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    Agence de l'Eau Rhne Mditerrane et Corse

    EPURATION DES EAUX USEES PAR DES FILTRES PLANTES DEMACROPHYTES

    Une tude bibliographique

    1999

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    SOMMAIRE

    PRAMBULE......................................................... ............................................................. ................................. 2

    1 PRSENTATION DE FILTRES PLANTS DE MACROPYTES......................................................... 4

    1.1 PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT ....................................................... ........................................................ 41.1.1. Les filtres horizontaux..................................................................................................................... 5

    1.1.2. Les filtres verticaux ......................................................................................................................... 7

    1.1.3. Les systmes hybrides...................................................................................................................... 9

    1.2 R LE DES DIFFRENTES COMPOSANTES DU SYSTME .................................................. ............................ 111.2.1 Rle du matriau de remplissage.................................................................................................. 11

    1.2.2. Rle des plantes............................................................................................................................. 11

    1.2.3. Rle des micro-organismes........................................................................................................... 14

    1.3 LES MECANISMES D'LIMINATION ET LES PERFORMANCES EPURATOIRES ................................................. 161.3.1. Les matires en suspension ........................................................................................................... 17

    1.3.2. La matire organique.................................................................................................................... 18

    1.3.3. Lazote........................................................................................................................................... 19

    1.3.4. Le phosphore................................................................................................................................. 20

    1.3.5. Les mtaux..................................................................................................................................... 21

    1.3.6. Les micro-organismes d'origine humaine ..................................................................................... 21

    2 CONTRAINTES TECHNIQUES............................................................................................................. 23

    2.1 CONTRAINTES AMONT ................................................... ............................................................ .............. 232.1.1. Importance du flux traiter .......................................................................................................... 23

    2.1.2. Type de rseau dassainissement alimentant la station................................................................. 24

    2.1.3. Les diffrents types deaux traiter.............................................................................................. 24

    2.2 CONTRAINTES DE SITE ................................................... ............................................................ .............. 272.2.1. Surface disponible .................................................. ............................................................ ............... 272.2.2. Caractristiques du terrain ........................................................................................................... 27

    2.2.3. Conditions climatiques.................................................................................................................. 28

    2.2.4. Besoin en personnel dexploitation............................................................................................... 29

    2.3 CONTRAINTES AVAL ...................................................... ............................................................ .............. 30

    3 DIMENSIONNEMENT ET MISE EN OEUVRE .................................................................................. 34

    3.1 FILTRES HORIZONTAUX .................................................. ............................................................ .............. 34

    3.1.1. Dimensionnement.......................................................................................................................... 343.1.2. Mise en oeuvre .............................................................................................................................. 38

    3.2 FILTRES VERTICAUX ...................................................... ............................................................ .............. 433.2.1. Dimensionnement.......................................................................................................................... 43

    3.2.2. Mise en oeuvre...................................... ........................................................ ..................................... 45

    4 EXPLOITATION ET ENTRETIEN........................................................................................................ 49

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    PREAMBULE

    Le traitement des eaux des collectivits rurales pose un problme dans la mesure ol'exprience montre que les technologies intensives dveloppes initialement pour uneapplication en milieu urbain ne s'avrent pas forcement adaptes au milieu rural. Leshandicaps se situent certes au niveau des cots d'investissement, mais les dispositifs de

    financement public permettent beaucoup de collectivits pour des cots l'habitantraisonnables de s'quiper d'units de traitement.

    En revanche, sur le plan de l'exploitation, plusieurs difficults subsistent. D'une part, les cotsd'exploitation viennent entirement en charge des collectivits, mme si les primes pourpuration permettent d'allger le budget de fonctionnement. Il y a donc une demande pour dessystmes peu onreux en termes d'exploitation. D'autre part - et surtout - l'exploitation dessystmes intensifs n'est pas toujours optimale, malgr les efforts importants des SATESE dansle domaine de la formation. Manifestement, il n'y a pas toujours adquation entre lescomptences et l'intrt des personnes charges de l'exploitation des systmes intensifs etdemandant des comptences spcifiques. L'organisation d'un service d'exploitationintercommunal ou encore le sous-traitement une socit spcialise pourrait constituer unesolution, mais pour diverses raisons n'a pas toujours la faveur des responsables.

    Il y a donc une forte demande pour des systmes dits "extensifs" qui sont caractriss par des

    faibles contraintes d'exploitation aussi bien en termes conomiques que technologiques.

    Plusieurs systmes existent en France. On a vu apparatre les lagunes dans les annes 70 et leslits d'infiltration-percolation sur sable dans les annes 80. Un autre systme, dont lefonctionnement s'apparente beaucoup d'gards celui des lits d'infiltration-percolation sursable (massifs filtrants en parallle, mis en service et au repos de faon alterne et aliments

    par bches ou par -coups hydrauliques fort dbit aprs un stockage temporaire) a vu le jour

    plus rcemment en France : il s'agit des filtres plants de roseaux, drivant eux-mmes desfiltres macrophytes originaires d'Allemagne.

    Cette "technique" introduite en France la fin des annes 80, suscite actuellement auprs deslus ruraux un intrt croissant, dont une des explications rside sans doute dans l'aspect"cologique" des installations. L'Agence de l'Eau est donc fortement sollicite pour donner des

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    Le prsent rapport se veut une contribution la connaissance de l'tat de l'art sur les filtresplants de macrophytes, accessible au public concern : personnel des Agences de l'Eau,

    matres d'uvre des collectivits, techniciens des services dpartementaux, ... Il na toutefoispas lobjectif dtre un manuel de dimensionnement, la conception en apparence simple de cegenre de dispositifs tant une affaire de professionnels comptents. Ce document ne veut pasnon plus avoir un caractre normatif dans la mesure o la technique de filtres plants estencore relativement jeune et que les connaissances et les applications de ces connaissancessont encore en volution.

    Ce travail a t ralis par Charlotte Grison, dans le cadre dune vacation lAgence de lEauRhne Mditerrane Corse.

    Nous remercions toutes les personnes ayant collabor dune faon ou dune autre ce travailet notamment :Madame la Maire dArs (16),Messieurs les Maires de Aureil (87), Curienne (73), Gensac la Pallue (16), Manspach (68),Montromant (69), Pannesires (39), Roussillon (84) et Queige (73),Madame Boutin (Cemagref Lyon),Messieurs Bois (DDASS 16), Cadic (DDAF 73), Blake et Merlin (Universit de Chambry),Esser (SINT, Montromant, 69), Lienard (Cemagref Lyon).

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    1 PRESENTATION DE FILTRES PLANTES DE MACROPYTES

    1.1 PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT

    On distingue globalement trois types d'applications :

    les lits plants de macrophytes coulement horizontal superficiel les filtres plants de macrophytes coulement horizontal sous la surface; les filtres plants de macrophytes percolation verticale.Les lits plants coulement superficiels'apparentent des lagunes macrophytes avec unetranche d'eau libre d'une quarantaine de centimtres d'paisseur dans laquelle se dveloppentdes macrophytes enracins dans la couche superficielle de sol sous-jacent (en place ourapporte). Ils ne jouent pas de rle de filtre. En raison de contraintes d'exploitation lourdes,

    occasionnes par le ncessaire faucardage des vgtaux aquatiques varis (typha, scirpes,joncs, roseaux, ), ces dispositifs qui constituaient souvent la partie terminale d'un lagunagenaturel ne sont plus recommands. Ils ne sont donc mentionns ici que pour mmoire et neferont pas l'objet de dveloppements ultrieurs dans ce document.

    Dans les filtres plants de macrophytes coulement sub-superficiel horizontalou vertical,les plantes sont enracines dans des matriaux minraux rapports (graviers le plus souvent)ou en place (ds lors que la texture le permet). Les processus puratoires sont trsmajoritairement le fait de micro-organismes fixs sur ces supports minraux et sur la partieracinaire des plantes qui, outre une stimulation de l'activit mtabolique des bactries,mentionne par certains auteurs, facilitent galement l'intgration des dispositifs dans le

    paysage.

    Ces deux types se diffrencient essentiellement par le fait que dans les filtres coulementhorizontal, les matriaux sont en tat de saturation permanente quasi complte et qu'ils sont

    constitus d'un seul bassin ou de plusieurs mais placs en srie. Dans ce document, on lesappellera couramment filtres horizontaux .

    En revanche, dans les filtres coulement vertical, les eaux uses percolent au travers desmatriaux drains. Ils sont toujours agencs en parallle et donc aliments de faon alterne etpar bches Ils peuvent aussi tre agencs sur deux tages placs en srie Leur mode de

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    loign de celui de l'assainissement classique (les ingnieurs), ont eu un dmarrageparticulirement lent et cela dans tous les pays d'Europe. Cependant, depuis le milieu des

    annes 80 des acclrations dans la mise en place ont pu tre constates.

    PaysNombre

    dinstallations(1999)

    Anne dedmarrage

    Type de filtre Type de rseau

    Allemagne 400 1988 H et V Surtout unitaire

    Royaume Uni 400 1985 H et puis V Surtout unitaire

    Autriche 300 1993 H et V Unitaire et sparatif

    Danemark 100 1984 H (sol) puis H et V Unitaire et sparatif

    Rpublique Tchque 80 1993 H Unitaire et sparatif

    France 40 1993 Surtout V Unitaire et sparatif

    Tableau 1. Evolution de la mise en place de filtres plants de macrophytes dans quelques payseuropens. (H = horizontal, V = vertical)

    Les chapitres suivants sont bass sur la lecture d'une bibliographie, principalement en anglais,dcrivant des expriences chelle pilote, mais aussi - et de plus en plus - d'installations entaille relle. Ce retour d'exprience a fait voluer les systmes et les options prises. Toutefois,actuellement une certaine maturit de la technique semble atteinte permettant de faire le pointsur l'tat de l'art sans risque de mise en cause immdiate.

    1.1.1. Les filtres horizontaux

    Les filtres horizontaux sont des bassins remplis de manire homogne de sable, de gravier oude sol en place, et dans lesquels ont t plants des macrophytes.

    L ffl t t ti t t l l t l h t d filt t tit it

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    En effet leau ne doit pas circuler au-dessus de la surface pour ne pas court-circuiter labiomasse active situe dans le filtre et responsable du traitement ; il ny a donc pas deau

    libre.

