Le lagunage naturel : un procédé d'épuration adapté aux petites collectivités

LE BASSIN ADOUR-GARONNE

Ce Bassin recouvre en fait l’Adour, la Garonne, la Dordogne, la Charente et leurs affluents : c'est le MIDI-ATLANTIQUE. Il s’étend sur 18 départements et une partie de 7 autres, soit 1/5 du territoire national, pour une population de 6 000 000 d'habitants.

L'Agence de Bassin ADOUR-GARONNE est un Établissement Public de l'État. Son Conseil d'Administration comprend des représentants des élus locaux et des usagers de l'eau, à égalité avec ceux des Ministères concernés par les problèmes de l'eau.

De 1969 à 1977, l'Agence a accordé des subventions et des prêts à environ 800 communes et 300 industriels ou organismes agricoles, pour réaliser des travaux contre la pollution de l'eau et pour la construction de barrages-réservoirs.

La région compte un grand nombre de communes rurales de moyenne et de petite importance, pour lesquelles sont à résoudre les problèmes de l'assainissement. Dans l'optique d'une recherche d'un procédé d’épuration simple et peu coûteux adapté aux besoins de ces petites collectivités, le traitement des eaux usées par lagunage naturel peut être considéré comme un bon exemple.

LE LAGUNAGE NATUREL

« Il s'agit d'un ou plusieurs bassins en série dans lesquels les effluents à traiter sont soumis aux processus biochimiques naturels de l'auto-épuration. »

On distingue généralement trois types de lagune :

• • lagune profonde, fonctionnant en anaérobiose ;
• • lagune de faible profondeur ou bassin mixte, dit « étang de stabilisation » ; bassin de grande surface dans lequel la flore bactérienne, essentiellement aérobie, hydrolyse la matière organique et la dégrade grâce à l'oxygène qui lui est fourni
  • — par l'activité photosynthétique des algues vertes monocellulaires qui trouvent là un milieu favorable à leur développement ;
  • — par les échanges gazeux air-eau à la surface liquide (principe de fonctionnement illustré par la figure n° 1) ;
• • lagune de finition en complément d'un traitement traditionnel et fonctionnant principalement en aérobiose (traitement tertiaire).

Le type de lagune le plus couramment utilisé pour un traitement complet des eaux usées est l'étang de stabilisation (procédé utilisé, par exemple, au GRAU-DU-ROI (30)).

PARAMETRES DE BASE

1. TAUX D'ÉPURATION

Le taux d'épuration, ou rendement, peut s'exprimer par la réduction de la charge polluante (exprimée en D.B.O.5) mesurée à l'entrée et à la sortie des ouvrages.

Ce procédé permet d'obtenir des rendements qui varient de 80 à 90 % (à titre d'exemple, les résultats de REALMONT (81) confirment ces données théoriques).

Ces rendements, variables selon le type de bassin utilisé (selon que le processus de dégradation s'effectue en milieu plus ou moins aérobie), sont également fonction de la charge unitaire appliquée à ce bassin (exprimée en poids de D.B.O./unité de volume de bassin) et du temps de séjour des effluents.

Exemple : les résultats des mesures B.C.E.O.M. obtenus sur les bassins du GRAU-DU-ROI (30) donnent :

• 75 % d'élimination de la D.B.O.5 sur effluent non filtré ;
• 85 à 90 % après centrifugation (élimination des algues).

2. DURÉE DE SÉJOUR

• pour les bassins anaérobies : 2,5 à 5 jours selon la saison ;
• pour les bassins aérobies ou mixtes : 60 à 90 jours (effluent brut) ; 20 à 30 jours (effluent ayant subi une décantation préalable).

Le climat a une grande influence sur la valeur de ces deux premiers paramètres ; en effet, l'été au GRAU-DU-ROI (littoral méditerranéen), la durée du séjour, pour un effluent totalement épuré, et sans décantation préalable, est réduite de 60-90 jours à 30-40 jours.

