Tutoriel - Phytoépuration
Traiter les eaux grises par les plantes
Difficulté : Moyenne
Durée : 2 jours
Coût : max. 50€
Sommaire :
1) Introduction
2) Matériel
3) Fonctionnement
4) Montage
5) Notice et conseils d'utilisation
6) Entretien
7) Notes et références
Introduction :
Dans de nombreux pays en voie de développement, la problématique de l'accès à l'eau et de son assainissement est un enjeu majeur. N'étant que très rarement raccordés au réseau de distribution, les populations locales ont l'obligation d'effectuer de longues et pénibles marches afin de s'approvisionner en eau à une borne fontaine (ou à une source). De plus, ces bornes doivent desservir une très grande part de la population, ce qui à pour conséquence une perte de temps énorme en plus de tout le reste ! Enfin, ce système est évidement payant, et représente un coût relativement élevé pour les familles (ex: 0,10€/25l en République Démocratique du Congo). L'eau ainsi récupérée, et ramenée au village est stockée dans des bidons à l'intérieur des habitations en attendant d'être utilisée pour les tâches ménagères (cuisine, lessive, vaisselle, douche,...). Une fois cela fait, ces eaux chargées en polluants (savon, huile, déchets organiques, métaux,...) sont rejetées à même le sol autours des habitations. Cela à pour conséquence une pollution des sols et des nappes phréatiques, d'où l'importance d'agir au plus vite.
Le projet pourrait convenir à de nombreux pays en zone tropicale humide ou équatoriale, favorable au développement des plantes et limitant l'évapotranspiration.
La solution que nous proposons pour répondre à cette problématique a été pensée pour la République Démocratique du Congo. Ce pays d'Afrique centrale a la caractéristique de disposer d'eau en abondance, mais elle est extrêmement polluée, et difficilement utilisable. Ainsi moins de 25% de la population a accès à des sources d'eau améliorées en zone rurale, cela a pour conséquence que le pays est extrêmement touché par les maladies infectieuses liées aux eaux non traitées (Diarrhées...).
Le projet pourrait convenir à de nombreux pays en zone tropicale humide ou équatoriale, favorable au développement des plantes et limitant l'évapotranspiration.
La solution que nous proposons pour répondre à cette problématique a été pensée pour la République Démocratique du Congo. Ce pays d'Afrique centrale a la caractéristique de disposer d'eau en abondance, mais elle est extrêmement polluée, et difficilement utilisable. Ainsi moins de 25% de la population a accès à des sources d'eau améliorées en zone rurale, cela a pour conséquence que le pays est extrêmement touché par les maladies infectieuses liées aux eaux non traitées (Diarrhées...).
Matériel :
Liste des matériaux :
- 2 fûts (Métal/PVC) 220l
- 1 bâche en plastique imperméable (2,50m x 1,00m)
- Des briques de terre crue (approx. 70, dimension 30x10x10)
- Pierres (20/31mm; 0,28m³)
- Pouzzolane / Céramique concassée (16/22mm; 0,28m³)
- Petits cailloux / Billes d'argile (4/10mm; 0,28m³)
- Plantes aquatiques (9 pieds maximum)
- 20 cm de tube en PVC diam. 50mm
- 2 coudes en PVC diam. 50mm (45°; 90°)
- Un tube de colle étanche
*Afin de réduire les prix au maximum, cette liste résulte de nos recherches des matériaux de récupération disponibles sur place.
- Meuleuse d'angle (découpe métal et plastique)
Fonctionnement :
Le projet fonctionne selon 3 grands principes : physique, qui permet à l'eau de s'écouler et de suivre son cours pour être purifiée et réutilisée ; biologique, qui fonctionne grâce à des bactéries et aux mécanisme de l'assainissement ; et chimique, qui participe à l'assainissement grâce aux réactions qui ont lieu dans le substrat composé de granulat.
Le fonctionnement physique : l'écoulement de l'eau
Le système est composé de 2 filtres superposés à travers lesquels l'eau agit de manière différente.
Le premier filtre, situé sur le dessus, est le "filtre vertical". Il est composé de 3 couches de substrat différents (fin, moyen, gros) à travers lesquelles l'eau percole de manière rapide (< 5min.). Lorsqu'elle atteint le fond du filtre, elle s'écoule naturellement à l'extrémité du second filtre, situé juste en dessous.