    Figure 1 : Schma dun filtre horizontal en coupe transversale

    Le matriau de remplissage doit avoir une conductivit hydraulique suffisante pour ne pas trecolmat par les matires en suspension contenues dans les eaux uses ou gnres partir desmatires organiques dissoutes, mais pas trop leve pour permettre d'assurer une filtration. Ilest un des supports du dveloppement microbien responsable du traitement biologique. Si les

    premiers systmes utilisaient le sol en place, actuellement dans la plupart des pays europenson abandonne l'utilisation du sol pour des matriaux granulaires plus grossiers.

    Les macrophytes ont plusieurs rles : par la croissance de leurs racines et de leurs rhizomes qui ouvrent le milieu elles crent

    des voies hydrauliques. contraints de se dvelopper dans des milieux saturs en eau (les marais naturels), les

    vgtaux aquatiques ont, au cours de leur volution, dvelopp la facult de transfrerl'oxygne form par synthse chlorophyllienne vers leurs parties souterraines (rhizomes,racines et radicelles) Une partie de cet oxygne est excrte dans le milieu environnant

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    Aliments trs faibles charges surfaciques et/ou volumiques, les filtres horizontauxpermettent une bonne limination des matires en suspension et des matires organiques

    dissoutes. En revanche, peu oxygns, ils sont peu efficaces pour oxyder lammonium.

    Les filtres horizontaux ont plusieurs domaines dapplication. Ils sont utiliss en traitementsecondaire pour traiter des eaux peu concentres de petites collectivits ayant obligatoirementsubi une dcantation pralable, en traitement tertiaire aprs un traitement biologique classiqueou aprs des filtres plants coulement vertical et enfin, pour le traitement des eaux

    pluviales.

    Le temps de sjour hydraulique dans ces dispositifs est de plusieurs jours.

    La 1re version des filtres horizontaux utiliss en traitement complet a t dveloppe enAllemagne en 1964 par Kickuth de lUniversit allemande de Kassel. Cest pourquoi il estsouvent appel systme Kickuth. On le rencontre aussi sous le vocable Root ZoneMethod. A lorigine les dispositifs utilisaient le sol en place, ventuellement amend avecdes ajouts (argile, chaux). Il a fait lobjet dun brevet amricain en 1989 (Kickuth, R.). Le

    premier systme mis en exploitation date de 1974.

    Export vers des pays europens (Danemark, Royaume Uni, notamment), le systme a faitl'objet de nombreuses critiques de la part de scientifiques (Brix, 1987 ; Bucksteeg, 1987) quiont contest le dimensionnement et l'aptitude des roseaux augmenter la permabilit des solsen place utiliss comme matriaux.

    Paralllement, des recherches taient menes pour fiabiliser le fonctionnement d'un procdjug par ailleurs potentiellement intressant et susceptible de combler un vide dans les pays ole lagunage naturel et les lits infiltration-percolation sur sable taient peu rpandus (Haberland Perfler, 1990).

    1.1.2. Les filtres verticaux

    Les filtres verticaux sont des bassins remplis de couches de graviers de granulomtriesdiffrentes superposes, et selon leur place dans la filire de traitement recouvertes ou nondune couche de sable, dans laquelle sont plants les macrophytes.

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    longues que celles de l'alimentation, il se rsorbe en majeure partie durant la saisonestivale. Accessoirement, du fait de sa conductivit hydraulique plus faible que le gravier

    qui constitue l'essentiel du matriau colonis par la biomasse puratoire, il permet auliquide de staler davantage en surface et de solliciter ainsi un volume de matriau plusimportant,

    Le systme tudi initialement en Allemagne par le Dr. Seidel comportait aprs unpremier tage vertical jusqu quatre horizontaux dont les derniers taient plants descirpes et iris. Dans la configuration modifie par le Cemagref seule un deuxime tage a

    t conserv, mais galement plants de roseaux et fonctionnant selon le mme principeque le premier tage.

    Les eaux sont collectes dans le fond du bassin par une couche drainante constitue de grosgraviers disposs autour dun rseau de tuyaux de drainage connect l'atmosphre par deschemines d'aration.

    Figure 2 : Schma dun filtre vertical (deuxime tage) en coupe transversale

    L' i i i j d d di i i

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    Les filtres verticaux sont donc par essence arobies. Loxygnation plus importante que dansles filtres horizontaux, assure, outre llimination des matires organiques dissoutes, une

    bonne nitrification. Grce la bonne oxygnation du filtre, les processus anarobies y sontpratiquement absents et il ny a donc pas de mauvaises odeurs gnres.

    Ils ncessitent par ailleurs imprativement lalternance de priodes dalimentation et de reposafin de permettre le ressuyage et la minralisation des dpts organiques rsultant de lartention des particules en suspension apportes par les eaux uses brutes sur les filtres du

    premier tage. La mise au repos rgulire est aussi indispensable au sein des massifs filtrants

    pour permettre au biofilm de dgrader les rserves de matire organique accumule au coursdes priodes d'alimentation et d'autorguler sa croissance au regard de la faible disponibilitde substances nutritives au cours des ces priodes. Elle concourt maintenir libres lesinterstices du matriau et viter ainsi le colmatage.

    Ces filtres verticaux sont utiliss pour traiter des eaux plus concentres que les filtreshorizontaux car les matires en suspension saccumulent en surface et ne colmatent donc paslintrieur du filtre.

    Le temps de sjour hydraulique dans ces dispositifs est de lordre de quelques heures.

    Les premiers filtres verticaux ont t dvelopps par Seidel en Allemagne dans les annes1970 ; dans la littrature, on les retrouve sous les noms de infiltration fields, Krefeld-System ou encore Max Planck Institute Process. Ds lorigine, on a utilis des supportsgranulaires rapports pour ces filtres. A l'origine, ils taient souvent associs des filtres

    horizontaux en aval et, ce titre, pouvaient tre classs comme "systmes hybrides".

    1.1.3. Les systmes hybrides

    Les systmes hybrides sont en fait lassociation en srie de filtres verticaux et de filtreshorizontaux. Lassociation la plus courante, initialement tudie par le Dr. K. Seidel et miseen uvre de faon relativement limite au Etats-Unis, en Allemagne, en Autriche et en France(Boutin, 1987) est constitue de deux tages conscutifs de filtres verticaux en parallle suivisde deux ou trois tages de filtres horizontaux en srie (cf. fiche de cas concernant linstallationde Pannesires).

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    systmes ont t complts en aval par des filtres verticaux. En effet, les premiers filtres ontpour rle la rtention des matires en suspension et llimination des matires organiques

    dissoutes, les seconds mieux oxygns assurent la nitrification. Une recirculation des effluentsnitrifis en tte de traitement peut permettre dobtenir de bons rsultats en matire dednitrification, mais ce dispositif ncessite d'installer des pompes et organes de

    programmation dont la complexit serait en contradiction par rapport la rusticit des filtresplants de macrophytes qui est leur principal intrt.

    Photo 1 : Les lits plants de Queige (73) lors de leur 2me t de fonctionnement.

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    1.2 ROLE DES DIFFERENTES COMPOSANTES DU SYSTEME

    1.2.1 Rle du matriau de remplissage

    De par sa granulomtrie, le matriau de remplissage a un rle vident de filtration desmatires en suspension prsentes dans les eaux uses, do le nom de filtres. Son efficacitdans ce rle dpend en grande partie de la texture du matriau que l'on approche par sa

    granulomtrie et qui interviendra notamment sur les caractristiques hydrodynamiques(conductivit hydraulique en milieu satur ou non).

    Le choix d'un matriau optimis au regard des objectifs de traitement recherch et du typed'coulement (en milieu satur ou non), qui comme nous l'avons vu prcdemment, estimpos par la gomtrie et le principe de fonctionnement des filtres, selon qu'ils sonthorizontaux ou verticaux.

    Schmatiquement, on peut dire que pour un filtre vertical, dont le fonctionnement est,rappelons-le, ncessairement arobie (sinon le risque de colmatage rapide est patent), le choixd'une granulomtrie adapte doit ncessairement prendre en compte la chute de la conductivithydraulique lie au dveloppement bactrien (par rduction de la porosit totale) et lancessaire porosit supplmentaire, dite libre l'air , indispensable pour la diffusion qui estle facteur prpondrant de l'aration du milieu. Les quilibres biologiques fluctuent au gr desindispensables priodes d'alimentation et de repos et sont aujourd'hui encore trs mal connus

    et relativement peu tudis.En filtre horizontal, au plan strictement physique, les paramtres peuvent apparatre plussimples caler mais ils se compliquent au niveau biologique, domaine l aussi mal connu,tant donn que des auteurs (Lemore, 1984, s'appuyant sur des donnes bibliographiquesanciennes, Mitchell and Nevo, 1964 ; Siegrist, 1987, Ronner and Wong, 1994) mentionnentde possibles interfrences des scrtions bactriennes selon que le mtabolisme bactrien est

    de type arobie ou anarobie pour des bactries pouvant passer facultativement d'unmtabolisme l'autre, selon les conditions oxydo-rductrices du milieu. Une recherchebibliographique rcente pointant sur ces aspects serait dj d'un prcieux secours.La composition du matriau de remplissage influence galement le traitement par sa capacit adsorber le phosphore ou encore les mtaux lourds. Cela dpend essentiellement de sa teneuren fer, aluminium, calcium et du temps de sjour des eaux dans le massif, variable avec la

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    concentres. Pour un traitement de finition, on peut utiliser des espces trs varies de plantesde zones humides et mme des espces ligneuses telles que les saules (Salix).

    Les plantes ont de nombreux rles supposs, mais dont l'apport quantifi au processusd'limination n'est pas toujours bien tabli.

    Il y a d'abord des rles indirects :

    Dans les filtres verticaux, elles empchent la matire organique retenue en surface deformer une crote relativement impermable qui gnerait linfiltration des eaux. Ceci estpossible grce aux rhizomes qui permettent la plante de se dvelopper horizontalementen mettant de nouvelles tiges de loin en loin. Ces jeunes tiges percent la couche de boueset amnagent ainsi leur base un anneau libre la circulation de l'eau qui estrgulirement rals par les oscillations provoques par le vent ; dans une certainemesure ils lempchent aussi de se compacter. Sur le site de Gensac-La-Pallue (cf. fiche decas Gensac-La-Pallue ), un test a t ralis en laissant lun des bassins volontairementnon plant. A la surface de celui-ci, se formait une moquette cellulosique quil fallait

    gratter. Sur les filtres plants, les jeunes tiges mises depuis les nuds des rhizomesempchaient ce phnomne.

