’eau. L’azote absorbé contribue au métabolisme

des plantes mais plus particulièrement à la croissance des organes végétatifs (feuilles

et tiges). Hydrocotyle verticillata est une plante envahissante des canaux, il exige une

bonne aération.

II. Nasturtium officinale a un goût menthe poivré ; il est capable de tirer le soufre des

sulfates dans l’eau et de le stocker dans toute la plante. Il absorbe les composés

sulfurés, il contribue à l’élimination partielle des phosphates.

III. Lemna paucicostata purifie l’eau par l’élimination des phosphates et par la réduction

de l’ion ammonium dans l’eau. Il clarifie l’eau. Il élimine les charges organiques de

l’eau. Il est vivement utilisé dans des bassins d’épuration d’eau.

IV. Azolla pinnata est capable d’éliminer le phosphate dans un bref délai ; il exige une

bonne condition d’aération et un espace suffisamment large ; les plantes doivent être

enlevées régulièrement pour éviter la superposition des Azolla entraînant leur mort

ainsi que l’eutrophisation ; il est utilisé comme engrais vert grâce à cette propriété.

V. L’existence de bactéries symbiotiques de plante capable de fixer l’azote

atmosphérique ne permet pas d’avoir un résultat très satisfaisant dans la réduction de

l’azote.

VI. Le séjour prolongé dans l’eau au contact des hydrophytes permet une absorption

importante des sels minéraux, ce qui évite l’eutrophisation ; l’oxygène émis par les

plantes favorise l’oxydation des ions ammonium résiduels.

64

VII. Les plantes que nous avons sélectionnées peuvent polluer les eaux lorsqu’elles

meurent ou se dégradent ou lorsqu’elles présentent des troubles de développement, car elles

rejettent par l’intermédiaire de leurs feuilles ou des cellules végétatives une fois décomposées,

les éléments qu’elles absorbent.

VIII. Toutes les plantes aquatiques employées devraient occuper un large espace pour

une bonne aération ; les petites plantes flottantes exigent un brassage régulier et un temps

de renouvellement car elles se propagent très vite et sont très envahissante.

L'épuration des eaux usées est une condition nécessaire pour la réussite de leur

réutilisation et de leur intégration dans les projets de planification et de gestion des eaux.

En évitant d’employer des agents chimiques pour la dénitrification, la désulfuration ou la

déphosphatation des eaux usées, il serait plus convenable d’utiliser une méthode naturelle

et purement écologique (cf. Annexe V).

65

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[17] Connaître pour agir ; 2002. “L’épuration des eaux usées par les plantes”, Agence

Régionale de l’Environnement de Haute Normandie

66

[18] Kone D ; 2002. “Epuration des eaux par Lagunage à microphyte et à macrophyte en

Afrique de l’Ouest et du Centre”, Thèse n°2653 Science de l’Environnement. Ecole

polytéchnique Fédérale de Lausanne

[19] Rakotondraibe J, Razafindralaova L ; 2009. “Impact saisonnier des effluents urbains sur

la qualité d’un sol à vocation agricole (cas d’Andravohangy Tsena)”, Communication

interne de la faculté des sciences

[20] BARROIN.G ; 2004. “Phosphore, azote, carbone,… du facteur limitant au facteur de

maîtrise”, Le courrier de l’environnement de l’INRA n° 52

[21] Rakotondraibe J, Andrianarijaona O ; 2010. “Dépollution des eaux d’un marais par les

plantes et par le sol ”, Communication interne de la faculté des sciences

[22] Mohamed B ; 2008. “Approche méthodologique pour le projet de réutilisation des eaux

usées en irrigation”, Mémoire de maîtrise en science de l’environnement, Université de