Le second filtre, est le "filtre horizontal". C'est un système de filtration lent ou l'eau doit stagner durant +/- 1 journée, et quoi doit toujours être rempli. Il fonctionne selon un principe de d'évacuation par débordement situé à l'extrémité opposée du fut. Lorsque l'on ajoute de l'eau contaminée dans le système celle-ci vient chasser l'eau purifiée, et l'évacue à l'extérieur du projet par un effet de vases communicants. Pour que ce phénomène fonctionne, il est nécessaire que le tube d'évacuation soir situé plus bas que les haut du filtre.
Le fonctionnement biologique : l'épuration de l'eau I
Le système est composé de 2 filtres superposés à travers lesquels l'eau agit de manière différente.
Le premier filtre, situé sur le dessus, est le "filtre vertical". Il est composé de 3 couches de substrat différents (fin, moyen, gros) à travers lesquelles l'eau percole de manière rapide (< 5min.). Lorsqu'elle atteint le fond du filtre, elle s'écoule naturellement à l'extrémité du second filtre, situé juste en dessous.
Le second filtre, est le "filtre horizontal". C'est un système de filtration lent ou l'eau doit stagner durant +/- 1 journée, et quoi doit toujours être rempli. Il fonctionne selon un principe de d'évacuation par débordement situé à l'extrémité opposée du fut. Lorsque l'on ajoute de l'eau contaminée dans le système celle-ci vient chasser l'eau purifiée, et l'évacue à l'extérieur du projet par un effet de vases communicants. Pour que ce phénomène fonctionne, il est nécessaire que le tube d'évacuation soir situé plus bas que les haut du filtre.
Le fonctionnement biologique : l'épuration de l'eau I
Comme énoncé plus haut, les 2 filtres sont de natures différentes et n'ont donc pas les mêmes effets biologiques.
Le filtre vertical, n'est jamais rempli d'eau, elle ne fait que le traverser. Il fonctionne donc dans un milieu très aéré dans lequel se développent des bactéries aérobies.
Au contraire, le filtre horizontal, est constamment immergé, et fonctionne grâce à des bactéries anaérobies.
Dans les deux cas, elles vont trouver refuge au sein du système racinaire des plantes situées dans chaque filtre. Les bactéries permettent ainsi de décomposer et de consommer de nombreux polluants de l'eau, carbonés et azotés, nécessaire à leur développement.
Le filtre vertical, n'est jamais rempli d'eau, elle ne fait que le traverser. Il fonctionne donc dans un milieu très aéré dans lequel se développent des bactéries aérobies.
Au contraire, le filtre horizontal, est constamment immergé, et fonctionne grâce à des bactéries anaérobies.
Dans les deux cas, elles vont trouver refuge au sein du système racinaire des plantes situées dans chaque filtre. Les bactéries permettent ainsi de décomposer et de consommer de nombreux polluants de l'eau, carbonés et azotés, nécessaire à leur développement.
Le fonctionnement chimique : l'épuration de l'eau II
La surface poreuse des différents granulats présents dans chaque filtre va engendres un phénomène connu en chimie sous le nom d'adsorption, c'est à dire, la capacité d'une surface solide à capter différentes molécules. Dans ce cas, l'adsorption joue un rôle important dans l'assainissement de l'eau contaminée par des matières organiques ou des métaux lourds
La surface poreuse des différents granulats présents dans chaque filtre va engendres un phénomène connu en chimie sous le nom d'adsorption, c'est à dire, la capacité d'une surface solide à capter différentes molécules. Dans ce cas, l'adsorption joue un rôle important dans l'assainissement de l'eau contaminée par des matières organiques ou des métaux lourds
Montage :
Etape n°1 : S'approvisionner en matériel
La construction du système d'assainissement ne nécessite pas beaucoup de matériel. Cependant son prix peut tout de même considérablement varier selon que l'on réussit à trouver des matériaux de récupération sur place ou non.
- Les bidons de 220l sont assez faciles à trouver dans les déchèteries, mais dans le cas contraire il faut débourser +/- 50€.
- Les tuyaux et coudes en PVC peuvent être achetés pour moins de 5€, et partagés entre plusieurs familles car ils sont généralement vendus au mètre. (Attention à bien vérifier le diamètre des tuyaux et qu'ils s'emboitent bien avec les coudes)
- La structure du projet peut être fabriquée à partir de briques de terre crue qui sont des matériaux locaux, économiques et qui nécessitent peu de qualification (ou autre matériaux selon contexte).