    En lien avec l'observation prcdente, les plantes favoriseraient le dveloppement de

    micro-organismes cellulolytiques grce lombrage quelles procurent et lhygromtriequelles maintiennent. La couche de boues la surface des filtres verticaux est ainsi plusrapidement minralise.

    De mme la prsence des rhizomes, des racines, des radicelles et dune grande quantit delombrics garantit une minralisation pousse des dpts qui donnent une sorte de terreau

    parfaitement ar et dont la permabilit reste leve. Elles assurent louverture du support minral. En effet, leurs rhizomes et leurs racines

    crent, en se dveloppant, des sortes de tunnels, qui sont rputs perdurer aprs la mort des

    organes. Cette dernire supposition, avance par Kickuth, pour justifier la plantation deroseaux dans des sols en place qui ne prsentaient pas toujours a priori des permabilitsinitiales adaptes a t conteste (Haberl and Perfler, 1990 ; Cooperet al., 1996). Quoiqu'ilen soit, il est fort probable que leau s'infiltrant prfrentiellement autour des tiges poursuitson cheminement au voisinage des rhizomes et des racines si la cohsion du solenvironnant l'autorise. Les micro-organismes fixs ces emplacements sont

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    scientifiques s'tre intress ces aspects et prouver leur authenticit. Rcemment,Decamp et al. (1998) ont montr que la rhizosphre pouvait stimuler l'activit prdatrice de

    certains protozoaires vis vis d'Escherichia coli. Elles fournissent de loxygne aux bactries, par transfert depuis les parties ariennes (tiges

    et feuilles), vers les parties souterraines par un tissu qui leur est propre: larenchyme(Armstrong & Armstrong, 1988, 1990, 1992). Loxygne est libr au niveau des jeunesracines trs fines, dans un film aqueux oxygn, de moins d1 mm dpaisseur, qui entourele chevelu racinaire . La quantit doxygne ainsi transfre est faible, il est vrai, (et selon

    certains auteurs ngligeable, notamment en hiver quand les plantes sont fltries [Brix andSchierup, 1990]), mais ce rle peut avoir son importance dans les filtres horizontaux, o leseul autre mcanisme daration est lchange par la surface du filtre.

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    On affecte par ailleurs aux plantes des rles directs :

    Elles assimilent certaines substances, telles lazote et le phosphore, pour leur mtabolismepropre et/ou pour les stocker. Ce phnomne reprsente cependant une faible partie dellimination totale en traitement principal. Il peut tre non ngligeable en traitementtertiaire o le flux de matires polluantes, rapport aux surfaces plantes, est moinsimportant. Cependant, la mort de la plante, tout ce qui a t assimil sera de nouveaulibr dans le systme par la dcomposition. Cest pourquoi le faucardage des filtres est

    prconis.

    On suppose enfin, quau niveau de leurs racines, certaines plantes scrtent desantibiotiques, contribuant ainsi llimination des micro-organismes pathognes. Peud'investigations caractre fondamental, sont conduites sur cet aspect, il semble cependantqu'un travail de recherche original et rcent l'aborde (Vincent et al. 1994). On peutcependant s'interroger sur la compatibilit de ces assertions qui concernentEscherichia coliavec l'effet stimulant vis vis d'autres micro-organismes non pathognes reponsables des

    phnomnes de dgradation de la matire organique.

    Le choix des diffrentes espces de plantes ne semble pas tre fondamentalement dterminantpour lefficacit du traitement car on ne remarque aucune influence directe sur le degrdlimination des matires en suspension, de la DBO5 et du phosphore. Ceci confirme le faitque les processus dpuration dans les filtres sont avant tout physico-chimiques et microbiens.

    Llimination de lazote est linairement relie la biomasse vgtale produite, puisque pourune mme quantit de biomasse produite, on ne constate pas de diffrence majeure entre les

    quantits dazote absorbes par les plantes. Toute diffrence significative entre les diffrentesespces rside en leur facult de production de biomasse. Plus une espce produit debiomasse, plus elle emmagasine de composs azots.

    Enfin, il faut citer limportance des plantes comme lment permettant dintgrer lesinstallations de traitement dans le paysage. En effet, les sites retenus en zone rurale pourlimplantation des installations de traitement sont souvent situs lcart des hameaux dansdes zones o une vgtation de type zone humide est dj prsente ou, tout au moins, nednote pas.

    De mme, la prsence de plantes confine les odeurs d'eau use proximit du sol, de surcrotlorsqu'elle est dlivre en tat de septicit avance au dbouch du rseau d'assainissement,sous le couvert des vgtaux. Lors de l'alimentation avec des eaux brutes des filtres verticaux,

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    processus doxydation et de rduction. Ils gnrent grce la dgradation de la matireorganique lnergie ncessaire la biosynthse. Ils minralisent les composs azots et

    phosphors, et les rendent ainsi assimilables par les plantes. Ils assurent galement lesractions de nitrification/dnitrification.

    Ils ont besoin dun support de fixation pour se dvelopper et ne pas tre entrans par les eauxuses ; celui-ci est assur par les plantes (surtout leurs organes souterrains) et le matriau.

    La dgradation de la matire organique par les micro-organismes est productrice de biomassebactrienne qui doit tre son tour dgrade pour viter le colmatage.

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    1.3 LES MECANISMES D'ELIMINATION ET LES PERFORMANCES EPURATOIRES

    Les mcanismes dlimination sont rgis par les processus physiques, chimiques, physico-chimiques ou encore biologiques qui sont rsums dans le tableau qui suit.

    Polluants Mcanismes dlimination

    Matires en suspension Filtration

    Matire organique Dgradation microbienne arobieDgradation microbienne anarobie

    Composs azots Ammonification suivie dune nitrification et dune dnitrificationmicrobiennesVolatilisation de lammoniacAssimilation vgtaleAdsorption sur la matrice

    Phosphore Adsorption sur la matriceAssimilation vgtale

    Mtaux Adsorption et change de cationsComplexationPrcipitationAssimilation vgtaleOxydorduction microbienne

    Micro-organismes FiltrationMort naturellePrdationScrtion dantibiotiques par les racines des macrophytes

    Tableau 2. Principaux mcanismes dlimination des diffrents types de polluants.

    Les paragraphes qui suivent donnent de faon synthtique un ordre de grandeur des

    concentrations de sortie des diffrents paramtres. Celles-ci ont t estimes en calculant desmoyennes partir de donnes de la littrature ; elles nont donc quune valeur indicatrice.Quant au rendement dlimination, il na pu tre calcul partir des flux cause du manquede donnes concernant les dbits disponibles. Les rsultats obtenus avec les concentrationssont souvent dj trs bons, ils auraient t encore meilleurs calculs partir des flux car,

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    La composition htrogne de cet chantillon nautorise pas une comparaison entre lesperformances des diffrents types dapplication. Nous nous contentons donc de donner des

    fourchettes de valeurs.

    Il faut noter que les performances samliorent pendant les 2 3 annes aprs la mise enservice pour se stabiliser ensuite un niveau lev.

    1.3.1. Les matires en suspension

    Les matires en suspension sont retenues parfiltration.

    Dans les filtres horizontaux, laccumulation a lieu dans les premiers mtres du filtre, ce quipeut entraner un colmatage. Pour viter cela, une dcantation primaire doit tre mise en placeen amont du systme pour liminer les matires pouvant sdimenter. Les matires collodalessont retenues au sein du systme, au moins en partie, et sont dgrades par les bactries ouadsorbes dautres solides.

    Dans les filtres verticaux, les matires en suspension saccumulent la surface du filtre oelles forment une crote superficielle. Celle-ci pourrait gner linfiltration des eaux sans la

    prsence des macrophytes qui empchent le colmatage du filtre.

    On peut penser que, dans des filtres suffisamment filtrants, la totalit des matires ensuspension entrante est retenue par filtration. Les matires en suspension qui sortent du filtre

    sont probablement, en grande partie, des particules gnres dans les filtres et emmenes parla circulation deau. Ce processus dentranement conduit une concentration en sortie delordre de 10 20 mg/l qui est relativement indpendante de la concentration lentre. A titred'illustration la figure 3 montre la faible corrlation qui existe effectivement entre lesconcentrations entre et sortie des filtres coulement horizontal.

    R2 = 0,202120

    40

    60

    80

    100

    MES sor tie

    en mg/l

    20

    40

    60

    80

    100

    rendement en %

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    1.3.2. La matire organique

    La matire organique est dgrade par des bactries htrotrophes arobies ou anarobies.

    La dgradation arobie transforme la matire organique en biomasse bactrienne et enlments minraux simples :

    matire organique + bactries + O2

    nouvelles cellules + CO2 + H2OLes nouvelles cellules ainsi formes seront dgrades leur tour.

    La dgradation anarobie est limite par la prsence doxygne. Cest pourquoi elle peutavoir lieu dans les filtres horizontaux, saturs en eau en permanence et o des zonesdpourvues d'oxygne existent proximit de zones arobies, et trs peu dans les filtresverticaux.

    Les champignons et les actinomyctes dgradent les grosses molcules organiques en pluspetites, que les bactries dgradent leur tour.

    De mme que pour les MES, les matires organiques sortant de ces systmes trs extensifssont probablement en grande partie composes de mtabolites gnrs dans les massifsfiltrants plus que des rsidus des matires contenues dans les eaux uses. La figure 4 montre

    cette relative indpendance entre les concentrations entre et sortie.

    R2 = 0,1529

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    0 100 200 300 400

    DBO5 entre en m g/l

    DBO5 sortie

    en mg/l

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    rendeme nt en %

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    1.3.3. Lazote

    Lammonification est la minralisation de lazote organique en ammoniaque. Elle a lieu aussibien en milieu arobie qu'anarobie.

    Norg NH4+

    Dans des conditions arobies, lazote ammoniacal est oxyd en nitrites puis en nitrates par desbactries nitrifiantes ; cest la nitrification. De faibles teneurs en oxygne ralentissent la

    raction, cest pourquoi les filtres horizontaux nassurent pas de manire significative ceprocessus. Les filtres verticaux sont eux, par contre, de grands producteurs de nitrates.

