Le Maroc est doté actuellement d'une importante infrastructure des eaux de surface réalisée grâce à la politique des barrages lancée dès les années soixante. Actuellement, 65 % de l'eau potable est produite à partir des ressources superficielles qui sont souvent affectées par l'eutrophisation qui se manifeste, en période estivale, par un développement considérable d'algues et qui s'associe à la stratification thermique des masses d'eau. Ces deux phénomènes rendent le traitement de potabilisation des eaux des retenues complexe et coûteux.
Pour réduire les effets de l’eutrophisation, l’Office National de l'Eau Potable (ONEP) a mené, entre 1979 et 1982, une étude approfondie dans la retenue du barrage Sidi Mohamed Ben Abdellah près de Rabat avec l'aide du Programme des Nations Unies pour le Développement, de l'Organisation Mondiale de la Santé et des organismes de recherche suédois et danois.
Cette étude, qui est la première dans des pays à climat aride, a abouti à plusieurs solutions pour combattre les conséquences de l'eutrophisation dont notamment :
- * L'optimisation du niveau de prise d’eau : il s'agit de choisir le niveau de prise où l'eau brute présente la meilleure qualité. Cette solution permet de réduire les coûts de traitement.
- * Les vidanges partielles automnales des eaux des couches profondes : cette action consiste à évacuer en automne une partie des eaux des couches profondes qui sont généralement riches en nutriments et en matières organiques et pauvres en oxygène dissous. Cette opération reste tributaire de l'importance de la pluviométrie.
- * La déstratification artificielle des eaux : cette opération consiste à injecter l'air dans la retenue au printemps et en automne. Elle permet de retarder l'apparition de l'établis-
| ZONE | Conséquences sur la qualité de l'eau brute | Conséquences sur le traitement de potabilisation |
|---|---|---|
| EPILIMNION |
– Augmentation de la biomasse – Apparition de fleurs d'eau – Diminution de transparence de l'eau – Coloration de l'eau – Augmentation du pH – Sursaturation en oxygène dissous – Augmentation des matières organiques non minéralisées |
→ Forte demande en chlore → Colmatage des filtres → Goûts et odeurs (traitement au charbon actif) → Diminution du pouvoir oxydant → Augmentation en réactifs pour diminuer le pH (risque de fuite de coagulant et refloculation dans le réseau) → Traitement au charbon actif |
| METALLIMNION |
– Apparition de l'hydrogène sulfuré – Déficit en oxygène dissous – Élévation du niveau moyen des nutriments |
→ Forte demande en chlore → Coloration de l'eau, goût et odeurs (surconsommation de réactifs : traitement de déferrisation et de démanganisation) |
| HYPOLIMNION |
– Apparition de l'hydrogène sulfuré, du fer et du manganèse – Augmentation des matières organiques non minéralisées |
→ Forte demande en chlore → Traitement au charbon actif |
Tableau 1 : Principales conséquences de l'eutrophisation sur la qualité de l'eau des retenues de barrages
sement de la stratification thermique au printemps et de provoquer le brassage précoce de la retenue en automne.
La solution biologique : cette solution consiste à introduire la carpe argentée de Chine consommatrice d’algues microscopiques. Ce choix a été opéré après essais sur d'autres espèces algivores. Elle est appliquée actuellement à huit retenues de barrage où des résultats très encourageants ont été obtenus. La production des alevins à introduire dans les retenues est assurée par des sociétés piscicoles nationales.
Au Maroc, pays à climat semi-aride, le développement des agglomérations urbaines, la pression démographique et la limitation des ressources en eau souterraines font que le pays a de plus en plus recours aux eaux superficielles pour satisfaire en quantité suffisante les besoins des populations en eau potable et industrielle.
La mobilisation de ces eaux superficielles est généralement assurée par la mise en œuvre de retenues de barrages. Ces dernières sont souvent affectées par le phénomène d'eutrophisation qui génère un certain nombre de problèmes de qualité que le producteur d'eau potable doit affronter. L'eutrophisation, qui est une réaction du milieu à un accroissement excessif en substances nutritives essentiellement l’azote et le phosphore, se manifeste par un développement considérable d’algues microscopiques, causant la détérioration de la qualité des eaux des retenues de barrages utilisées pour alimenter les stations de traitement de potabilisation.
En période estivale, l’établissement de la stratification thermique dans les lacs-réservoirs empêche le mélange des eaux de surface avec celles du fond, ce qui aggrave l'altération de la qualité de l'eau. En effet, la différence de densité des masses d'eau en liaison avec la température crée une zonation dans le plan d’eau en le divisant en trois compartiments : Epilimnion, Métalimnion et Hypolimnion.
