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Réutiliser des Eaux Usées Traitées en Irrigation, Quels bénéfices pour quelle durabilité ?

 

Il n’est plus nécessaire de rappeler à quel point les enjeux en termes de volumes et de qualité d'eau sont cruciaux, y compris dans des zones qu’on croyait à l’abri des pénuries.  Au niveau méditerranéen et plus largement au niveau mondial cela se traduit par un recours de plus en plus fréquent à des ressources dites non conventionnelles.Ces ressources dont la qualité est souvent médiocre présentent l’avantage d’être proches des lieux d’utilisation, disponibles en quantités importantes tout au long de l’année et riches en nutriments valorisable.

Qu’il s’agisse d’effluents domestiques plus ou moins traités ou d’effluents industriels, des quantités considérables d’eau pourraient être valorisées par des filières végétales (agriculture irriguée, espaces verts) au lieu de repartir dans le milieu sans valorisation, voire de contribuer à ladégradation de ces milieux.

Les difficultés de mise en œuvre de projets de Reuse (réutilisations d’eaux usées traitées=waste water reuse) sont d’abord dues aux multiples compétences requises pour en appréhender l’ensemble des contraintes.  Ces eaux peuvent présenter des dangers du fait de leur contenu. Ces dangers sont à pondéreren fonction de l’utilisation ou de la production prévue,et du mode de distribution de ces eaux.  Il peut s’agir d’une part de dangers pour la santé des personnes et des animaux par dissémination de pathogènes ou pour l’environnement par dispersion de certains polluants tels que les métaux lourds ou certaines molécules organiques complexes, d’autre part de dangers pour les cultures par contamination/dissémination de virus et autres pathogènes.  La connaissance de ces dangers permet ensuite de faire un calcul de risque pour les populations et l’environnement, calcul pour lequel les bases scientifiques manquent parfois.

En revanche, le passage par un milieu végétalavant utilisation peut être un atout par sa capacité à dégrader certaines pollutions organiques (dérivés de médicaments par exemple dégradés par les bactéries et champignons du sol), à exposer les pathogènes à l’influence du rayonnement solaire, voire reconcentrer certaines pollutions diffuses comme dans le cas de la phytorémédiation.

Les traitements des eaux sont aujourd’hui bien maîtrisés pour un rejet dans le milieu naturel, bien que des périodes de dysfonctionnement soient encore trop fréquemment observées, pour des raisons généralement externes à la station.  En conséquence les pratiques de Reuse doivent prendreen compte le contrôle des risques associés.  Cela conditionnela conception des installations (éviter les zones de fluide mortoù des redéveloppements bactériens sont possibles par exemple), la désinfection des eaux (traitement UV, filtration, lagunage…), les technologies de conditionnement de l’effluent traité (filtration à la parcelle, stockage), les techniques de distribution à la parcelle et leur maintenance, et bien sûr le suivi agronomiques des parcelles.

 

Le Reuse séduisant dans le principe est complexe à maîtriser:

 

On comprend donc que leReusefait appel à de multiples métiers eux-mêmes appuyés sur la maîtrise de différentes disciplines dont les acteurs sont peu habitués à travailler ensembles.Cependant quelques acteurs privés du monde de l’assainissement commencent à investir ce domaine en s’appuyant sur une compétence pluridisciplinaire et une approche intégrée de la gestion des eaux.Du côté des usagers, le monde agricole et des espaces verts urbains s’intéressent de plus en plus au sujet. De nombreux travaux de la FAO, de l’OMS,et de certains pays précurseurs (Californie, Australie, Israël) servent de référence à une approche intégrée, l’ISO dans le cadre du PC253 produit une série de normes sur le sujet qui serviront de référence internationale.  Cette norme porte le n°ISO TR 16075 et comprend 4 parties dont 3 sont déjà rédigées.  Il reste que la durabilité technologique, agronomique et environnementale n’est pas toujours atteinte, Irtsea et ses partenaires travaillent à l’améliorer.

 

Maitrise des impacts de la reuse et analyse des coûts et bénéfices

 

On comprend bien de ce qui précède, que les multiples interactions entre les différents compartiments du Reuse rendent les décisions difficiles et le calcul des coûts hasardeux.  Irstea en partenariat avec Ecofilae, un cabinet de conseil et de formation indépendant, travaille à répertorier l’ensemble des coûts directs et indirects pour en tirer une analyse de l’ensemble des bénéfices directs et indirects qu’on peut en tirer.  Cette analyse aussi exhaustive que possible est indispensable pour appuyer la décision de lancement d’un projet.  A la suite de ce travail un outil d’aide à la décision sera mis en ligne par Ecofilae permettant aux acteurs d’estimer la rentabilité économique attendue de leur projet sur les différentes scenarii étudiés et d’arbitrer en connaissance de cause.