    La dnitrification, cest dire la rduction des nitrates en composs gazeux (NO, N2O, N2), alieu, elle, dans des conditions danoxie (absence doxygne, mais prsence de nitrates). Ellene se produit donc pas, ou trs peu, dans les filtres verticaux. Les bactries dnitrifiantes sonthtrotrophes, elles ont donc besoin de matire organique pour se dvelopper. Or, comme ladnitrification nintervient quaprs la nitrification qui elle-mme na lieu quaprs la

    dgradation de la matire organique, elles ne peuvent jouer pleinement leur rle que grce des systmes complexes de recirculation des eaux riches en nitrates qui doivent tre renvoyesen tte de traitement o se trouve la matire organique. Cest pourquoi la dnitrification ne

    peut pas tre un objectif principal de lpuration par les systmes verticaux si dans le mmetemps on souhaite conserver leur caractre rustique. Dans les filtres horizontaux, larhizosphre cre un milieu htrogne o les zones arobies, anoxies et anarobies se ctoientce qui permet la nitrification et la dnitrification davoir lieu conscutivement dans des

    zones trs proches mais trs restreintes du point de vue spatial.

    La volatilisation de lammoniac est fonction du pH. Les proportions entre les formes NH3 etNH4

    + sont quilibres pour un pH gal au pKa de lammonium (9,3). Au-del, cest la formevolatile (NH3) qui prend le dessus, en de, cest la forme dissoute (NH4

    +) qui est majoritaire.Or dans les filtres, les pH sont proches de la neutralit, ce phnomne est donc ngligeable.

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    Une partie des ions ammonium est adsorbe sur la matrice, mais cette adsorption nest quetemporaire. Durant les priodes de repos des filtres verticaux le NH4

    + est oxyd en NO3- et en

    NO2-

    , qui sont entrans par lessivage lors de la remise en eau du bassin. Cest ces momentsque lon observe de fortes concentrations de nitrates en sortie.

    Les plantes assimilent lazote sous sa forme minralise. Lazote peut donc tre export par lafauche. Cependant la fraction limine ainsi est faible. En effet, on peut exporter dans le casdune fauche annuelle au maximum 2 500 kg N par ha et par an (Brix et Schierup 1989). Or,en traitement principal on apporte 10 000 20 000 kg par ha et par an. Seulement environ10 % de lazote peuvent donc tre exports par les plantes.

    Pour le paramtre azote, les comportements des filtres verticaux et horizontaux sont

    totalement diffrents.

    Les filtres verticaux assurent une bonne nitrification avec 75 95 % de rendement sur lazote

    ammoniacal et des concentrations de sortie de lordre de 5 mg/l. Les systmes hybrides

    nitrifient galement, puisquils sont composs dau moins une unit de traitement verticale.

    Les filtres horizontaux quant eux atteignent difficilement les 50 % de nitrification cause

    dun manque doxygne disponible.Par contre, en ce qui concerne labattement de lazote total, les filtres verticaux ne dpassent

    pas les 35 % quand les filtres horizontaux atteignent les 50 % avec 25 mg N/l en moyenne

    dans leffluent. En effet, les nitrates forms y sont rduits par dnitrification. En revanche, les

    eaux qui sortent des filtres verticaux prsentent dimportantes concentrations en nitrates.

    1.3.4. Le phosphore

    Dans les eaux uses, le phosphore est prsent sous formes de poly-phosphates, de phosphoreorganique et dortho-phosphates. Les deux premires formes sont hydrolyses en ortho-

    phosphates (H2PO4-, HPO4

    2-, PO43-) par laction des micro-organismes.

    Dans les zones humides naturelles, le phosphore est retenu principalement sur les sdimentsou la tourbe, mais la capacit de stockage du sol est trs infrieure celle des cosystmesterrestres.

    Dans les filtres plants de macrophytes, il est adsorb aux oxydes de fer, daluminium et lacalcite de la surface de la matrice par des ractions dchange de ligands. Cest pourquoi,

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    Les rendements obtenus pour le phosphore total varient de 5 95 %. Cependant les valeursles plus courantes se situent autour de 40 % et les concentrations de sortie descendent

    rarement en dessous des 3 mg/l. Les filtres plants de macrophytes ne sont donc pas adapts

    lorsquune rduction considrable des teneurs en phosphore est exige.

    1.3.5. Les mtaux

    Dans les eaux uses, on trouve les mtaux sous forme soluble ou particulaire. Les formesparticulaires sont retenues par filtration. Les formes solubles sont limines, parprincipalement deux mcanismes. D'une part, les mtaux prcipitentsous forme doxydes etde sulfides mtalliques grce , respectivement, des bactries mtallo-oxydantes dans leszones arobies et des bactries sulfato-rductrices dans les zones anarobies. Ils sont ensuiteretenus dans la matrice du filtre. D'autre part, linterface racine/sdiment, on rencontre de

    forts gradients rdox qui provoquent la prcipitation dhydroxydes ferriques complexes.Ceux-ci saccumulent dans la rhizosphre formant une sorte de gaine autour des racines. Elleconstitue une barrire efficace contre lassimilation vgtale et favorise la co-prcipitationavec dautres mtaux lourds dans la plaque dhydroxyde ferrique.

    1.3.6. Les micro-organismes d'origine humaine

    Les micro-organismes sont retenus parfiltration, puis dcims soit parprdation, soit par desbiocides mis par les racines des plantes, soit par mort naturelle, et enfin limins pardgradation avec la matire organique.

    Soto et al. (1998) ont observ dans des dispositifs de petite chelle (1 m2) une meilleurelimination dans des filtres plants que dans des filtres non plants.

    Le temps de sjour de l'eau dans le systme est galement un paramtre essentiel comme lontdmontr chelle de petites pilotes Khatiwada et al (1998) : le rendement dlimination decoliformes fcaux passant de 58% plus de 99% pour des temps de transit moyen derespectivement 1.5 et 6 jours. En effet, les bactries dorigine humaine sont places dans unmilieu trs diffrent de celui dans lequel elles prolifrent normalement et un sjour prolong

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    En post-traitement dun effluent de lit bactrien (Coombes et al. 1995) ont observ unabattement de 99% et des concentrations la sortie de 103 et 105 E.Coli par 100 ml. Ici les

    abattements hivernaux taient plus levs que les abattement estivaux.

    Les rendements sont aussi fonction du systme de filtre choisi (vertical, horizontal). Si pourles filtres horizontaux labattement sur les coliformes fcaux est en t suprieur 99 %, lesfiltres verticaux ne sont pas particulirement performants pour llimination des germes

    pathognes en raison du temps de transit beaucoup plus cots dans ces filtres. Cest pourquoi,si le niveau de rejet exig tient compte de la qualit bactriologique, il faudra soit opter pourdes filtres horizontaux soit rajouter un filtre horizontal en aval du filtre vertical et donc mettreen place un systme hybride.

    Labattement des micro-organismes dorigine humaine peut dans des filtres horizontaux

    atteindre 3 units logarithmiques dans des conditions estivales.

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    2 CONTRAINTES TECHNIQUES

    2.1 CONTRAINTES AMONT

    Lapplicabilit du dispositif de filtres plants de macrophytes dpend de limportance du flux traiter. Le choix du type de filtre (horizontal ou vertical) ainsi que les amnagements

    annexes ncessaires sont fortement dtermins par le type deaux traiter (eaux brutes, eauxissues dune dcantation primaire ou dun traitement biologique).

    2.1.1. Importance du flux traiter

    En traitement principal ou secondaire, la population raccorde au rseau ne devrait pasdpasser 2 000 habitants dans les conditions franaises. Au-del, il ne sagit pasdincompatibilit technique majeure, mais plutt de surfaces ncessaires qui deviennent tropimportantes et surtout de cot dinvestissement lev. En effet, puisque de nombreux lmentsde la station comme la surface, la quantit de matriau sont directement proportionnels auxdbit et flux traiter, ils induisent des frais variables qui augmentent avec la taille de lastation. On ne peut donc pas descendre en dessous dun certain seuil de cot par quivalenthabitant qui nest plus comptitif avec celui des stations classiques. Toutefois la comparaison

    des solutions devra prendre en compte lensemble des lments de cot (investissement etexploitation ainsi que des lments de performance et de fiabilit).

    En traitement tertiaire, on peut avoir des dispositifs de capacit lgrement suprieure. Danscertains cas exceptionnels, des installations ont t construites pour admettre les effluents de10 000 15 000 E.H. (cas de Lallaing 59). Cependant, les systmes mis en place pour recevoirde telles quantits deffluents sont relativement complexes et ncessitent des surfaces

    beaucoup plus importantes. En outre, le faucardage annuel peut reprsenter une contrainted'exploitation trs lourde sachant qu'il convient non seulement de couper mais surtoutd'extraire, de dtruire ou de valoriser la vgtation du site.

    Il ny a pas a priori de limite infrieure au dimensionnement de ces systmes. Les petitesi t ll ti t t l t i lifi t t d l t d li t ti

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    superficielle, a pu tre trouv pour une alimentation gravitaire "au fil de l'eau". Ce dispositif at expriment depuis 1994, avec succs pour l'instant, en traitement des eaux de lavage de

    salles de traite qui reprsentent souvent une charge polluante de moins de 10 quivalentshabitants.

    La fourchette de dimensionnement la plus rpandue est de 250 1000 habitants. Cependant,

    le procd peut tre adapt une capacit infrieure. Une conception pour des communes

    jusqu 2 000 habitants reste raisonnable.

    2.1.2. Type de rseau dassainissement alimentant la station

    Le dimensionnement des dispositifs de filtres plants est bas en partie sur des critreshydraulique ; la station devra donc tre dimensionne en fonction du dbit dalimentation

    prvu. En consquence, un rseau unitaire entranera un dimensionnement, et donc des cots,plus importants quun rseau sparatif.

    Toutefois, le choix dun dispositif de filtration ne justifie pas conomiquement, lui seul, lamise en sparatif du rseau sil est unitaire. En effet, le dimensionnement requis pour tenircompte du dbit par temps de pluie nest pas proportionnel ce dbit, compte tenu de leffettampon que peut constituer un stockage momentan sur les bassins. Ce stockage permetdabsorber des pics de dbits temporaires tout en relargant dbit relativement constant aprsune submersion de courte dure.

    Dailleurs, dans les pays avec forte prsence de filtres plants, la prsence de rseaux unitairesest trs frquente (Allemagne, Royaume Uni, notamment).