- Il existe de nombreuses variétés de plantes aquatiques en Afrique qui peuvent s'adapter au projet. Selon le lieu d'implantation du projet, elles pourront éventuellement être récupérés aux abords de rivières, fleuves... Sinon elles peuvent être acheté pour +/- 25€ (9 pieds)
- Les différents substrats peuvent également être ramassés par terre, dans les cours d'eau...(selon le contexte). Il suffit de trouver des pierres poreuses et non calcaires de différentes tailles, et des morceaux de céramique concassée peuvent remplacer le pouzzolane.
En réussissant à trouver les matériaux de récupération, le projet peut ne s'élever qu'à une dizaine d'euros.
Etape n°2 : Maçonner la structure en brique
Les artisans locaux ayant une connaissance des matériaux peuvent apporter une certaine aide dans cette étape de maçonnerie.
La structure permet aux fûts d'être disposés l'un au dessus de l'autre, d'améliorer la stabilité et de faciliter l'accès au filtre à écoulement vertical dans lequel on déverse les eaux usées.Dans ce cas il a été designé avec des briques de terre crue de 30x10x10cm. (Il pourrait s'adapter différemment en fonction des briques à disposition)
Il est préférable d'installer le projet le long de la façade nord de l'habitation, ou dans une zone ombragée pour limiter l'évapotranspiration.
- Maçonner la structure suivant le plan ci-joint, en pensant bien à alterner le sens des briques selon les couches.
- Laisser sécher 24h.
Etape n°3 : Découper les fûts
Remarque : c'est l'étape la plus délicate.Il est conseillé d'utiliser une meuleuse pour découper les fûts métalliques, mais en fonction du matériel nécessaire, cette étape pourra être réalisée avec une scie à métaux ou une scie sauteuse.
Fut n°1 :
- Couper la partie inférieure du fut sur tout son diamètre (voir schéma) (Attention! C'est la partie qui ne contient PAS les bouchons!). Cela permettra de le remplir de gravats et de planter les plantes par la suite.
- Retourner le fût, bouchon vers le bas, afin de profiter du bouchon pour évacuer l'eau dans le deuxième filtre.
Fut n°2 :
- Reproduire la même étape que précédemment afin de retirer la partie inférieure du fût
- Couper le fût en 2 dans le sens de la hauteur. (Attention ! Veillez à ne pas couper trop près des bouchons car ils serviront pour l'évacuation des eaux).
- Placer les 2 demis-fûts bout à bout, avec les parties creuses au centre, comme sur le schéma, afin de former un sorte d'auge.
Etape n°4 : Assembler et placer le tube en PVC
Les tubes de PVC ont comme rôle d'évacuer l'eau assainie.
Il est conseillé d'utiliser un coude à 45°, un autre à 90° ainsi qu'un morceau droit de approximativement 20cm pour réaliser l'évacuation.Attention! Il s'agit d'une étape simple mais qui doit être bien accomplie afin de garantir l'étanchéité du système.
- Couper un morceau +/-20cm de tube droit.
- Appliquer de la colle étanche à l'intérieur des 2 coudes.
- Placer le coude à 45° à une extrémité du tube droit et le coude à 90° à l'autre extrémité, en faisant attention de les orienter comme sur le schéma ci-contre.
- Afin de garantir une bonne étanchéité sur le long terme, il est conseillé de rajouter un peu de colle au niveau des liaisons coude/tube à l'extérieur
- Laisser sécher 24h.
- Assembler les tubes d'évacuation en PVC au fût du filtre horizontal. Pour cela, encoller l'extrémité du coude à 45° et la placer dans le goulot d'évacuation du fût.
- Ne pas hésiter à abuser de la colle, autour du coude de part et d'autre du fût, afin de garantir une bonne étanchéité sur le long terme.
- Laisser sécher 24h.
- Attention! Il est conseillé de faire des tests d'étanchéité avant d'aller plus loin. Une fuite sera beaucoup plus compliquée à réparer une fois le bac rempli.
Etape n°5 : Placer les fûts vides sur la structure en briques
- Placer les fûts vides sur la structure en brique, une fois remplis, ils seront difficilement déplaçables.
- Veillez à ce que l'évacuation du filtre verticale se trouve bien au dessus du filtre horizontale, que l'ensemble soit stable et conforme au schéma ci-joint.