Au niveau des consommateurs, l’apparition de mauvais goûts et odeurs dans l’eau traitée est sûrement la conséquence la mieux connue du phénomène d’eutrophisation. Un grand nombre d’algues favorisent l'apparition de saveurs diverses dans l'eau (saveur d’herbe, de poisson, voire odeur septique). La correction de la qualité organoleptique de l'eau exige le recours à des oxydants forts comme le charbon actif (produit fort coûteux).
Le tableau 1 ci-dessus résume les conséquences de l’eutrophisation sur la qualité de l'eau brute ainsi que sur le processus de traitement de potabilisation de l'eau.
Étant donné que les mesures à prendre en amont (dans le bassin versant) pour limiter les apports en fertilisants sont des mesures à long terme et nécessitent des moyens beaucoup plus importants, l’ONEP a opté de combattre les conséquences du phénomène d'eutrophisation au niveau des retenues de barrages en considérant toutes les mesures d’ordre physique ou biologique visant à manipuler le système lacustre par un changement de son équilibre ou la modification de son fonctionnement.
Aussi, et afin de réduire les corollaires du phénomène d’eutrophisation, l’Office National de l'Eau Potable (ONEP), planificateur, producteur et accessoirement distributeur d'eau potable dans le Royaume, a mené des actions curatives visant la restauration de la qualité des eaux des retenues de barrages à vocation eau potable.
Ce document donne un aperçu sur les actions menées par l'ONEP dans le cadre de la lutte contre l’eutrophisation et les résultats probants de restauration de la qualité des eaux.
Actions menées
Choix du niveau de prise d’eau brute dans la retenue
L’optimisation du niveau de prise d’eau brute dans les retenues de barrages est l'une des solutions adoptées pour faire face aux conséquences d’eutrophisation.
Étant donné que la qualité de l'eau dans une retenue change dans le temps et dans l’espace, notamment en fonction de la profondeur lors de la stratification thermique, le
Le choix du niveau de prise d'eau dans la retenue peut jouer un rôle important dans l'amélioration de la qualité de l'eau produite et, partant, dans l'économie des produits de traitement utilisés au niveau de la station de potabilisation.
Le niveau de puisement d'eau présentant la meilleure qualité est choisi en fonction des résultats de la stratification des paramètres de la qualité des eaux les plus importants (température, pH, oxygène dissous, nitrates, fer et manganèse). À noter que l'eau brute alimentant les stations de traitement doit répondre, dans la mesure du possible, aux critères suivants :
- température aux environs de 15 °C,
- pH voisin de 7,6 unité pH (meilleure floculation),
- oxygène dissous de l’ordre de quelques milligrammes par litre,
- absence totale d’hydrogène sulfuré. S'il est présent, le pH doit être compris entre 7,5 et 8,0 unité pH pour minimiser la formation des polysulfures,
- demande en chlore minimale,
- concentration en algues minimale avec si possible absence de filaments et de nanoplancton,
- concentration en fer et en manganèse les plus faibles possibles.
Cette technique est actuellement étendue aux retenues de barrages à vocation eau potable dotées de systèmes de puisement d'eau à plusieurs niveaux.
Par ailleurs, il est à noter que depuis 1981, il a été décidé par les départements concernés de doter toute nouvelle retenue de barrage d'une tour de prise d'eau à plusieurs niveaux de puisement.
Actuellement, sept retenues de barrages à vocation eau potable sont d’ores et déjà dotées d'une tour de prise à plusieurs niveaux de puisement d’eau brute.
Ce mode de gestion de la prise d’eau destinée à l'approvisionnement en eau potable, introduit par l’ONEP depuis 1979, a permis d'approvisionner les stations de traitement en eau de qualité meilleure, entraînant ainsi l'économie des produits de traitement.
Évacuation sélective des eaux des couches profondes
Cette opération, l'une des solutions techniques identifiées pour minimiser les effets de l'eutrophisation, consiste à évacuer partiellement en automne les eaux des couches profondes riches en nutriments, en matières organiques, en fer et en manganèse et qui présentent une forte demande en oxygène. Cette évacuation entraîne une diminution du volume hypolimnique et, par conséquent, un appauvrissement de la teneur nutritive globale ainsi qu'une diminution de la demande en oxygène de l’eau au moment du brassage des eaux des retenues. Au Maroc, cette opération a commencé à être exécutée à partir de 1980 au niveau de la retenue Sidi Mohamed Ben Abdellah, qui alimente en eau potable la zone côtière située entre les villes de Salé et Casablanca, puis s'est étendue aux autres retenues de barrages qui servent à l’alimentation en eau potable, et ce, en collaboration avec la Direction Générale de l’Hydraulique.