    Les rseaux qui drainent beaucoup d'eaux claires et qui posent souvent problme en cas detraitement classique, ne sont pas incompatibles avec les filtres plants. En effet, mme trsdilues les eaux se laissent correctement traiter par ce genre de dispositif.

    En ce qui concerne la charge hydraulique applicable au systme en traitement tertiaire, lesfiltres peuvent absorber des pics de dbit temporaires et relarguer dbit relativementconstant aprs une submersion de courte dure. De plus, dans les filtres horizontaux (qui sontgnralement utiliss en traitement tertiaire) comme le niveau deau est rglable, il peut treajust de manire viter tout dbordement en diminuant le temps de sjour.

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    Les eaux brutes peuvent tre admises directement sur les filtres verticaux. Cette option, qui

    reste marginale en Europe, est cependant souvent prise en France. Les eaux subissentuniquement un dgrillage grossier et ventuellement un dessablage et un dshuilage.

    Les filtres horizontaux, quils soient constitus de sable ou de sol en place, ne peuvent pasrecevoir des eaux aussi concentres car cela entranerait un colmatage de la zone dentre et

    par la suite un coulement superficiel. Une rduction de la teneur en MES par une dcantationprimaire ou filtre vertical est ncessaire.

    Dans le cas des filtres horizontaux remplis de graviers, le colmatage sera moins rapide et despriodes de repos pourraient permettre aux bactries de dgrader la matire organique retenuedans le matriau. Le site de Curienne ralis selon ce principe (cf. fiche de cas Curienne) estactuellement ltude mais les rsultats ne sont pour linstant pas concluants.

    b) Les eaux dcantes

    Les eaux dcantes peuvent tre admises sur les filtres verticaux, cependant, le matriau deremplissage ne sera pas le mme que pour traiter des eaux brutes ; il faut trouver un juste etdlicat quilibre entre le risque de colmatage et une filtration efficace.

    Les filtres horizontaux sont aliments la plupart du temps par des eaux dcantes sansprcautions particulires.

    c) Les eaux issues dun traitement biologiqueLes eaux issues dun traitement biologique prsentent de plus faibles concentrations enmatires en suspension et en matire organique. Le rle des filtres plants de macrophytes estalors de complter la dgradation de la matire organique et llimination des matires ensuspension rsiduelles, dassurer une nitrification et/ou une dnitrification, unedphosphatation partielle, et ventuellement une dcontamination.

    Un filtre vertical peut tre utilis. Il permettra dassurer une nitrification presque totale sil estbien dimensionn. La dnitrification sera en revanche ngligeable.

    Un filtre horizontal garantit une faible nitrification mais une bonne dnitrification conditionque les eaux soient encore suffisamment riches en matire organique.

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    notamment les horizontaux, constituent donc de bons milieux tampon avant le rejet dans unmilieu rcepteur sensible.

    d) Les eaux pluviales ou les eaux de dversoir dorage

    Il s'agit de traiter les eaux uses de rseaux unitaires par temps de pluie ou les eaux pluvialesdes rseaux sparatifs.

    Pour les eaux uses des rseaux unitaires, une cinquantaine d'installations ont t mises enplace en Grande Bretagne essentiellement, pour traiter les eaux du dversoir dorage au bout

    de rseau (Green et Martin, 1996). Parmi les diffrentes configurations possibles les deuxfrquemment rencontres sont : le traitement des surverses par un filtre spcifique (dimensionn 0.5 m2/EH) situ

    paralllement la station d'puration biologique. Ce filtre ncessite par temps sec d'trealiment par de l'effluent de la station pour entretenir la vgtation.

    le traitement des surverses par un filtre qui joue par temps sec le rle de post-traitement del'effluent sortant du traitement biologique et qui, par temps de pluie prend en plus en

    compte les surverses (dimensionn 1 m2/EH).

    Figure 5 : Schma de deux configurations pour le traitement du dbit par temps de pluie par filtres.

    Les dbits pris en compte par ces filtre s'lvent 6 fois le dbit moyen temps sec, sachant queclassiquement un dbit de 3 fois le dbit moyen temps sec est pris en compte par la station. La

    Bouesactives

    Bouesactives

    Filtre plant

    Filtre plantdodo

    Filtre et boues actives en parallle Filtre et boues actives en srie

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    2.2 CONTRAINTES DE SITE

    2.2.1. Surface disponible

    La surface de traitement nette ncessaire pour ces systmes est suprieure celle des systmesde traitement classiques (boues actives, lit bactrien, par exemple), mais infrieure lasuperficie ncessaire au lagunage. Elle est de lordre de 2.5 m2/E.H, pour les filtres verticaux 6 ou 8 m2/E.H., pour les filtres horizontaux, contre 10 15 m2/E.H. pour le lagunage naturel.

    Cependant cette surface utile de traitement il faut ajouter celle occupe par les digues quidoivent permettre aux engins daccder aux bassins pour les divers travaux dentretien. Cenest pas une conomie que de rduire ces surfaces dans la mesure o lentretien sera facilit

    par la suite et donc moins onreux. Les surfaces brutes sont donc suprieures notamment pourles filtres de petite capacit (figure 5). L'accessibilit de petits ouvrages peut cependant tre

    suffisante par l'amont et l'aval et en minimisant l'espace inter bassins une simple cloison desparation pour les filtres en parallle d'un tage de filtres plants verticaux.

    Figure 6 : Surface brute ncessaire pour des filtres verticaux

    (2 tages) en fonction de la capacit.

    Il faut compter environ 4 8 m2/E.H. pour les filtres verticaux et 8 9 m2/E.H. pour les filtres

    horizontaux.

    0

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    0 500 1000 1500 2000

    capacit en EH

    surfacebrute

    enm2/EH

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    maintenance et diminuer ainsi le temps de prsence sur la station (automatisation delalternance dalimentation des bassins, dgrillage automatique,...). Cela ne rduira pas pour

    autant le cot dexploitation puisque la prsence dquipements lectromcaniques demandeune inspection soigne de chaque appareil lors des visites et un entretien rgulier par une maind'uvre qualifie, dont le cot horaire est plus lev.

    Quant la gologie, un terrain argileux est favorable puisquun compactage simple maissoign tanchifie le systme et pargne le cot dune gomembrane et dun gotextileantipoinonnement.

    Dun autre ct si une dispersion dans le sol peut constituer un exutoire adapt (absence demilieu rcepteur superficiel ou contrainte de qualit trop restrictive), un sol suffisamment

    permable peut constituer le massif filtrant du dernier tage de traitement, rduisant ainsilapport de matriau de remplissage. Les qualits hydrodynamiques de ce sol doivent toutefoisavoir t pralablement contrles pour adapter le dimensionnement. Le cas chant, il pourratre remani pour rpondre aux exigences imposes.

    Les filtres plants de macrophytes peuvent tre installs sur presque tous les types de terrains,

    cependant, certains offrent de meilleures conditions linstallation. En effet, une lgre pente

    permet dalimenter les filtres de faon gravitaire mais une alimentation par pompage peut

    tre adapte.

    De mme, un sol argileux vite la pose dune membrane pour impermabiliser les bassins,

    mais un sol trs permable peut tre utilis comme massif filtrant pour le dernier tage de

    traitement.

    2.2.3. Conditions climatiques

    Elles ne sont a priori pas un facteur critique dans la mesure o elles ne sont pas extrmes.

    Les filtres horizontaux supportent sans problme de longues priodes de gel. Il peut treintressant de laisser la vgtation en place aprs la fauche dautomne. Avec la neige, elleconstitue un excellent isolant et l'exprience, notamment en Rpublique Tchque (Vymazal1998) et Norvge (Moehlum et Jenssen 1998), a montr que plusieurs mois conscutifs de gelnaffectent pas le traitement.

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    base hydraulique par estimation du dbit par temps de pluie.

    Le climat doit tre pris en compte en ajoutant des facteurs de scurit pour le

    dimensionnement. Il peut ncessiter galement quelques amnagements spcifiques. En

    France, seuls des climats extrmes (haute montagne) ne permettront pas dinstaller ce type de

    station.

    Photos 4 et 5 : Les filtres verticaux de Queige en conditions hivernale et estivale

    2.2.4. Besoin en personnel dexploitation

    Lexploitation et lentretien de la station ne demandent pas de qualification particulire. Il estcependant primordial que l'exploitant envisag connaisse le principe de fonctionnement dusystme en place et comprenne ainsi l'importance des tches qui lui sont demandes avecrgularit. Cette sensibilisation pourra tre accompagne d'une information sur les problmesdhygine et de salubrit, ainsi que pour les consignes de scurit respecter. Il est inutile defaire appel du personnel extrieur, un employ communal motiv et consciencieux pourrasen charger. Seuls les quipements lectromcaniques pourront ncessiter lintervention de

    personnel spcialis mais pour des actions ponctuelles de rparation uniquement.

    Pour la scurit du personnel, celui-ci doit tre vaccin contre lHpatite A, la leptospirose etla typhode. Certaines vaccinations obligatoires comme le BCG, lHpatite B et le D.T.Polio

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    2.3 CONTRAINTES AVAL

    Lorsque le milieu rcepteur exige un niveau de qualit en termes de MES, DBO5 et DCO ditminimum dans larrt du 22 dcembre 1994 : 35 mg MES/l, 25 g DBO/l et 125 mg DCO/l,les filtres plants de macrophytes permettent dy rpondre. Ce niveau, ainsi que celui D4 de lacirculaire du 17 fvrier 1997 concernant les prescriptions techniques pour la collecte et letraitement des eaux uses pour des charges polluantes de 12 120 kg DBO5, peut tre obtenuavec ces dispositifs.

    Si la nitrification est une ncessit, la mise en place dun filtre vertical sera gnralementindispensable.

    Une dnitrification pousse et une dphosphatation sont difficiles garantir. Toutefois, onpeut se demander si ces paramtres sont des cibles pertinentes pour beaucoup de petitescollectivits. Un dernier tage dinfiltration et dispersion dans le sol sous-jacent, sous rserved'une tude hydrogologique garantissant l'innocuit de ce mode de rejet notamment vis vis

    des risques de migration de nitrate vers une nappe phratique, pourrait dans certains casconstituer le meilleur compromis une telle contrainte.

    La rduction limite (environ 2 units logarithmiques) des concentrations des germes tmoinsde contamination fcale ne sera gnralement pas suffisant pour la protection des zones de

    baignades. Pour garantir une telle protection linfiltration des effluents dans le sol au niveaudu dernier tage est souhaitable.

