Phytoépuration

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Coupe d'un bassin de filtre planté de macrophyte à écoulement horizontal

Schéma de principe d'un filtre planté à écoulement vertical compartimenté avec typhas plantés sur sable filtrant

La phytoépuration est un système de traitement des eaux utilisant des plantes macrophytes, des substrats et des microorganismes au sein d'une zone humide artificielle nommée "constructed wetland" en anglais. Les systèmes de phytoépuration peuvent être composés d'un ou plusieurs filtres plantés.

Les différents systèmes

Lagunage

Article détaillé : Lagunage.

Le lagunage est une technique consistant à reproduire l’écosystème d’une zone humide. Les intérêts sont multiples, puisqu'en plus d’épurer l’eau, ce système offre à la faune sauvage un abri, constituant alors un véritable oasis de biodiversité. Toutefois le lagunage n'est pas la meilleure solution de phytoépuration afin d'obtenir une qualité d'eau convenable.

Filtres plantés de macrophytes

À la différence de la lagune à macrophytes, le filtre planté met en œuvre un média filtrant (sables gravillons, graviers). Deux catégories de filtres existent : le filtre à écoulement vertical et le filtre à écoulement horizontal.

Filtres à écoulement vertical

L'eau est répartie à la surface du filtre et percole dans le massif filtrant. Il n'y a donc pas de phénomène de stagnation d'eau ou de photosynthèse mise en jeu, contrairement à une lagune.

L'activité microbienne est fortement mise en jeu. Les plantes privilégiées pour ce genre de filtre sont généralement des plantes aquatiques à fort pouvoir racinaire (iris, massettes), leur rhizosphère favorisent la circulation de l'air lors des périodes d'assec et permettent de maintenir dans le temps la conductivité hydraulique du massif filtrant (décolmatage). Ceci intensifie donc l'activité bactérienne. Les matières organiques retenues en surface s'humidifient et se minéralisent.

La flore bactérienne mise en jeu dans ce filtre est donc une flore de type aérobie hétérotrophe, qui se fixe sur le milieu.

Filtres à écoulement horizontal

Le filtre à écoulement horizontal a un écoulement similaire à celui d'une lagune, puisqu'un niveau d'eau est maintenu dans le bassin, et que l'eau en excès sort du bassin par un système de trop-plein. Toutefois, le bassin contient également un média filtrant (sables et graviers), et le niveau d'eau est inférieur au niveau de la couche de sable. Aucun phénomène de photosynthèse n'a lieu dans ce filtre. La flore bactérienne se fixe sur le milieu granulaire, et des phénomènes d'anoxie sont mis en jeu, ce qui peut favoriser une dénitrification partielle si ce filtre est mis en œuvre après un filtre à écoulement vertical. De plus, une diminution des phosphore, des médicaments et des hormones est possible.

Autres systèmes

Par extension, le terme phyto-épuration peut également désigner d'autres systèmes tels que les bosquets épurateurs ou zones tampons boisées. Il s'agit ici de faire ruisseler l'eau au travers des racines de plantations d'arbres à même le sol, éventuellement des saules traités en taillis coupés en courte rotation (Taillis à courte rotation).

D'autres types de traitement comme des bambouseraies sont également recherchés. La rhizosphère du bambou offre les mêmes capacités que celle des plantes aquatiques en matière d'oxygénation et de décolmatage du substrat. Le bambou a également une capacité d'absorption des micro-polluants bien plus importante que pour celle des plantes aquatiques.

Principes physiques, chimiques et biologiques

Les eaux usées qu’elles soient d’origine domestique ou industrielle, peuvent contenir de nombreux pathogènes, molécules biodégradables et polluants chimiques : azote (sous ses nombreuses formes), phosphates, métaux lourds… Ces éléments peuvent être décomposés puis utilisés par la flore et la micro-faune de l’écosystème mis en place. Les racines des plantes émettent un peu d’oxygène, permettant ainsi le développement de micro-organismes aérobies. L’ensemble des micro-organismes aérobies et anaérobies permettra une dégradation optimale de la matière organique.

Plantes utilisées

Les plantes qui sont les plus souvent utilisés dans les filtres sont des plantes persistantes émergentes, telles que les scirpes (Scirpus, Eleocharis), laîches (carex), papyrus (Cyperus), joncs (Juncus), roseaux communs (Phragmites) et massettes (Typha).

Les iris peuvent être plantés en bordure et fournir des couleurs.

Pour le lagunage des piscines écologiques et filtre avec eaux en surface ayant une teneur élevée en matière organique, on utilise généralement les scirpes car ils tolèrent de haut niveau d'éléments nutritifs, se cultivent facilement mais ne sont pas envahissants.

Les massettes, quenouilles ou les roseaux ont été utilisés fréquemment en raison de leur grande tolérance pour de nombreux types d'eaux usées, mais ils ont l'inconvénient d'être envahissants, et leurs tubercules sont un des aliments préférés des rats musqués et des vers, ce qui peut les amener à proliférer là ou on ne le souhaite pas.

• L'ADEME considère que l'argument « plantes dépolluantes » n'est pas validé scientifiquement au regard des niveaux de pollution généralement rencontrés dans les habitations et des nouvelles connaissances scientifiques dans le domaine.

Bibliographie

• André Paulus, Le filtre planté de roseaux : ou le versant vert de l'épuration des eaux usées, du Rouergue
• (en) D. A. Hammer (éditeur), Constructed Wetlands for Wastewater Treatment : Municipal, Industrial, and Agricultural, Chelsea, Lewis Publishers,‎ 1989.