La Phytoépuration

Grands principes de fonctionnement

La phytoépuration est un terme générique regroupant les différents procédés rustiques d’épuration des eaux usées, impliquant l’utilisation de plantes dans le processus biologique.

La phytoépuration fait appel aux bactéries présentes dans les systèmes racinaires des plantes pour épurer l’eau.

Les bactéries décomposent les matières organiques polluantes en matières minérales assimilables par les plantes. En contrepartie, les plantes fournissent de l’oxygène aux bactéries par leurs racines. Cela fonctionne naturellement grâce à l’énergie solaire ! Et cette alternative écologique présente encore beaucoup d’autres avantages : ses performances épuratoires sont excellentes et durables. Elle peut être implantée sur tous les terrains, quelle que soit la pente et la nature du sol, car les bassins sont étanches ; de ce fait, l’effluent n’est pas en contact avec le sol. Elle s’intègre harmonieusement dans votre jardin. De plus, il n’y a pas de mauvaises odeurs.

Étant membre du réseau Aquatiris, les filières de phytoépuration que propose Hydrorestore constituent un système d’assainissement sans fosse septique, naturel, autonome, et 100% végétalisé, répondant à une demande écologique et durable concrète.
Véritable alternative aux filières traditionnelles telles que la fosse septique, et le filtre à sable, cette technique est adaptée aussi bien à l’assainissement individuel que collectif des eaux usées. Celles-ci sont dirigées vers un ou plusieurs filtres plantés de roseaux et de plantes aquatiques, appelés filtres plantés de macrophytes.

Les systèmes que nous proposons

Nous proposons différents systèmes adaptés à chaque cas de figure :

Le système d’Aquatiris « Jardi-assainissement » FV + FH pour les habitations avec toilettes à eau.

 Jardin d'assainissement pour les habitations avec toilettes à eau {JPEG}

Ce système possède l’agrément ministériel n°2011-022.

Il s’agit d’un filtre à écoulement vertical avec 2 lits suivi d’un filtre à écoulement horizontal.

- Le filtre « vertical »

Il est constitué de couches successives de granulats allant du plus grossier au fond au plus petit à la surface. Associé à un drain en fond de filtre, cette disposition permettra l’écoulement vertical.

Filtre vertical {JPEG}

Ce filtre, permet deux actions sur l’effluent :

  • la filtration, c’est-à-dire la rétention physique des matières qui se trouvent en suspension dans les eaux usées,
  • la dégradation biologique d’une partie des matières dissoutes, effectuée par la biomasse bactérienne aérobie (utilisant l’oxygène) présente dans les granulats.Les conditions d’oxygénation du premier filtre permettent surtout la dégradation de la fraction carbonée des effluents (grâce à des bactéries telles que Stenotrophomonas, Enterobacter, Pantoea, Acinetobacteret Klebsiellasp.) mais une nitrification partielle (oxydation de l’azote organique et ammoniacal) est également notée.

Ce filtre est uniquement planté de roseaux (Phragmite australis) à une densité d’environ 6 plants par mètre carré. Dans le filtre à écoulement vertical, le rôle des roseaux est surtout mécanique : le développement dense des tiges et des rhizomes qui viennent percer la couche de dépôts superficiels, évite le colmatage du massif drainant et crée un cheminement d’oxygène qui contribue au maintien de conditions aérobies homogènes dans l’ensemble du filtre. De plus, le vent qui agite les tiges des roseaux facilite le craquèlement et donc la décomposition des matières organiques retenues en surface, propice à la création d’un terreau perméable.

Par ailleurs, on observe la formation d’une couche de compost en surface. Il sera à retirer tous les 10 ans environ (ce qui correspond à 10 cm). Du compost se forme en surface, bon pour le jardin

- Le filtre « horizontal »

Un gabion avec des graviers grossiers est placé en sortie du filtre ainsi qu’une sortie tuyau remontant à la verticale afin de permettre l’écoulement horizontal et de régler la hauteur d’eau dans le filtre. Le reste du massif contiendra des graviers de taille uniforme moyenne.