    Les filtres plants de macrophytes permettent dassurer le niveau D4 de la rglementation

    actuelle.

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    31

    Les observations du chapitre prcdent sont rsumes de faon synthtique dans les tableaux suivants.

    CONTRAINTES Elments prendre encompte

    Critres Faisabilit Conditions de faisabilit/contraintes

    < 100 E.H. Bonne Economie dchelle et facilit dexploitation par rapport untraitement non collectif si les cots de raccordement sontraisonnables.

    > 100 E.H. et < 2000

    E.H.

    Optimale Plus on s'approche de la limite suprieure, plus l'emprise au sol

    et le cot en font un procd moins intressant.

    Importance du flux traiter

    > 2000 E.H. Difficile Le procd a une capacit priori illimite, mais l'emprise au solet le cot par E.H. le rendent moins comptitif par rapport uneinstallation classique.

    Sparatif Optimale Prendre en compte toutefois le dbit rel en valuant l'apportd'eaux claires ou d'eau de pluie.

    Type de rseaud'assainissementalimentant la station Unitaire Bonne Pas d'incompatibilit en principe, mais le dbit attendu doit tre

    pris en compte explicitement.

    Brutes ou prtraites Bonne pour lesfiltres percolation

    verticale

    En aucun cas les filtres horizontaux ne pourront accueillir deseaux brutes.Pour les filtres verticaux, un dgrilleur suffit.

    Dcantes Bonne pour lesfiltres coulement

    horizontal

    La dcantation est inutile pour les filtres verticaux. Le matriaufiltrant doit en revanche tre adapt (plus fin).

    Issues d'un traitementbiologique

    Bonne Les filtres coulement horizontal sont d'un plus grand intrtgrce au temps de sjour qui est plus lev, au matriau plus fin

    (limination des MES et des micro-organismes). Unednitrification y est possible.

    CONTRAINT

    ESAMONT

    Type d'eaux uses traiter

    Eaux de pluies ouissues d'un dversoir

    d'orage

    Bonne Les systmes semblent adapts, mais peu d'essais ont traliss.

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    CONTRAINTES Elments prendre

    en compte

    Critres Faisabilit Conditions de faisabilit/contraintes

    Surface disponible > 10 m2/E.H. Optimale pour les filtres

    horizontaux> 5 m2/E.H. Optimale pour

    les filtresverticaux

    < 4 m2/E.H Mauvaise Constitue la limite infrieure pour les filtres verticaux(amnagements annexes compris)

    Caractristiques duterrain

    Relief (2 m) Optimale Possibilit d'amnager des terrasses. L'avantage est que latotalit de l'coulement peut tre gravitaire donc aucuneconsommation d'lectricit.

    Aucun relief Mauvaise Les dispositifs lectromcaniques, alors ncessaires tousles niveaux, rendent l'installation plus coteuse l'investissement et l'exploitation.

    Terrain argileux Bonne Assure une tanchit naturelle au systme conditiond'tre parfaitement compact.

    Sol permable Bonne Peut tre utilis comme matriau de remplissage dudernier tage de traitement. Le premier tage doit tretanchifi.

    Conditionsclimatiques

    Tempr montagnard modr

    Optimale Attention toutefois aux risques de gel qui ncessitent desprcautions supplmentaires pour l'installation et la

    conception des canalisations.Montagnard

    rigoureuxMauvaise Les risques de gel sont trop importants, ce qui peut avoir

    une influence nfaste avant tout sur les plantations.

    CONT

    RAINTES

    DE

    SITE

    Besoin en personneld'exploitation

    Employ communal Optimale Un employ communal peut, assurer l'entretien etl'exploitation de la station. C'est un des avantages dusystme.

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    CONTRAINTES Elments prendreen compte

    Critres Faisabilit Conditions de faisabilit/contraintes

    Objectifsd'puration

    Jusqu'au niveau D3 Excellente Ce niveau correspondant un effluent de lagune estatteint en permanence.

    Niveau D4 Bonne Ce niveau peut tre atteint assez facilement.Nitrification Bonne Ncessit de dispositifs verticaux ou hybridesDnitrification Mauvaise Sauf en cas d'application d'une rcirculation des eaux

    nitrifies en tte de station (bassin de dcantation primaire,filtre horizontal)

    Dphosphatation Mauvaise Sauf en cas d'application de substrats avec des propritscomplexantes.

    CONTRAINT

    ESAVAL

    Abattementbactriologique

    Moyenne Moyenne dans le cas de filtres horizontaux, faible dans lecas des filtres verticaux faible paisseur.

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    3 DIMENSIONNEMENT ET MISE EN OEUVRE

    3.1 FILTRES HORIZONTAUX

    3.1.1. Dimensionnement

    La pratique professionnelle, et particulirement dans le domaine des petites collectivits o laconception des systmes est encore trs empirique et relativement peu prcise, veut que l'unitde compte utilise lors du dimensionnement des ouvrages de traitement est l'quivalenthabitant (EH). Dans la bibliographie les valeurs spcifiques caractrisant cet E.H. ne sont pastoujours indiques et elles peuvent varier d'un pays l'autre, notamment en raison de la naturedes rseaux unitaires ou sparatifs.Toutefois l'EH est maintenant bien dfini au plan rglementaire europen et traduit dans lestextes nationaux, il correspond un flux journalier de DBO5 de 60 g DBO5/j. Nous avonsdonc adopt la convention de parler en "habitants" (hab.) au lieu de EH si les flux spcifiquessont diffrents de 60 g DBO5/j. Il s'agit alors des habitants raccords la station. C'est souventla donne la plus fiable au niveau des petites collectivits.

    a) Surface des filtres

    Il existe une relation empirique pour dimensionner les filtres horizontaux (Cooper etal. ,1996). Elle dtermine la surface du filtre en fonction des paramtres suivants :

    - le dbit moyen journalier ;- la concentration moyenne en DBO5 lentre de la station ;- la concentration moyenne en DBO5 souhaite la sortie.

    Elle scrit ainsi :As = Qj (ln CDBOe - ln CDBOs) / kDBO

    Avec :A f d filt ( 2)

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    valeur de kDBO, aux surfaces rsumes dans le tableau ci-dessous (les calculs ont t ralissavec comme hypothses: objectif CDBOs = 10 mg/l, Qj gal 150 l/j par habitant) :

    Type deauxConcentration(DBO5 mg/l)

    kDBO5 m2/hab.

    Brutes - - -Dcantes 150 - 300 0.1 5Traites biologiquement 10 - 20 0.3 1Surverse de rseau unitaire - 0.3 - 0.6 0.5 1

    Tableau 3 : Valeurs de kDBO5 et de surfaces spcifiques en fonction du type deaux traiter.

    Toutefois on peut se demander si l'application des coefficients kDBO5 pour les diffrentes eaux traiter ne comporte pas un risque. En effet, si l'on observe la figure 6, qui a servi dterminer ce coefficient pour les eaux dcantes, on constate d'abord une trs importantedispersion des points, qui n'autorise pas la droite rgression qui a t insre. Sachant que laconcentration la sortie est relativement indpendante de la concentration entre (voir

    1.3.2.), cette figure doit plutt tre interprete de la manire suivante : la plupart des systmes prsentent des valeurs de lnCo-lnCt d'environ 1.8 2. Cela

    correspond des rendements d'environ 85%, ce rendement est manifestement quasi indpendant de la charge hydraulique applique

    (linverse de As/Qj), les points correspondant la charge hydraulique de 3.3 cm/m2.j (30 m2/m3.j)

    reprsentent probablement des eaux brutes concentrations diffrentes. Le rendement

    pour des eaux peu concentres est forcement plus faible que pour les eaux concentres.

    lnCo - lnCt

    0

    0,5

    1

    1,5

    2

    2,5

    3

    3,5

    lnCo-

    lnCt

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    Dans ltat actuel des connaissances, il est prfrable de se rfrer directement aux surfacesspcifiques ncessaires par habitant, soit, pour un traitement des eaux dcantes :

    5 m2 / hab.8 g DBO5/m2. jour

    5 cm / jour

    L'exprience montrera si dans l'avenir il est ncessaire d'adapter ces valeurs dans un sens oudans un autre.

    b) Nombre dtages

    Le nombre dtages dpend :- des dispositifs amont et aval prvus pour complter le traitement,- de la surface totale des filtres,- du niveau de rejet demand.

    En traitement secondaire, le dispositif est gnralement compos de deux tages en srie.

    Pour des installations de faible capacit ou pour un traitement tertiaire, un seul tage peutsuffire.

    Dans le cas particulier de Curienne (cf. fiche de cas Curienne) qui assure le traitementprincipal, le systme est compos de 3 tages : le premier sert au traitement primaire aveclabattement de la majeure partie des matires en suspension et le traitement dune partie de lamatire organique. Bien que ce premier tage soit conu initialement comme filtre coulement horizontal, le colmatage de la zone dentre fait quil fonctionne en ralit commeun filtre vertical alimentation continu et donc non ar. Le deuxime est le sige de ladgradation de la matire organique restante et de la nitrification. Le dernier enfin, a un rlede polissage des eaux ; il assure un dbut de dnitrification et contribue en partie ladsorption du phosphore comme, du reste, les autres bassins.

    c) Nombre de bassins par tage

    Un dispositif de type Kickuth ne ncessite quun seul bassin par tage puisque lalimentationest continue ; ce nest qu partir dune certaine surface (> 500 m2) quil est recommand desubdiviser le filtre en deux bassins aliments en parallle pour des questions de rpartition de

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    les rhizomes des roseaux et donc la hauteur optimale pour le traitement.Geller (1997) prcise que, si lon utilise du sable comme support, la profondeur du filtre peutatteindre 1 m condition quil soit plant de Phragmites. Par contre, sil sagit de gravier(dont la capillarit est infrieure), le filtre ne doit pas faire plus de 50 cm de profondeur, maisdiverses espces macrophytes peuvent alors tre utilises.

    e) Largeur et longueur du filtre

    La surface et la profondeur du filtr tant fixes, restent dterminer la longueur et la largeur.Elles dpendent troitement de la conductivit hydraulique du matriau puisque selon la loi de

    Darcy :

    Qj = Ac * Ks * (dH / dL)

    o :Ac = H x l = aire de la section transversale du filtre (m

    2) (H = profondeur moyenne; l =largeur);

    Ks = conductivit hydraulique du matriau satur (m/j);dH / dL = gradient hydraulique (m/m).

