Schémas de lagunage naturel.

Coupe d'un bassin de lagunage (avec zone de type « marais filtrant »

Schéma de principe d'un bassin compartimenté avec typhas plantés sur sable filtrant

Le lagunage peut aussi être linéaire et avoir vocation de corridor biologique ( utilisant un fossé ou ici une berge de canal, en bordure de la Deûle, en aval de Lille). Réalisation : VNF(photo de 2004).

Le lagunage ou phytoépuration, est une technique naturelle d’épuration des eaux basée sur la déseutrophisation. Il s'inspire des systèmes naturels d'épuration et filtration par des micro-organismes, des algues et des plantes aquatiques. Parfois, on fait aussi ruisseler l'eau au travers des racines de plantations d'arbres, éventuellement des saules traités en taillis coupés en courte rotation (Taillis à courte rotation).

Description

Le lagunage consiste à établir un écoulement lent par gravité des eaux usées dans plusieurs bassins de rétention peu profonds en éliminant le risque d’infiltration dans les eaux souterraines.

Fonctionnement

L'eau usée arrive d'abord dans les pré-traitements : dégraisseurs, déshuileurs, dessableurs, etc. qui, comme leurs noms l'indiquent, sont chargés d'éliminer les particules solides et les graisses.

Les premiers bassins sont des bassins à micro-organismes, où est dégradée la matière organique (MO) contenue dans les eaux usées. L'eau transite ensuite dans des bassins moins profonds, à macrophytes (iris, roseaux, joncs...). Ceux-ci absorbent les éléments minéraux issus de la dégradation de la matière organique pour leur croissance.

Cette technique présente la caractéristique de nécessiter une surface importante, entre 15 et 20 m² pour un volume de 50 m³ d'eau, voilà pourquoi on lui attribue la propriété extensive. Le temps de séjour doit être élevé (minimum 30 jours, voire plus). Les boues se concentrant sur le fond et intervenant dans la biologie du système ne doivent être évacuées qu'après quelque 5 à 10 années.

Les lagunes de terre, pourvues de talus ayant une pente d'un tiers. Si une protection contre l'infiltration dans les eaux souterraines est nécessaire, les fonds et les remblais doivent être colmatés. Elles sont généralement rectangulaires.

L'eau qui sort de ce système est conforme aux normes de la directive 91-271 du 21 mai 1999 concernant les paramètres d'épuration : DCO, DBO, MeS, Pt, Nk...

Entretien hebdomadaire

Pour que le système fonctionne au mieux, il est nécessaire d'effectuer chaque semaine un nettoyage des pré-traitements, une tonte régulière des abords, et une surveillance de l'ensemble de la station.

Entretien annuel

Pour éviter toute contamination de l'eau, il faut faucarder les macrophytes chaque année, en automne. C'est l'un des principaux postes d'entretien des stations de lagunage.

Il faut également prévoir, tous les 5 à 10 ans, l'élimination des boues accumulées au fond de la lagune : c'est l'opération de curage. Deux techniques sont envisageables :

• la première, la plus usitée, consiste en la vidange de la lagune suivie du raclage des sédiments, à l'aide d'un engin de chantier par exemple^[1]. Elle nécessite toutefois la mise en place d'un bypass des eaux usées le temps du raclage.
• la seconde, non invasive, consiste en un pompage des boues par l'intermédiaire d'un radeau qui se déplace en surface de la lagune^[2]. Cette méthode ne nécessite pas de modifier le fonctionnement habituel de la lagune.

Exemple de Rochefort

A Rochefort (Charente-Maritime) se trouve la plus vaste station de lagunage en Europe. Elle se situe en bordure de la Charente. Chaque année, des milliers d'oiseaux viennent se poser sur les bassins de cette station. Ce centre de traitement écologique a aussi pour but de traiter les eaux usées de la ville de Rochefort grâce au processus du lagunage. Après un premier traitement physique décomposé en 4 phases, l’eau décantée va subir un traitement biologique. Celui-ci consiste en la circulation de l’eau dans plusieurs lagunes ré-oxygénées grâce à l’action du vent et du soleil.

Les trois bassins de la station servent aussi de reposoirs aux oiseaux aquatiques et constituent de merveilleux réservoirs de nourriture en toutes saisons. Ainsi, fuligules milouins, foulques et grèbes bénéficient de l’abondance du plancton et de la tranquillité du site.

Organismes utilisés

Les organismes participant aux processus d'épuration, en particulier les bactéries et les algues, sont classés selon leur activité en organismes hétérotrophes et organismes autotrophes.