Québec à Montréal

[23] Boulienne R ; 1946, “Phytobiologie”, Masson et Cie Edition. Paris

[24] Radoux M ; 1992, “Rôle de la fréquence des prélèvements de la biomasse produite sur

les capacités épuratrices de Lemna minor”, Masson et Cie Edition. Paris

[25] www.wikitaxi.org

[26] http://homepage.mac.com/ltbo/EvolVie/azot3.htm

PARTIE EXPERIMENTALE

ANALYSE DE L’EAU

MODE OPERATOIRE

I. L’oxygène dissous (OD)

La mesure est effectuée en plongeant les électrodes d’un oxymètre dans l’eau à analyser ;

la valeur de l’oxygène dissous est exprimée soit en mg/l soit en % pour leur taux de saturation

en oxygène.

II. La turbidité

La turbidité est mesurée avec un turbidimètre électrique.

Principe

Mesure de l’intensité de lumière diffractée par les particules en suspension dans l’eau.

Mode opératoire

1. Etalonner l’appareil au moyen de la solution étalon.

2. Rincer le tube avec l’eau déionisée avant de la remplir prudemment avec l’eau à

analyser jusqu’à une hauteur de 10 ml afin d’éviter la formation de bulles d’air.

3. Essuyer le tube pour effacer toute trace de doigts

Effectuer la lecture en choisissant la bonne longueur d’onde.

Expression des résultats

La valeur de la turbidité de l’eau exprimée en FTU (Formazing Turbidity Unit).

Il faut noter que 1FTU= 1NTU

Quelques éléments à analyser

SULFATES

Réactifs

- Une pastille ‘’Sulphate Turb’’

Mode opératoire

1. Rincer le tub test avec de l’eau déionisé

2. Remplir le tube jusqu’au repère de10ml

3. Ajouter une pastille ‘’Sulphate Turb’’, écraser et remuer pour dissoudre. Une

solution nuageuse indique la présence de SO42-

4. Attendre 5mn

On fait la lecture en sélectionnant Phot 32 au spectromètre avec une longueur d’onde de 520

nm.

NITRATE

Réactifs

1. Poudre ‘’nitratest powder’’

2. Tablette ‘’Nitratest tablet’’

3. Pastille ‘’Nitricol’’

Mode opératoire

1. Rincer le tube test avec de l’eau déionisé

2. Prendre le tube nitrates et ajouter 1ml de l’échantillon en utilisant une seringue

graduées. Compléter le tube avec de l’eau déionisé jusqu’au repère des 20ml. (le

résultat sera multiplier par 20)

3. Ajouter une cuillerée de ‘’Nitratest powder’’ et une ‘’Nitratest tablet’’. Ne pas écraser

les pastilles. Fermer le tube avec le capuchon et agiter pendant exactement 1mn, puis

attendre que la solution se stabilise pendant 1mn

4. Inverser le tube 3 ou 4 fois puis attendre au moins 2mn la dissolution complète du

réactifs. Enlever le haut du tube avec un tissu propre ;

5. Transférer la solution claire dans le tube de 10ml, jusqu’au repère de 1Oml

6. Ajouter une pastille ‘’Nitricol’’, ecraser et remuer pour dissoudre.

7. Attendre 10mn

Effectuer la lecture en sélectionnant phot

AMMONIUM

Réactifs

- Une pastille ‘’Ammonia No 1’’

- Une pastille ‘’Ammonia No 2’’

Mode opératoire


2. remplir le tube jusqu’à 10ml

3. ajouter une pastille ‘’Ammonia N°01’’ et une pastille ‘’Ammonnia N°02’’,

ecraser et remuer pour dissoudre.

4. Attendre 10 mn

Effectuer la lecture en sélectionnant phot

POTASSIUM

Réactifs

- Une pastille ‘’Potassium’’

Mode opératoire

1. Rincer avec de l’eau déionisée le tube test

2. Remplir le tube test jusqu’au repère de 10ml

3. Ajouter une pastille ‘’Potassium’’, écraser et remuer pour dissoudre. Une

solution nuage indique la présence de potassium.