    Ks est une constante qui dpend du matriau; elle varie sil sagit de sable ou de gravier. Pourles filtres de graviers, on utilise des valeurs allant de 86 260 m/j (10-3 3*10-3 m/s).

    On a donc :Ac = Qj / Ks (dH / dL)

    Si la conductivit hydraulique Ks est leve (filtre de graviers), laire de la section transversalencessaire un bon coulement pourra tre moins importante. Le rapport L/l(Longueur/largeur) sera donc lev et on aura des filtres plutt longs et troits. Dans le casdun filtre de sable (Ks faible), laire de la section transversale ncessaire linfiltration sera

    plus importante; on aura donc des filtres plus larges et assez courts.

    H

    Gabiond alimentation

    Gabiond vacuation

    Chambre devannes

    Gradienthydraulique

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    gradient hydraulique. Cela permet de dterminer une nouvelle valeur pour la largeurcompatible avec la contrainte de surface horizontale. Le calcul se poursuit ainsi jusqu ce queles valeurs pour la largeur convergent.

    Une fois la largeur connue, on dtermine aisment la longueur grce la valeur de la surfacetotale dtermine prcdemment.

    Pour le traitement tertiaire et les eaux faiblement concentres, on rencontre des longueurs defiltre faibles (5 - 10 m). Pour un traitement secondaire, (DBO5 de 200 mg/l environ) lalongueur totale du filtre atteint 70 m voire davantage. Le filtre peut alors tre subdivis en

    plusieurs tages en srie.

    g) Pente

    Gnralement la surface des filtres est plane et cest le fond qui est lgrement en pente (1 %environ). Geller (1990) suggre cependant que la surface des filtres soit lgrementascendante, avec une pente de 0.5 2 % et une diffrence de niveau maximale de 100 mm.

    Ceci permet dattnuer les coulements de surface et force le passage de leau dans le massiffiltrant.

    3.1.2. Mise en oeuvre

    Avant linstallation des dispositifs de traitement, il est important de veiller ce que le terrainsoit compact de manire rigoureuse afin quil ne saffaisse pas par la suite. Cela modifieraitle nivellement du matriau et provoquerait des coulements prfrentiels, des zones deauxstagnantes... qui affecteraient lefficacit du traitement.

    a) Traitement amont

    Pour les eaux brutes, il consiste couramment en un prtraitement (dgrillage, dessablage-dshuilage), et une dcantation. Le systme de dcantation peut tre, un simple bassin dedcantation, un dcanteur/digesteur ou encore, une fosse septique toutes eaux. En cas dun

    bassin de dcantation ouvert, celui-ci doit tre dimensionn pour assurer un temps de passagele plus court possible afin dviter la fermentation gnratrice de mauvaises odeurs.

    Labsence de traitement en amont induit un risque de colmatage du systme de rpartition par

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    de problme de colmatage puisque les eaux qui arrivent sur cet tage sont pauvres en matiresen suspension.

    Le systme de rpartition doit permettre leffluent dtre en contact avec la plus grandepartie du massif filtrant, que ce soit en largeur ou en hauteur. La plupart du temps, il estconstitu dun drain enterr dans une large tranche de pierres perpendiculaire lcoulement.Ce genre de dispositif enterr ne permet pas de vrifier la bonne rpartition de leffluent. Une

    bonne matrise de la rpartition ncessite sa visualisation. A cet effet, lalimentation peut treralise en surface par un systme de surverse sous forme dune gouttire agrmentedencoches en V, se dversant sur une tranche de larges pierres qui assure la rpartition en

    profondeur. Ce dernier systme ncessite un entretien trs rgulier car les encochessobstruent rapidement et entranent des coulements prfrentiels. Il existe galement dessystmes composs dune conduite enterre mais avec des surverses en surface sous forme dechemines encoche. Dans tous les cas, ces systmes doivent pouvoir tre nettoys facilementlors de lentretien courant de la station.

    Figure 9. Exemple de systme de rpartition sur un filtre horizontal.

    c) Evacuation

    La collecte des eaux a lieu lextrmit du bassin oppose lalimentation. Il sagit la plupartdu temps dun drain enterr au fond du filtre dans une large tranche de pierres perpendiculaire

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    colmatage, que le sol ne contienne pas plus de 5 10 % dargile. Kickuth est un des rares recommander lutilisation du sol naturel. Il ajuste cependant sa composition par des ajouts desable et/ou dargile afin datteindre une conductivit hydraulique adquate et une capacitdadsorption optimale du phosphore.En aucun cas, le sol en place ne peut tre utilis sans avoir fait lobjet danalyses et de testscar les risques de colmatage sont trop importants. De plus, le sol doit tre remani avant dtreutilis afin quil soit meuble au dmarrage de la station. De toute faon, le matriau doit treexcav afin dtanchifier le filtre, au moins en premier tage.

    La plupart du temps, les systmes utilisant le sol en place prsentent rapidement des

    coulements de surface traduisant une faible conductivit hydraulique du matriau. Cela setraduit par une nette diminution des performances lpuration.

    On constate dans le plupart des pays o initialement le sol sur place tait utilis une tendance utiliser maintenant un matriau import qui sera du sable ou du gravier dont lagranulomtrie dpendra de la concentration des eaux traiter. En effet, si les eaux sont trsconcentres, on prfrera un matriau plus grossier afin quelles ne colmatent pas lentre du

    filtre. Si le filtre horizontal sert au traitement tertiaire, pour la dnitrification, les eaux sontpeu concentres en matires en suspension. Le matriau pourra alors tre plus fin, offrant ainsiune plus grande surface spcifique pour le dveloppement des bactries et pour ladsorptionventuelle du phosphore.

    Le matriau doit imprativement tre lav pour viter la prsence de fines qui pourraientcolmater le filtre. Il doit tre roul et non concass, ceci pour trois raisons : favoriser le dveloppement des plantes ; ne pas percer ou user lventuelle membrane dtanchification ; ne pas former un support trop tass (les grains simbriquent plus facilement quand ils sont

    concasss que rouls ce qui donne un support trop compact).Il devra tre le plus homogne possible afin de ne pas favoriser des coulements prfrentiels.Enfin, il devra tre meuble, non tass. Pour viter des tassements ingaux du matriau, ilfaudra sassurer dun degr dhumidit homogne et constant de la totalit du matriau lors dela mise en place.

    e) Etanchit

    Si le sol est argileux la profondeur adquate pour le filtre, ltanchification peut se faire parcompactage de largile.

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    f) Plantations

    Choix des plantes

    En France et en Europe plus gnralement, la plante la plus couramment utilise est le Roseaucommun (Phragmites communis ou Phragmites australis). En effet, elle est parfaitementadapte aux conditions hydriques dexploitation des filtres plants. Elle possde un tissu

    particulier, larenchyme, qui lui permet de transfrer de loxygne depuis les parties

    ariennes jusquaux rhizomes et aux racines; elle peut ainsi se dvelopper dans des milieuxsaturs en eau en permanence. De plus, elle rsiste trs bien lalternance de priodesdimmersion de ses organes souterrains et de priodes de -sec; les niveaux deauxmaintenus dans les bassins sont trs proches de ses conditions dhabitat naturel. Enfin, larpartition naturelle du roseau est trs vaste, ce qui fait de cette plante une espce qui sadaptetrs facilement des altitudes et des climats trs divers. Ceci est une garantie quant larsistance et au bon dveloppement du couvert vgtal quelle que soit la situation

    gographique (sauf la haute montagne).

    Dautres plantes sont galement utilises comme la Massette ou Quenouille (Typha sp.), leJonc des chaisiers (Scirpus lacustris), lIris des marais (Iris pseudacorus)... Elles sont moinsemployes pour diffrentes raisons, la premire tant quelles sont moins bien adaptes auconditions hydriques des filtres et plus sensibles lalternance de priodes en eau et de

    priodes sans eau. Elles se dvelopperont donc moins bien dans le cas dune alimentationalterne, entre autres. Elles sont rarement utilises pour le premier tage de traitement dont le

    mode dexploitation cre des conditions peu favorables leur dveloppement, mais elles sontprsentes rgulirement sur les tages suivants o leau est plus claire.

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    Certaines dentre elles ont leurs particularits. Par exemple, le Jonc des chaisiers est capabledassimiler de grandes quantits dazote, ce qui peut tre intressant dans le cas duntraitement tertiaire o lon fauche ; il a cependant linconvnient de se fragiliser quand il aabsorb trop dazote et de verser facilement ce qui favorise le dveloppement de plantesadventices. LIris des marais peut, quant lui, fixer des mtaux lourds en grandes quantits,mais ceux-ci sont peu ou pas prsents dans les eaux domestiques ; il prsentera un intrt, parcontre, dans le traitement des eaux de ruissellement.

    Modes dimplantation

    Il existe diffrents modes dimplantation. Le plus courant consiste se procurer des plantschez un ppiniriste, et les replanter entre mai et aot. Il existe des ppiniristes spcialissdans les plantes destines la revgtalisation des berges de cours deau.

    Il est possible dutiliser les espces prsentes dans les stations locales, mais ceci uniquementdans le cas o les surfaces planter sont peu importantes ; il faut de toutes faons demanderune autorisation pour le prlvement despces. Ces plantes auront lavantage dtre adaptes

    aux conditions climatiques locales et se dvelopperont dautant mieux.La technique la plus simple consiste alors prlever des morceaux de rhizomes entre les moisdoctobre et mars. Si la fin des travaux de la station est prvue plus tard dans lanne, on peuttransplanter les rhizomes dans des pots cultivs sous serre en attendant. Les morceaux derhizomes doivent tre taills de faon mesurer 10 30 cm de long, et comporter au moins unentre-noeud et deux bourgeons latraux et/ou terminaux. Les portions de rhizomes ainsiobtenues doivent tre enterres de la manire suivante:

    - elles doivent tre inclines denviron 45 par rapport lhorizontale ;- une des extrmits doit tre en contact avec latmosphre ;- au moins un des bourgeons doit tre plus de 4 cm sous la surface.

    La densit de plantation doit tre de 4 plants par m2 environ.