- Recouvrir le filtre horizontal avec la bâche en plastique afin d'éviter des pertes d'eau entre les deux parties du fûts.
Etape n°6 : Remplir les fûts avec les granulats
Comme précisé dans l'étape n°1, les différents cailloux peuvent être achetés ou ramassés sur place. Dans les deux cas, il est conseillé de les rincer abondamment (dans la rivière par exemple), avant de les utiliser pour remplir les fûts. Cela permettra au système de fonctionner plus rapidement.
Fût n°1 :
Le filtre vertical est constitué de 3 couches horizontales superposées. Veillez à respecter l'ordre suivant et à bien vous référer au schéma, le substrat le plus fin doit se situer en haut du bac.
Fût n°1 :
Le filtre vertical est constitué de 3 couches horizontales superposées. Veillez à respecter l'ordre suivant et à bien vous référer au schéma, le substrat le plus fin doit se situer en haut du bac.
- Déverser dans le premier 1/3, au fond du fût (bouchon en bas, et orienté au dessus du filtre horizontal!), les cailloux les plus grands dont vous disposez (+/-20/31mm).
- Remplir le deuxième tiers avec les cailloux ou la céramique concassée de taille moyenne (+/-16/22mm).
- Couvrir le dernier 1/3 avec des petites billes d'argile, ou de petits cailloux (+/- 4/10mm).
Fût n°2 :
Le filtre horizontal est constitué de 3 épaisseurs verticales de substrat. Veillez à respecter l'ordre suivant, et à bien vous référer au schéma, le substrat le plus fin doit se situer vers l'évacuation en bout de circuit.
- Dans le premier 1/3 situé sous l'évacuation du filtre vertical, remplissez le bac de gros cailloux (+/-20/31mm).
- Dans le second 2/3, juste à coté, placer des morceaux moyens de céramique concassée ou de pouzzolane (+/-16/22mm).
- Enfin dans le dernier 1/3, situé du coté des tubes en PVC, remplissez le filtre de petites billes d'argile ou de petits cailloux (+/- 4/10mm).
Si vous faites des recherches complémentaires sur la phytoépuration, vous remarquerez que selon les constructeurs, vous trouverez de nombreuses variantes quant au choix du substrat dans les différents filtres. Ici le choix à été de réduire au maximum le nombre de matériaux différents et de simplifier le projet, afin de le rendre adaptable à de nombreux contextes. Il est toutefois intéressant de noter que des matériaux comme la pouzzolane ou de l'argile, sont très efficaces et favorables pour leur capacité de filtration et d'adsorption qui rendent le système plus performant.
Etape n°7 : Planter les plantes
C'est probablement l'étape, la plus simple mais il faut tout de même être attentif au choix des plantes, et à la manière de les planter.
- Remarque : Veillez à bien vous munir de plantes aquatiques !
- Attention à bien répartir les plantes dans les bacs et à ne pas excéder 1 pied tous les 30cm, car elles ont besoin d'espace pour le développement de leur système racinaire, et que certaines variétés sont parfois un peu envahissantes
- Creuser des trous dans l'épaisseur du granulat pour y planter les plantes. (Attention ! Veillez à ce que l'intégralité du pied soit recouvert de cailloux, et à enfoncer les plantes suffisamment profondément).
Diverses plantes peuvent être utilisée pour que le système soit efficace.
Il est conseillé si vous le pouvez, en fonction de votre position géographique, d'utiliser les variétés suivantes dont nous pouvons garantir l'efficacité : massette, scirpe, jonc, iris, acore, laîche, menthe aquatique, phragmite...
Mais il existe bien d'autres plantes épuratrices à travers le globe.
Notice et conseils d'utilisation :
Une fois le low-tech en place, il faut attendre +/-5 semaines pour le considérer comme efficace. Les plantes ont besoin de temps pour s'adapter à leur nouveau milieu, et les bactéries nécessitent un certain temps afin de se développer et d'être efficaces.
Il est tout de même nécessaire d'utiliser le système pendant cette période, en y versant +/- 100l d'eau par jour, afin de supprimer les dernières poussières présentes autours des granulats et d'améliorer la turbidité de l'eau.
Il est tout de même nécessaire d'utiliser le système pendant cette période, en y versant +/- 100l d'eau par jour, afin de supprimer les dernières poussières présentes autours des granulats et d'améliorer la turbidité de l'eau.
L'utilisation est relativement simple.