L'évaluation des effets de cette solution sur la qualité des eaux brutes montre :
- un retardement de l'apparition de l'hydrogène sulfuré au fond de la retenue,
- une réduction du déficit en oxygène dans les couches superficielles au moment du mélange des eaux,
- une amélioration des conditions oxyques et une réduction des teneurs en manganèse dans l’hypolimnion,
- une réduction de la biomasse algale dans les couches superficielles l'année suivante.
À signaler que la mise en application de cette solution reste toutefois tributaire de la pluviométrie.
Destratification artificielle des eaux
Malgré les efforts entrepris au niveau des retenues, l’amélioration de la qualité organoleptique de l'eau produite par les stations de traitement exige le recours à l'introduction d'un oxydant fort dans la chaîne de traitement (permanganate de potassium). Aussi l’ONEP a-t-il envisagé d’installer un système
de destratification artificielle dans certaines retenues.
Les objectifs recherchés sont non seulement l'amélioration de la qualité organoleptique de l'eau produite, mais aussi la réduction du coût d’exploitation des stations de potabilisation. Un moyen curatif tel que l'aération des couches d’eau profondes permet de maintenir une teneur minimale en oxygène dans la zone de l'hypolimnion entourant la prise d'eau en service.
Cette aération devra permettre :
- - d’améliorer les conditions oxyques dans les couches profondes,
- - d'empêcher la remise en solution des métaux piégés dans le sédiment comme le manganèse,
- - de minimiser l'action du facteur générateur de l’eutrophisation à savoir le phosphore mobilisable par les algues, en le précipitant dans les sédiments,
- - de perturber la croissance des algues bleu-vertes.
Pour éviter les difficultés de traitement précédemment décrites et avoir un dispositif permettant d’agir simultanément sur la présence des algues et sur la qualité des eaux, l'ONEP a opté pour le système d’aération qui permet une destratification artificielle du lac.
Au Maroc, cette technique a été mise en œuvre en 1992 dans la retenue Sidi Mohamed Ben Abdellah. Le système d’aération utilisé comprend en plus des compresseurs, cinq aérateurs dont trois sont placés à la côte 19 NGM et deux à la côte 26 NGM.
Le démarrage de l'aération se fait par la mise en service des aérateurs les moins profonds dans le but de briser la thermocline qui se situe généralement entre 10 et 15 mètres de profondeur et d’améliorer les conditions oxyques de la tranche d’eau comprise entre le niveau de la thermocline et la côte 26 NGM.
Cette démarche permet aussi d’éviter de provoquer le brassage total du lac et la remontée des eaux du fond pouvant entraîner un déficit en oxygène de toute la colonne d’eau. Lorsque la différence de température de l'eau entre la surface et la côte 26 NGM est minimale (< 5 °C), les aérateurs du fond démarreront en vue de provoquer la destratification totale du lac.
Les périodes de fonctionnement du système sont :
- - le printemps, pour retarder au maximum l'établissement de la stratification thermique et l’apparition de phénomènes afférents tels que l'anoxie, la formation d’hydrogène sulfuré et la présence de quantités élevées en manganèse,
- - l'automne, en vue de provoquer la destratification artificielle du lac permettant de répondre au maximum à la demande en oxygène de la masse d’eau de la retenue et de démarrer l’année suivante avec un stock d’oxygène dissous le plus élevé possible dans les couches profondes du lac.
L'évaluation des effets de la destratification artificielle, au niveau de la retenue Sidi Mohamed Ben Abdellah, à travers le paramètre température mesuré au cours de l’aération artificielle laisse montrer que l’effet de l'aération est bénéfique à la qualité de l'eau de la retenue.
En effet, les résultats de l'étude de la stratification de la température ont permis de constater que :
- - avant le démarrage des aérateurs, la différence de température entre la surface et le fond était de 1,5 °C. La valeur de 16,5 °C a été enregistrée dans la tranche d’eau comprise entre la surface et 15 m de profondeur. Au-delà, la température chute rapidement pour atteindre la valeur de 15,2 °C à 18 m de profondeur. Dans la masse d’eau comprise entre 18 et 30 m de profondeur (fond de la retenue), la température enregistrée était de 15 °C ;
- - après 4 heures d’aération, la température de la tranche d’eau comprise entre la surface et 15 m de profondeur a diminué de 0,3 °C, passant de 16,5 à 16,2 °C, et la température de la tranche d’eau comprise entre 18 et 30 m de profondeur a augmenté d’environ 0,1 °C ;
- - après 24 heures d’aération, la différence de température entre la surface et le fond de la retenue n’est plus que de 0,5 °C. On observe aussi la disparition du palier de température qui était placé vers 15 m de profondeur.