Le premier bassin est la lagune à microphytes où l’on trouve les bactéries et les algues microscopiques. La minéralisation de la matière organique soluble en suspension est assurée par les bactéries aérobies, elles la transforment en eau, gaz carbonique, nitrates et phosphates. Ces composés simples vont être assimilés par les algues qui, grâce à la lumière du soleil, vont effectuer la photosynthèse pour assurer leur métabolisme et libérer de l’oxygène essentiel pour la vie des bactéries aérobies dans la lagune. La matière organique sédimentant au fond des bassins (décantation) est dégradée par les bactéries anaérobies selon le processus de fermentation anaérobie produisant la minéralisation des boues et des dégagements gazeux (azoté) fixés pour certain par les algues. Les eaux restent environ 50 jours dans le bassin à microphytes.

Les lagunes à macrophytes constituent le plus souvent le deuxième et le troisième bassin (s’il y en a trois). Il y vit en plus des algues macroscopiques et des plantes aquatiques capables d’absorber des substances inorganiques notamment les formes minérales de l’azote et du phosphore, l’ammonium, le nitrate, l’o-phosphate et de les mettre en valeur. Elles permettent ainsi la réduction des engrais. Les plantes aquatiques fixent également les sels minéraux pour leur croissance, il se développe alors des micro-organisme qui se nourrissent des plantes elles-mêmes. L’apparition de zooplancton (daphnie, cyclopes,…) permet d’améliorer la filtration de l’eau. Il s’établit ainsi des chaînes alimentaires entre les bactéries, le phytoplancton, le zooplancton et les végétaux. Les eaux restent environ 40 jours dans ce type de lagune.

Le lagunage est placé au niveau D en matière d’impact des rejets sur le milieu récepteur, en accord avec les quantités minimales suivantes :

• matières en suspension totales (MES) : 180 mg/l ;
• demande chimique en oxygène (DCO) : 120 mg/l ;
• demande biologique en oxygène en 5 jours (DBO5) : 40mg/l.

On constate aussi une grande efficacité sur la réduction des concentrations en phénols, hydrocarbures, détergents et engrais dans les eaux en sortie de lagunage. La longue exposition des eaux aux rayons ultraviolet du soleil permet de réduire considérablement le nombre d’agents pathogènes (bactéries, virus et parasites...).

Energie nécessaire

Une puissance de 20 W/m³ permet que l'ensemble des boues reste en suspension et soit transporté avec l'effluent. Si un recyclage des boues provenant de la décantation secondaire est prévu, l'installation est alors une installation à boues activées avec de grandes durées d'aération.

Le plus répandu est le lagunage mixte. Une puissance de 3 à 4 W/m³ suffit alors pour faire circuler et alimenter en oxygène la totalité de l'eau. Mais dans ce cas, la boue se dépose au fond et agit sur les matières nutritives ramenées au-dessus d'elle, comme une boue fixe, avec action biologique aérobie, analogue au film biologique du lit bactérien.

Le lagunage naturel comme procédé d’épuration des eaux est conseillé pour des stations ayant une capacité de 250 à 1500 éq-hab^[3] (mais peut se rencontrer de 100 à 2000 éq-hab). Le lagunage aéré est conseillé de 400 à 2000 éq-hab (mais peut se voir de 200 à 3000 éq-hab).

Avantages / Inconvénients

Avantages

Le lagunage naturel présente de nombreux avantages par rapport aux procédés traditionnels :

• Excellente élimination de la pollution microbiologique.
• Faibles coûts d'investissement et de fonctionnement.
• Très bonne intégration paysagère.
• Valorisations aquacole et agricole de la biomasse planctonique produite et des effluents épurés.
• Contribue au développement et à la diversification de la flore locale, ainsi qu'à la protection de la faune et de la biodiversité.

Inconvénients

• Grande emprise foncière
• Contraintes possibles s'il y a la nécessité d'imperméabiliser le sol.
• Variation saisonnière de la qualité de l'eau en sortie.
• N'apprécie pas les grandes pollutions ponctuelles et les pollutions chimiques.
• En cas de mauvais fonctionnement, risque d'odeurs.
• Veiller à ne pas atteindre l’état de putréfaction.

Histoire

Lagunage expérimental du Pr Calmette, Lille, vers 1900-1910

Dès 1901, la ville de San Antonio au Texas aménagea un lac artificiel de 275 hectares destiné à l’épuration des eaux usées^[4]. Dans les années 1920, le lagunage se développa largement de par le monde, notamment aux États-Unis, au Canada, en Australie, en Suède et en France, où il était déjà utilisé depuis des siècles, mais son optimisation et la mesure scientifique de ses performances ne datent que du début du XX^e siècle, avec par exemple les études du professeur Albert Calmette à Lille (photo ci-contre).

En 1960, en Californie, la première lagune à haut rendement fut construite ; elle mettait en jeu la culture intensive d’algues. Aujourd’hui, on trouve des bassins d’épuration écologique dans plus de 50 pays du monde et leur nombre augmente tous les jours^[5].

Notes et références

Bibliographie

Yves Piétrasanta, Daniel Bondon, Le Lagunage écologique, Economica, Paris, 1994, (ISBN 2-7178-2636-X)

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

• Site sur la gestion de l'eau
• Article sur la construction de filtre planté
• Article sur le lagunage

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