Filtre horizontal {JPEG}

Ce filtre permet :

  • la dégradation biologique d’une partie des matières dissoutes, effectuée par la flore bactérienne anaérobie présente dans les granulats,
  • la dénitrification partielle, c’est-à-dire la réduction du nitrate (sous sa forme toxique) par les bactéries en une forme plus neutre pour l’environnement.L’aération du massif de filtration résulte uniquement des apports provenant des racines des plantes et de la diffusion gazeuse dans la partie non saturée superficielle. L’apport d’oxygène par unité de surface est donc globalement beaucoup plus faible et est très inégalement réparti, ce qui entraine la formation de zones anaérobies, aérobies et aéro-anaérobies, favorisant le déroulement de processus biochimiques de dégradation de la matière organique et azotée. En effet, l’apport relativement faible en oxygène limite la croissance des bactéries aérobies autotrophes* et hétérotrophes*, et donc par conséquent, la dégradation de la fraction carbonée et surtout l’oxydation des matières azotées. En revanche, les mécanismes anaérobies et aéro-anaérobies (qui se déroulent au contact du système racinaire des macrophytes) participent à la transformation des formes réduites de l’azote (dénitrification).

Les plantes sur ce type de filtre peuvent être plus variées que sur le filtre vertical. Le rôle des plantes est donc esthétique et toujours mécanique via leur système racinaire.

Le système d’Aquatiris « Jardi-assainissement » FV pour les habitations avec toilettes sèches.

Il s’agit de mettre en place un seul le filtre à écoulement vertical avec 2 lits.

Jardin d'assainissement pour les habitations avec toilettes sèches {PNG}

Le système double filtre vertical (procédé SEIDEL)

Ces installations sont destinées aux installations plus importantes, de plus de 20 EH ; elles sont composées de deux filtres verticaux avec chacun deux lits alimentés une semaine sur deux.

Le rôle du végétal

Le rôle du végétal pour la phytoépurationAu-delà de l’aspect esthétique et du rôle mécanique primordial qu’elles jouent, les macrophytes contribuent également indirectement à la dégradation de la matière organique des effluents bruts.

Tout d’abord, la croissance des racines et des rhizomes permet de maintenir ou de réguler la conductivité hydraulique initiale en ameublissant la couche de surface, réduisant ainsi les risques de colmatage des filtres. De petites quantités d’oxygène sont captées par les parties aériennes des plantes et rejetées par les radicelles (les plus petites subdivisions des racines). Dans les deux filtres, ces apports sont faibles. Néanmoins, s’ils sont négligeables dans le filtre à écoulement vertical face à la quantité d’oxygène apportée par diffusion avec l’atmosphère, ils constituent dans le filtre à écoulement horizontal, la principale source d’oxygène permettant la création et le maintien de conditions aérobies localisées.

De plus, le développement racinaire accroit la surface de fixation pour les microorganismes et pour des réactions de précipitation et d’absorption des minéraux : la surface active augmente et donc par conséquent les réactions biochimiques et les échanges entre la plante, les microorganismes et le substrat sont plus nombreux. A ceci s’ajoute une stimulation de l’activité, voire une augmentation de la densité et de la diversité des microorganismes impliqués dans les processus épuratoires : l’effet rhizosphère. Il semblerait en effet que les tissus racinaires et leurs exsudats (liquides sécrétés par les racines des végétaux, constitués d’eau, de sels minéraux, d’acides organiques, d’acides aminés, de vitamines et d’enzymes) forment une niche écologique favorable au développement de ces microorganismes.

La couverture foliaire des plantes préserve la surface des filtres de la dessiccation en été et procure un ombrage aux bactéries qui s’y développent. En hiver, elles atténuent les effets des températures négatives. On peut donc dire que la couverture foliaire est à l’origine d’un microclimat tempéré, qui profite aux êtres vivants présents (bactéries, protozoaires et invertébrés).

A tout ceci s’ajoute le métabolisme des plantes en lui-même : il ne faut pas oublier en effet que les plantes sont capables d’assimiler une partie de la matière azotée et phosphorée minérale, sous forme de nutriments. Dans le filtre à écoulement vertical, ce phénomène est négligeable (au regard du faible temps de séjour des effluents) car il concerne moins d’un pourcent de la charge de phosphore entrante (et seulement 2% pour l’azote). En revanche dans les filtres horizontaux, les surfaces mises en jeu conduisent à des prélèvements pouvant être raisonnablement pris en compte dans les bilans : autour de 5% pour l’azote et 4% pour le phosphore.