 

Maîtrise des technologies d'irrigation par aspersion pour minimiser les dangers de création d’aérosols

 

Par ailleurs dans le cadre de divers projets de R&D et de recherche, Irstea tente de mieux cerner les conséquences du Reusepar aspersion.  Cette technique de distribution de l’eau sur une parcelle est bien souvent la seule utilisable dans des conditions économiques acceptable (golfs, parcs et jardins, fourrages, céréales).  Pour une pratique avec un bon niveau de sécurité il est nécessaire de connaitre les dangers potentiellement courus pour ensuite faire un calcul de risque.  Des expérimentations utilisant un asperseur de parcs et jardins (RainBird 5000+) ont été menées en conditions climatiques réelles.  L’eau utilisée a été additionnée d’un colorant alimentaire.  Ce colorant est détectable par fluorescence jusqu’à des seuils de concentration très faibles (<10µg/l).  On récolte l’eau distribuée dans la zone mouillée, proche de l’asperseur au moyen de pluviomètres.  Au-delà on récolte l’eau soumise au transport au moyen de boîtes de Pétri placées au sol et de fils PVC tendus en travers de la masse d’air et sous le vent de l’asperseur.Des pluviométries horaires inférieures à 1ml/m²/h (soit 0.001mm/h) ont ainsi pu être identifiées.  Par extension on peut quantifier la quantité d’eau sortant du périmètre mouillé ainsi que la distance de transport et donc estimer la dispersion potentielle d’un pathogène ou d’un polluant autour de la parcelle sous l’influence du vent.

Jusque-là nous avons travaillé avec l’arroseur cité plus haut à une pression de 3bar et avec une buse de 3mm.  Le débit délivré est de 600l/h jusqu’à une portée de 13m environ.  Les essais ont été mis en œuvre au Domaine du Merle (AgroSup Montpellier) à Salon de Provence.  Pour conserver des conditions de vent à peu près stables, 11 essais de 20 à 30 minutes ont pu être conduits en 2012.

Photo dispositif expérimental + Graphes transport mesuré

Ces premiers essais nous ont permis d’affiner la méthode de mesure qu’on va appliquer sur une gamme d’asperseurs et de pressions plus large.  En travaillant avec des concentrations en colorant plus élevées on pourra descendre à des durées d’essais de 5 à 10 minutes pour garantir la stabilité du vent.

 

Analyse des phénomènes en jeu dans le colmatage en micro-irrigation

 

En ce qui concerne la micro-irrigation, cette technique est la plus intéressante en termes de sécurité car elle permet de supprimer tout contact entre les opérateurs, le public et l’eau usée et de réduire ou supprimer tout contact avec le produit arrosé.  Cependant, le principe de fonctionnement sur lequel s’appuie cette technique, réduire la section du passage de l’eau pour générer de la perte de charge, la rend sensible aux différentes formes de colmatages.Ceux-ci prennent des formes variables suivant la qualité de l’eau réutilisée, soit par développement de biofilm bactérien, soit par dépôts de particules organiques (en particulier le biofilm lorsqu’il se détache), soit par précipitation des sels minéraux contenus dans l’eau.  La filtration en tête de parcelle et l’entretien des installations deviennent des points stratégiques de la conduite des installations.

Dans ce domaine, Irstea a mis en œuvre une série de tests en sortie de 2 stations d’épuration à boues activées.  L’effluent alimentait9 modèles de goutteurs des 3 principaux fabricants au monde.  Chacun avait fourni un modèle de gaine d’irrigation, un modèle de goutteur intégré, pour certains à compensation de pression et un modèle de goutteur rapporté.  Pour chaque modèle de goutteur nous avons suivi les prescriptions du constructeur en matière de filtration.  Après deux années en place et 250h environ de fonctionnement, il ressort que les gaines tolèrent mal l’utilisation avec des eaux usées même avec une filtration à 100µm telle que requise.  Les autres goutteurs se sont bien comportés dans l’ensemble, à condition de faire quelques opérations de purges des fins de lignes et de chloration une fois par mois environ.  Le principal enseignement tiré est qu’il faut avant tout se prémunir de toute amorce de colmatage.  Ce résultat ressort par ailleurs d’un travail de thèse qui a mis en évidence le lien entre la vitesse d’écoulement du fluide et le développement du biofilm bactérien dans des conditions proches de celles d’un réseau d’irrigation.  Pour pouvoir identifier une amorce de colmatage une observation fine des variations de pression est nécessaire (moins de 5%).

 

Conclusions et perspectives:

 

Les travaux et réflexions exposés ont servi à contribuer à l’amélioration de la règlementation Française en matière de Reuse, à la rédaction de la norme ISO 16075 (parties 1 à 3 à paraitre en 2014, la partie 4 ensuite).  Outre les précisions requises pour la règlementation, cela permet de mettre en évidence des points de recherche à éclaircir.  Ces points sont d’ailleurs valables à la fois pour réutiliser des eaux de mauvaises qualités et des eaux agricoles qui peuvent contenir particules en suspension et sels minéraux.  Les deux principaux sont la compréhension des comportements et transferts d’aérosols en aspersion, et des phénomènes de vieillissement des goutteurs de micro-irrigation.  Au-delà,ces études permettent d’aborder les enjeux de sécurité et d’efficacité des pratiques de fertigation et de chimigation.