Les bidons contenant des eaux usées (vaisselle, cuisine, douche, lessive,...) doivent être déversés directement dans le premier bac, qui est le filtre à écoulement vertical. Cette première filtration rapide (moins de 5min.) doit ensuite s'écouler dans le second fût, le filtre à écoulement horizontal.
Le filtre horizontal déjà saturé en eau, s'évacue ensuite par débordement dans des bidons propres situés sous le tuyau d'évacuation en PVC. Ainsi, l'eau qui sort par le tuyau en PVC est épurée, et peut être réutilisée, pour les taches ménagères, sans avoir besoin de marcher pendant des heures pour s'approvisionner en eau.
Pour résumer, les seuls gestes à assurer par l'Homme sont le versement des eaux usées dans le premier bac, et la récupération de l'eau assainie dans un second bidon en fin de circuit.
Les bidons contenant des eaux usées (vaisselle, cuisine, douche, lessive,...) doivent être déversés directement dans le premier bac, qui est le filtre à écoulement vertical. Cette première filtration rapide (moins de 5min.) doit ensuite s'écouler dans le second fût, le filtre à écoulement horizontal.
Le filtre horizontal déjà saturé en eau, s'évacue ensuite par débordement dans des bidons propres situés sous le tuyau d'évacuation en PVC. Ainsi, l'eau qui sort par le tuyau en PVC est épurée, et peut être réutilisée, pour les taches ménagères, sans avoir besoin de marcher pendant des heures pour s'approvisionner en eau.
Pour résumer, les seuls gestes à assurer par l'Homme sont le versement des eaux usées dans le premier bac, et la récupération de l'eau assainie dans un second bidon en fin de circuit.
Voici quelques conseils provenant de notre expérience personnelle et de nos recherches :
- Placer le système le long de la façade nord d'une habitation va permettre d'avoir un éclairage suffisant et réduire les pertes due à l'évaporation.
- Veillez à garder dans le second bac un niveau de substrat plus haut que le niveau d'eau, cela permet d'empêcher la prolifération des moustiques.
- Pour réduire au maximum les pertes due à l'évaporation, il est possible de placer une bâche en plastique sur le substrat du filtre horizontal. Veillez toutefois à laisser des ouvertures pour que les plantes puissent s'épanouir. Selon nos études cela peut permettre de réduire de moitié les pertes par évaporation.
- Il est possible que les eaux usées rejetées dans le système contiennent des savons, graisses..., Cependant, il est déconseillé d'injecter des eaux contaminées par des produits chimiques corrosif comme la Javel. En très faible quantité, ils n'affecteront pas les plantes, mais sur le long terme cela risquerait de détruire les bactéries ou de faire mourir les plantes.
- Afin d'être en accord avec le cycle naturel des plantes, nous conseillons de vous lancer dans l'aventure au printemps !
- Les plantes se développent et nécessitent un certain espace. Veillez à respecter un nombre de 6 pieds de plantes par m², pour garantir l'efficacité du système, et le développement correct des plantes.
- Ne pas jeter les eaux noires (vannes) dans le système. Il n'est pas fait pour cela (trop petite taille, odeur, maladies,...)
- Ne pas jeter les les eaux de ruissellement (toitures) dans le système. Il n'est pas fait pour cela, cela risquerait de détruire le système de bactéries et de créer des réactions chimiques non favorable à l'épuration de l'eau.
Entretien :
Seules les plantes ont besoin un coup d'œil régulier afin de vérifier qu'elles se développent bien. Les parties de plantes qui brunissent peuvent ainsi être retirées, afin de favoriser le développement du reste de la plante.
Une fois par an, il peut être nécessaire de prendre un peu de temps pour nettoyer, couper, désherber plus en profondeur. Certaines plantes se développent plus vite que d'autres, ainsi, afin de garder un certain équilibre dans vos bacs, il est possible de bouturer les plus grosses plantes. Cela permet également de réduire le frais si vous souhaitez fabriquer un nouveau device.
En utilisant le low-tech, une couche se formera à sa surface au fil des utilisations, bien que non néfaste pour l'installation, vous pouvez la retirer. Si la tâche est effectuée une fois par an, la couche de déchets à retirer sera équivalente à 1 cm d'épaisseur. Cette couche composée de déchets organiques peut être réutilisée autre part comme compost par exemple, elle formera un excellent engrais pour vos plantes !