En résumé, il ne faut pas négliger le rôle joué par les macrophytes dans les processus épuratoires. A la fois par leur action mécanique et par la création d’un habitat favorable à l’installation et au développement des microorganismes « épurateurs », les plantes contribuent au bon fonctionnement de l’épuration des effluents.

Les rendements épuratoires

L’arrêté du 7 septembre 2009, applicables aux installations d’assainissement non collectifs et individuels (c’est-à-dire recevant une charge brute de pollution organique inférieure ou égale à 1,2 kg/j de DBO5), fixe les normes de rejets des effluents traités en terme de pollution organique physique et carbonée. La pollution carbonée oxydable est estimée par la DBO5 (Demande Biologique en Oxygène dissous pendant 5 jours). Ce paramètre représente la quantité d’oxygène libre dissous dans l’effluent, consommé par les bactéries aérobies pour oxyder ou minéraliser la matière organique biodégradable sur 5 jours. En sortie d’un dispositif d’ANC, la concentration en DBO5 dans l’effluent traité doit être inférieure à 35 mg/L.

La pollution particulaire (ou pollution physique) est représentée par la concentration en MES (Matières En Suspension). Les MES sont des particules de matière organique (70%) ou minérale (30%), non décantées et qui reste donc en suspension dans l’effluent. Elles freinent la pénétration de la lumière, ce qui perturbe le déroulement des réactions photosynthétiques et désorganise par conséquent le reste du réseau trophique. De plus, une faible concentration en MES en sortie d’effluent indique une filtration efficace et un traitement (partiel) des bactéries pathogènes (fécales). Dans tous les cas, celle-ci ne doit pas être supérieure à 30 mg/L.

Quelques soient les conditions d’exploitation du système d’épuration, les concentrations en MES et DBO5 de l’effluent traité en sortie du système « Jardi-assainissement » sont très largement inférieures aux valeurs seuils admissibles fixées par l’arrêté du 7 septembre 2009. En conditions normales, les valeurs observées sont : [MES] = 6 mg/L et [DBO5] = 6,5 mg/L, soit très largement inférieures aux valeurs autorisées [MES] = 30 mg/L et [DBO5] = 35 mg/L. De plus, même dans des conditions difficiles d’exploitation (sous-charge, surcharge, arrêt et redémarrage et stress de non-occupation (alternance de jours d’arrêt et de redémarrage)), les valeurs ne montent jamais au-delà de 16 mg/L pour les MES et 11 mg/L pour la DBO5. L’abattement global ne descend jamais en-dessous de 91%. Nous pouvons donc en conclure que les taux d’abattements en termes de pollutions carbonée et particulaire sont très bons.

Concernant l’abattement de l’azote et du phosphore, en l’état actuel, le traitement des eaux par phyto-épuration ne permet pas la maîtrise de la dénitrification ni de la déphosphatation.

En raison des conditions aérobies qui y règnent, la nitrification est élevée dans le filtre vertical (77% en moyenne). Elle est en revanche très limitée dans le filtre horizontal (7%) où les faibles concentrations en oxygène ne permettent pas ces réactions. Toutefois ces rendements sont dépendants de la température : en-dessous d’une température de l’eau de 8°C, la nitrification est fortement ralentie.

Quant-aux réactions de dénitrification, celles-ci sont limitées car elles sont fonction des conditions d’anoxie (absence d’oxygène), de la présencede matière organique facilement assimilable et du temps de séjour dans le filtre. Par conséquent, la dénitrification est quasiment nulle dans le filtre vertical (présence d’oxygène et temps de séjour court) et médiocre dans le filtre horizontal (40% en moyenne).

L’élimination du phosphore dans les filtres de phyto-épuration est faible (30%). En effet, l’absorption par les plantes ne représente que 10% (au maximum) du phosphore total et l’utilisation d’un support minéral siliceux limite fortement les phénomènes d’adsorption. De plus lorsque toutes les surfaces d’adsorption du support minéral sont saturées, l’abattement du phosphore devient presque nul et peut même conduire au relargage des phosphates piégés en cas de surcharge hydraulique (lessivage des filtres).