Faire la lecture en sélectionnant Phot 30 avec une longueur d’onde de 640 nm.

ALUMINUIM

Réactifs

- Une pastille ‘’Aluminium No 1’’

- Une pastille ‘’Aluminium No 2’’

Mode opératoire


2.Remplir le tube jusqu’au repère de 10ml

3. Ajouter ensuit une pastille ‘’Aluminium No 1’’, écraser et remuer pour dissoudre

4. Ajouter après une pastille ‘’Aluminium No 2’’, écraser et remuer pour dissoudre

5. On attend 5mn en chronométrant

Effectuer la lecture en sélectionnant Phot 3 de longueur d’onde 570nm.

FER

Réactif

- Une pastille ‘’Iron HR’’

Mode opératoire

1. Rincer le tube test avec de l’eau déionisée


3. Ajouter une pastille ‘’Iron HR’, écraser et remuer pour dissoudre

4. Attendre 1mn

Effectuer la lecture en sélectionnant Phot 19 au spectromètre de longueur d’onde 570nm.

CUIVRE

Réactifs

- Une pastille ‘’ Coppercol No 1’’

- Une pastille ‘’Coppercol No2’’

Mode opératoire



3. Ajouter une pastille ‘’Coppercol No 1’’, écraser et remuer pour dissoudre

4. Lire le résultat en sélectionnant Phot 10 pour le cuivre libre

5. On continue la procédure du test

6. Ajouter ensuite une pastille ‘’Coppercol No 2’’, écraser et remuer pour dissoudre

Effectuer la lecture en sélectionnant Phot 10 pour le cuivre libre et Phot 11 pour le cuivre total

les deux avec une longueur d’onde 520nm.

CALCIUM

Réactifs

- Une pastille ‘’Calcicol No 1’’

- Une pastille ‘’Calcicol No 2’’

Mode opératoire


2. Remplir le tube jusqu’au repère de 10ml

3. Ajouter une pastille ‘’Calcicol N°01’’, écraser et remuer pour dissoudre

4. Ajouter ensuite une pastille ‘’Calcicol N°02’’, écraser et remuer pour dissoudre

5. Attendre 2 mn

On fait la lecture au spectromètre en sélectionnant Phot 60 avec une longueur d’onde de 570

nm.

MAGNESIUM

Réactif

- Une pastille ‘’Magnecol’’

Mode opératoire


2. Prélever ensuit 1ml d’échantillon à l’aide de la seringue doseuse puis transférer le

contenu dans un tube de test et compléter avec de l’eau déionisé jusqu’au repère de

10ml

3. Ajouter une pastille ‘’Magnecol’’, écraser et remuer pour dissoudre

4. Attendre 5mn en chronométrant

Lire le résultat au spectromètre en sélectionnant Phot 21 avec une longueur d’onde de 520

nm.

MANGANESE

Réactifs

- Une pastille ‘’Manganèse No 1’’

- Une pastille ‘’ Manganèse No 2’’

Mode opératoire



3. Ajouter une pastille ‘’Manganèse No 1’’, écraser et remuer pour dissoudre

4. Ajouter une pastille ‘’Manganèse No 2’’, écraser et remuer pour dissoudre.

Fermer le tube

5. Attendre exactement 20mn à 20°C ± 1°C

Faire la lecture en sélectionnant Phot 20 avec une longueur d’onde de 640 nm.

ZINC

Réactifs

- Une pastille ‘’Zinc-Dechlor’’

- Une pastille ‘’Zinc’’

- Une pastille EDTA

Mode opératoire


2. Remplir le tube jusqu’au repère de 10ml

3. UNIQUEMENT POUR LES ECHANTILLONS CONTENANT DU

CHOLRE

4. Ajouter une pastille ‘’Zinc-Dechlor’’, écraser et remuer pour dissoudre

5. Ajouter une pastille ‘’Zinc’’, écraser et remuer pour dissoudre

6. Attendre 5mn

Effectuer la lecture en sélectionnant Phot 35 avec une longueur d’onde de 640nm.