Solution biologique
Cette solution, préconisée entre autres pour minimiser les effets du phénomène d’eutrophisation, consiste à introduire dans les lacs réservoirs un poisson consommateur d'algues. Les études et essais effectués par l'ONEP ont montré que la carpe argentée de Chine (Hypophthalmichthys molitrix) présente un effet positif dans le contrôle de la croissance des algues. C’est en effet un poisson phytoplanctonophage de la famille des Cyprinidées qui n’existe pas à l'état naturel au Maroc. Originaire de Chine, il est utilisé dans un grand nombre de pays pour réduire la biomasse algale des lacs et réservoirs eutrophes. C’est un poisson qui retient des algues sans faire de distinction entre les espèces.
Cette solution a été mise en œuvre pour la première fois au Maroc en 1987 par l'introduction d’environ 500 000 alevins de carpes argentée de Chine dans la retenue Sidi Mohamed Ben Abdellah.
Pour tester les performances de cette solu-
Avant sa mise en application à grande échelle, deux bras de la retenue ont été choisis et isolés. Ces deux bras ont des caractéristiques similaires : le bras B1, sélectionné pour l'introduction des alevins de carpes argentées, et le B2, utilisé comme témoin pour étude comparative de la qualité de l'eau dans les deux bras.
La comparaison des principaux paramètres de qualité dans les deux bras isolés après l'opération d’introduction de la carpe argentée a montré une amélioration de la qualité des eaux dans le bras B1 qui s'est traduite principalement par :
- une descente de la thermocline d’environ 1 m dans le bras B1 par rapport à B2. Ce phénomène a été enregistré dans la stratification du pH, de l’oxygène dissous et de la température ;
- une réduction de la biomasse totale du phytoplancton et de la chlorophylle a. Cette réduction permet de restreindre le flux de la pluie organique constituée par les algues mortes en provenance de l’épilimnion et, par conséquent, de diminuer la vitesse de consommation des matières oxydantes (oxygène dissous et nitrates) dans l'hypolimnion pendant la période de stratification thermique.
Outre son effet sur la qualité de l’eau, la solution biologique a eu un intérêt économique perceptible dans la mesure où elle a :
- assuré aux pêcheurs professionnels riverains de la retenue la prise d’une quantité appréciable de poisson ;
- donné naissance à des sociétés marocaines spécialisées dans le domaine de la carpiculture.
Par ailleurs, l'installation de ces unités piscicoles a permis d'une part la création d’emplois, et d’autre part la présence sur le marché d’une quantité importante de poisson représentant un apport en protéines non négligeable.
Compte tenu des résultats tangibles de cette solution, l’Office l’a étendue, à partir de 1992, aux autres retenues de barrages utilisées pour l’alimentation en eau potable.
Conclusion
Dans un climat semi-aride comme celui du Maroc, le recours aux mesures curatives s’avère un remède efficace pour améliorer la qualité de l’eau et lutter contre les conséquences de l’eutrophisation sur la qualité des eaux des retenues de barrages utilisées
pour la production de l'eau potable.
Les vidanges des eaux du fond et le choix du niveau de prise d’eau brute de qualité optimale permettent de faire des économies substantielles sur le coût du traitement et d'améliorer la qualité gustative de l'eau produite.
Les effets de la déstratification artificielle sont la prévention de la formation d’hydrogène sulfuré, l'oxydation du manganèse et l'amélioration des conditions oxyques de la retenue en période automnale. La déstratification artificielle provoque un retard dans l’établissement de la stratification thermique au printemps, et allonge la période d’homogénéisation totale de la retenue en automne. Ceci a permis de minimiser la demande en oxygène dans l'ensemble de la masse d'eau de la retenue, de démarrer l'année suivante avec une faible demande en oxygène et un stock d’oxygène dissous le plus élevé possible dans les couches profondes de la retenue.
La mise en application de l'introduction de la carpe argentée de Chine, solution originale et prometteuse, constitue une étape importante pour l'ONEP dans sa lutte contre les conséquences néfastes de l'eutrophisation sur la qualité des eaux des retenues de barrage. Cette solution biologique a eu un impact positif puisqu'elle a :
* permis une amélioration notable de la qualité des eaux manifestée par une réduction significative du pic de la biomasse algale et une diminution notable de la vitesse de consommation d’oxygène dissous dans les couches profondes des retenues de barrage empoissonnées.
* eu un intérêt socio-économique perceptible.
Signalons que durant la première opération d'introduction réalisée en 1987, la carpiculture n’existait pas encore au Maroc et les alevins ont été importés de l’étranger. Actuellement les carpes argentées sont reproduites localement.