    La mthode dimplantation la plus rpandue en France consiste mettre en place des plants

    cultivs sous serre et obtenus partir de graines, en prenant soin de garder la motte de terreautour des racines car le matriau des filtres nest pas suffisamment riche en nutriments pourpermettre aux jeunes plants de senraciner. Cette mthode donne les meilleurs rsultats enmatire de reprise et de rapidit de colonisation.

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    3.2 FILTRES VERTICAUX

    3.2.1. Dimensionnement

    a) Surface des filtres

    Dans la littrature anglo-saxonne (Cooperet al.,1996, d'aprs Grant, 1995 [communication

    personnelle P. Cooper]) on trouve la mthode de dimensionnement suivante :

    Pour de petites units (< 100 hab..) on peut utiliser la formule suivante :

    A1 = 3.5 P0.35 + 0.6 P

    A1 = surface du premier filtre vertical ;

    P = nombre dhabitants raccords.

    La surface du second filtre fera 50 % de A1 si leffluent a subi un traitement primaire, et 60 %de A1 sinon. Cela donne des valeurs comprises entre 3.2 m

    2/hab. pour 4 hab., et 1.3 m2/hab.pour 100 hab., pour traiter leffluent brut.

    Pour les plus grandes units, on pourra dimensionner de la faon suivante :

    pour le seul abattement de la DBO5, 1 m2/hab. suffisent (en surface utile totale) ; si une nitrification est ncessaire en plus, on utilisera une surface spcifique de 2 m2/hab.La rpartition des surfaces des deux tages sera fait de faon ce que le second tage ait unesurface spcifique gale la moiti de celle du premier, soit 0.7 m2/hab. pour le premier tageet 0.3 m2/hab. pour le second (ou 1.3 m2/hab. pour A1 et 0.7 m2/hab. pour A2 si on souhaiteune nitrification).

    Capacit ContraintesA1

    (m2/hab.)A2

    (m2/hab.)Surface totale

    (m2/hab.)Effluent prtrait 2 1 34 hab.Effluent brut 2 1 2 3 2

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    Le dimensionnement du deuxime tage est bas en grande partie sur la permabilit du sableen surface. En gnral, il faut considrer 1 m2/habitant, mais avec un sable de trs bonnequalit (grande permabilit), on peut descendre jusqu 0.5 m2/habitant. Lutilisation de cematriau, mme sil reprsente un cot plus important, permet de diviser la surface, et donc levolume ncessaire, par deux ; il devient donc plus rentable de miser sur la qualit.

    La pratique actuelle franaise peut, pour les filtres verticaux tre rsum par les chiffres clefssuivants:

    2.5 m2 / hab.

    20 g DBO5/m2. jour10 cm / jour

    b) Nombre dtages

    En traitement principal, le systme ncessite gnralement deux tages.En traitement combin, par exemple traitement primaire avant une lagune, un seul tage peut

    suffire. Cela dpend de la qualit des eaux qui a t prvue pour alimenter le dispositifsuivant.

    c) Nombre de bassins par tage

    Un minimum de deux bassins est obligatoire afin de pouvoir alterner les phasesdalimentation et de repos. Ceci est valable pour un traitement secondaire ou pour une trs

    petite installation.

    Pour des installations suprieures 100 habitants, trois bassins sont gnralement utiliss, defaon assurer des priodes de repos denviron les 2/3 du temps.

    1 tage en 3bassins parallles

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    d) Profondeur

    La profondeur moyenne en France des filtres verticaux constituant un premier tage detraitement varie de 0.75 m 0.90 m. Le deuxime tage est lgrement plus profond sans pourautant dpasser 1 m.

    e) Pente

    La surface du filtre est plane. Le fond peut tre lgrement en pente (1%).

    3.2.2. Mise en oeuvre

    a) Traitement amont

    En Europe, les filtres plants de macrophytes percolation verticale sont gnralement

    aliments par des eaux issues dun dcanteur ou mme dun traitement biologique. En France,la plupart des filtres verticaux sont aliments avec les eaux brutes ayant subi un simpledgrillage grossier. La couche de boues qui se forme en surface reste permable durant

    plusieurs annes grce la prsence des plantes.

    Cependant, pour diverses raisons, certains prfrent ajouter une unit de traitement en amont.Elle va du dcanteur la fosse septique.

    b) Alimentation

    La vitesse dalimentation des filtres verticaux doit tre plus leve que la vitesse dinfiltrationdans le matriau, pour que leffluent puisse tre rparti sur la majeure partie du filtre. Cetterpartition est favorise par les dpts de matire organique qui offrent une permabilitmoindre autour de la bouche dalimentation et obligent donc leffluent sinfiltrer toujours

    plus loin et solliciter ainsi un plus grand volume de matriau.

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    Cependant, une bonne rpartition ne peut tre obtenue qu'avec une alimentation par -coups(par bches). Ceci est ralisable soit grce des pompes, soit grce un systme de siphonauto-amorant lorsque le dnivel du terrain permet une alimentation gravitaire. Dans tous les

    cas, le dbit d'alimentation, rparti en gnral sur 4 points d'arrive de chacun des filtres dupremier tage, devrait tre proche de 0.5 m3par m2 de surface de chacun des filtres et parheure. Le volume dune bche est un compromis entre dune part un temps de stockagelimit pour viter une fermentation anarobie des eaux et dautre part la possibilit de rpartirconvenablement un volume aussi faible que possible, au regard de la clrit avec lequel cevolume est apport (dbit du dispositif de confection des bches). On considre qu'une

    bche doit permettre dapporter 1 3 cm deau sur la surface du filtre en fonctionnement.

    Pour une charge hydraulique de 10 cm d'eau par jour sur l'ensemble de la surface du premiertage et un nombre de 3 filtres en parallle, cela revient environ 10 30 bches par jour entemps sec.

    Les arrives doivent tre rparties enplusieurs points sur le filtre, de manire homogne. Lamise en place des canalisations qui assureront lalimentation, doit tre trs minutieuse car unelgre pente favoriserait une sortie au dtriment des autres et la rpartition ne serait plus

    homogne. De mme, leur supports doivent tre fonds de telle faon qu'un tassementultrieur du filtre n'influe pas sur le profil hydraulique.

    Dans le cas o un dcanteur primaire a assur la rtention des matires en suspension les plusgrossires en amont, on peut alimenter le filtre par aspersion avec un dispositif de rpartition

    plus complexe pouvant assurer une distribution plus homogne sur l'ensemble de la surfaced'un filtre. Accessoirement, cela permet une proxygnation de leffluent.

    Dans le cas dun coulement gravitaire, les canalisations seront en surface ; par contre silalimentation se fait par pompage, les canalisations pourront tre enterres. Seules les sortiesseront apparentes. Ceci constitue un avantage par rapport au risque de gel, mais aussi dun

    point de vue paysager en hiver si la vgtation a t pralablement faucarde. En cas derisques de gels importants, il est ncessaire de prvoir un systme de vidange des tuyauxdalimentation entre chaque bche (pas de clapet anti-retour).

    Sous les sorties, des plaques brise-jet doivent tre mises en place pour ne pas perturber lasurface du filtre, ce qui favoriserait les coulements prfrentiels.

    c) Evacuation

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    d) Choix du matriau

    Dans le cas des filtres verticaux, pour le premier tage au moins, on nutilise pas le sol

    naturel. Dune part, parce que la conductivit hydraulique ncessaire est trop importante,dautre part, parce quil faut une rpartition du matriau en couches successives degranulomtrie diffrente.

    La couche la plus active est vraisemblablement la couche superficielle de plus faiblegranulomtrie qui est gnralement du gravier fin compris entre 2 et 8 mm sur une paisseurvariant gnralement entre 20 et 50 cm. Les couches sous-jacentes sont des couches

    intermdiaires de granulomtrie plus grossire utilises titre de sparation pour atteindre lacouche drainante trs souvent constitue de galets dans une fourchette comprise entre 20 et 60mm et quelquefois de hourdis.

    Tous ces matriaux et les racines et rhizomes des roseaux qui les colonisent sont bien sr lesupport des micro-organismes puratoires.

    Le deuxime tage est recouvert dune couche de sable plus paisse ; son rle est trsimportant et son choix trs dlicat. En effet, elle doit concilier plusieurs objectifscontradictoires : finesse pour complter la rtention des matires en suspension rsiduellesvenant du premier tage, offrir une surface de contact leve pour le dveloppement du

    biofilm et, conjointement ne pas tre trop sensible au colmatage. En outre, comme les filtresde ce second tage assurent actuellement l'essentiel de la nitrification, il est important que ladiffusion d'oxygne depuis l'atmosphre y soit consquente entre deux bches et pendant les

    priodes de repos.

    Les sables, graviers et pierres utiliss doivent tre lavs et rouls pour les mmes raisons quepour les filtres horizontaux, cest dire pour limiter la prsence de fines pouvant colmater lesespaces interstitiels, pour viter que le matriau se tasse trop et enfin, pour fournir un milieufavorable au dveloppement des vgtaux.

  • 7/14/2019 Rapport Filtres Plantes[1]

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    Il est indispensable de procder des tests de sgrgation entre les diffrents matriauxutiliss afin de sassurer quils ne peuvent pas se mlanger dune couche lautre, auquel casil faut insrer une couche de granulomtrie intermdiaire.

    Si le sol en place a une conductivit hydraulique suffisante et contient moins de 10 % dargile,il pourra tre utilis pour le second tage, condition que le milieu rcepteur ne soit pas tropsensible (karst). Le sol doit tre remani au moins en surface pour favoriser linfiltration.

    e) Etanchit

    Le principe est le mme que pour les filtres horizontaux. Les premiers tages doivent toutprix tre tanches pour ne pas contaminer le sol. Par contre, si le milieu rcepteur le permet etsi le cours deau proximit est sec certaines priodes de lanne, le dernier tage peut ne

    pas tre tanchifi. Un drain collecteur en fin de bassin parat cependant ncessaire pourpouvoir vrifier la qualit du rejet et vacuer les eaux excdentaires qui ne pourraientsinfiltrer en cas de saturation du sol lors de longs pisodes pluvieux.

    f) Plantations

    Les espces de macrophytes utilisables sont a priori les mmes que pour les filtres coulement horizontal, de mme que le mode dimplantation. Cependant, le roseau(Phragmites australis) semble le mieux adapt au rgime hydrique trs diffrenci avec des

    priodes d'assecs pouvant durer une semaine sur un matriau trs filtrant, d'une part et undveloppemen