La réduction de la pollution bactériologique est correcte puisque l’on peut espérer un abattement en germes de contamination fécale (E. coli principalement) de 1 à 3 unités logarithmiques. De plus, des expériences récemment menées (notamment en Californie) ont prouvé l’efficacité de suppression des virus dans les filtres plantés de macrophytes.

Résulatats des analyses {JPEG}

Coût et entretien

L'entretien du système d'assainissementLes coûts d’installation d’un dispositif de phyto-épuration peuvent varier suivant les caractéristiques (et les contraintes) du terrain où il sera implanté, le coût local des matériaux nécessaires, les finitions choisies et le mode de construction (par un installateur agréé ou en auto-construction assistée). Néanmoins, à titre indicatif, nous retiendrons les coûts estimatifs suivants :

  • Terrassement et main d’oeuvre : 3 250 € HT
  • Fournitures et matériaux (granulats, géomembrane, géotextile, canalisations, regards, répartiteurs, vannes…) : 4 750 € HT

A ceci, il faut ajouter les frais d’étude et de dimensionnement réalisés par le bureau d’étude.
Le coût total d’installation d’un système de phyto-épuration est donc de l’ordre de 9 000 €.
Conçu pour fonctionner sur une durée supérieure à 20 ans, ce système de phyto-épuration ne nécessite normalement pas de renouvellement du matériel et des matériaux (sauf dysfonctionnements). En revanche, un entretien suivi et régulier de la part de l’usager est nécessaire. Les tâches de maintenance sont simples et essentiellement d’ordre « paysager ». Nous pouvons les résumer comme suit :

  • Alternance hebdomadaire de l’alimentation des lits du filtre vertical
  • Désherbage (manuel) annuel
  • Faucardage annuel (coupe des parties aériennes des roseaux au début du printemps)
  • Curage pluriannuel du filtre vertical
  • Entretien des plantes du filtre horizontal (coupe, éclaircissement…) et de la zone d’infiltration

Si l’usager réalise ces tâches lui-même, il n’y a pas de frais d’entretien à prévoir.

Sur 15 ans, notre système devient l’un des moins chers. Vous pouvez lire à ce sujet, le tableau suivant :

PDF - 699.7 ko
Comparatif du coût des différents systèmes d’assainissement - PDF

Avantages

Agréé par les ministères de l’écologie et de la santé, c’est un système efficace et naturel qui répond à une démarche écologique : des produits de provenance locale, un bureau d’études et un installateur de proximité, pas de production de boues polluantes. En effet, sans fosse, le seul produit de cet assainissement est un compost réutilisable dans le jardin.

Sans eau affleurante, il ne dégage pas d’odeur et n’attire pas les moustiques.

Il est simple dans son fonctionnement et facile d’entretien : un simple faucardage annuel.

il saura s’intégrer pleinement dans votre aménagement paysager. Il est performant en toute saison et sur tout terrain et de façon durable : durée de vie d’au moins 40 ans ! La durée de vie est d'au moins 40 ans !

Aides financières

Pour la réhabilitation d’un ancien système par un système de phytoépuration, les propriétaires qui font procéder aux travaux de réalisation ou de réhabilitation par des entreprises privées peuvent bénéficier :

  • des aides distribuées par l’Agence Nationale pour l’Amélioration de l’Habitat (ANAH), dès lors qu’ils en remplissent les conditions d’attribution ;
  • du taux réduit de TVA (10 %) sous condition ;
  • Suivant le contexte local, des aides de l’Agence de l’eau Loire Bretagne iciou Rhône Méditerranée Corse ici. Elles pourront être soumises au respect de certaines conditions ;
  • de prêt auprès de la Caisse d’Allocation Familiale ou d’une caisse de retraite ;
  • de l’éco-prêt à taux zéro (Eco-PTZ), jusqu’au 31 décembre 2014, dans la limite de 10 000€ pour la réhabilitation de votre installation d’assainissement non collectif. La durée de remboursement de l’éco-prêt est de 10 ans. La phytoépuration étant un système non consommateur d’énergie, une installation de phytoépuration y est soumise.