Note : Si l’échantillon contient du Cu, ajouter une pastille EDTA pour des instructions de test

détaillées.

ANNEXES

a

Annexe I : Réactions biologiques impliquant les composés azotés.[02]

b

Annexe II : Diagramme simplifie du cycle du soufre chez les êtres vivants

Sulfate Sulfite Sulfure

Thiosulfate

Composés organiques soufrés

c

Annexe III : Représentation schématique du cycle secondaire du phosphore [ 06]

PO43- Brute

Pollution urbaine Pollution industrielle

Engrais Aliment pour bétail

Pollution rurales bétail

Déchets organiques Plantes Microorganismes

Sol Phosphate accessible H2PO4-

Sol Phosphates fixes HPO4-2 ; PO43-

Ruissellement

Erosion

d

Annexe IV: Appareil de mesure de l’analyse de l’eau Photometer Palintest 7100

e

Annexe V: Exemple d’épuration des eaux par les plantes aquatiques.

Bassin d’épuration d’eau à Rhône par les lenticules

Culture hors sol du cresson pour l’épuration de l’eau en Afrique

MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’ETUDES APPROF ONDIES

Option : CHIMIE DE L’ENVIRONNEMENT

Titre : Epuration des eaux usées domestiques par quelques plantes aquatiques Présentée par : RAKOTOARISON Harivololona Lalao Adresse : Lot IIB 152 Ambatofotsy-Ambohimalaza. Antananarivo Téléphone : 033 14 200 96 E-mail : [email protected]

RESUME

La faculté de certaines plantes à épurer les eaux usées dépend de plusieurs facteurs incluant le facteur biologique de la plante, sa composition chimique, sa nutrition spécifique pour se développer ou se transformer durant son évolution. En effet, il y a un transfert d’éléments entre la plante et le milieu où elle se développe. Les polluants des eaux usées sont assimilés, stockés, transformés par les plantes aquatiques selon leur besoin spécifique et leur nombre.

Les petites plantes flottantes sont capables d’éliminer le phosphate par la formation de tapis sur la surface de l’eau, c’est le cas de “Azolla pinnata” . “Nasturtium officinale ” favorise la diminution du taux de sulfate des eaux usées. “ Lemna paucicostata ” qui est riche en protéines peut diminuer la teneur en azote de l’eau. Cependant, les plantes vivant en symbiose avec les bactéries fixatrices d’azote ont des difficultés à effectuer cet abattement. Les plantes aquatiques restent indifférents vis- à- vis de l’épuration de l’eau en matière de potassium.

Mots clé : eaux usées, plantes aquatiques, abattement, polluant, nutrition, épuration

SUMMARY

The faculty of certain plants to purify used water depends on numerous factors including the biological factor of the plant, its chemical composition, its nutritional specify to develop or to transform during the evolution. In fact, there is an element transfer between the plant and the environment in which it is developing. The polluting of the sewage water is assimilated or stocked and transformed by the plants according to their specific needs and their number.

The small floating plants are able to remove the phosphate by the formation of layer in the surface of water and this is the case of “Azolla”. “Nasturtium officinal” allows the diminution of the sulfate rate in the used water. “Lemna” which abounds in protein can reduce the nitrogen rate in water. Also, it is difficult for living plant in symbiotic bacteria nitrogen fixation to carry out this operation. The aquatic plants remain indifferent purification of potassium in water.

Key words: sewage water, aquatic plants, diminution, polluting, nutrition, purification Encadreur : Madame Josette RAKOTO NDRAIBE

Professeur titulaire Responsable de la formation Doctorale en Chimie de l’Environnement

EPURATION DES EAUX USEES DOMESTIQUES PAR QUELQUES …

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