La durée du séjour est également une variable dépendant du type du bassin, de la charge appliquée, de la température (influence sur le métabolisme des micro-organismes, donc sur la production d'oxygène) et de la luminosité (transformée en énergie calorifique, donc provoquant une augmentation de la température).

3. CHARGE ADMISSIBLE

Cette charge est exprimée en kilo de D.B.O.5 par hectare et par jour.

Les valeurs couramment utilisées sont :

• bassins strictement anaérobies : 500 à 700 kg D.B.O./ha/jour (sur effluent brut non décanté) ;
• bassins aérobies : 40 à 60 kg de D.B.O./ha/jour.

Exemple : charges mesurées au GRAU-DU-ROI : 55 kg D.B.O./ha/jour en période normale et 73 kg D.B.O./ha/jour en période de surcharge.

La charge de pollution évaluée pour un habitant sur un effluent domestique moyen étant de 54 g de D.B.O. par habitant et par jour, les valeurs précédentes peuvent être exprimées en nombre d'habitants admissibles par hectare, soit :

• Sans décantation primaire :
  • unités anaérobies : 9 000 à 13 000 hab./ha ;
  • unités aérobies ou mixtes : 700 à 1 000 hab./ha.
• Avec décantation primaire :
  • unités anaérobies : 14 000 à 20 000 hab./ha ;
  • unités aérobies ou mixtes : 1 100 à 1 700 hab./ha.

CONCEPTION DES BASSINS

Pour obtenir un rendement épuratoire optimal, il faut, en outre, respecter certains autres impératifs :

• Profondeur des bassins (p) :
  • Bassins aérobies :
    • 1 m < p < 1,3 m ;
    • 1,5 m < p < 2 m (pour les grandes installations).
  • Bassins anaérobies :
    • 2,4 m < p < 4,2 m.
• Admission des effluents :
  • admission par le fond et centrale ;
  • orifices de distribution multiples et toujours noyés.

Ceci afin d'assurer un brassage maximum des effluents et éviter que se produisent des gradients de teneur en oxygène et de température.

@ Forme des bassins :

Des bassins rectangulaires assurent une meilleure répartition des eaux usées.

© Communication entre bassins (cf. fig. 2) :

Elle doit être réalisée de telle sorte que l'on oblige les effluents à passer par le fond.

AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS DU LAGUNAGE

1. AVANTAGES PRINCIPAUX

• — fiabilité,
• — facilité d’exploitation,
• — adaptation aux à-coups de charges,
• — investissement modéré,
• — exploitation limitée (faucardage périodique des abords),
• — consommation en énergie nulle,
• — très bonne élimination des germes,
• — élimination des éléments nutritifs (azote, phosphore) ayant une influence sur la vitesse d’eutrophisation du milieu récepteur, à condition de pouvoir éliminer les algues,
• — possibilité d'utiliser des dépressions naturelles,
• — intégration au site.

2. CONTRAINTES

@ Curage périodique des étangs :

Comme tout procédé biologique d'épuration, le lagunage s'accompagne d'une production de boues. Ce procédé d'épuration permet un séjour prolongé des boues qui seront ainsi très bien minéralisées et plus denses que celles généralement produites par les stations classiques.

Les surfaces de bassin disponibles étant importantes et les volumes de boues réduits, les curages seront effectués tous les 3 à 5 ans (à titre indicatif, au Grau-du-Roi, le premier bassin a été mis en eau en 1966 et a été curé pour la première fois en 1974...).

Les bassins pourront être curés par pompage du fond, soit à partir des berges, soit à partir de plates-formes flottantes.

Les boues ainsi obtenues devront être utilisées en agriculture, et les moments de curages choisis en fonction des périodes d'épandage favorables sur les terrains agricoles voisins.

@ Production d’algues :

Ces algues monocellulaires sont comptabilisées sous forme de M.E.S. (matières en suspension) au moment des analyses, le rendement global de l’ouvrage (M.E.S. entrée – M.E.S. sortie) se trouvant ainsi diminué.

© Contraintes de terrain :

• — surface nécessaire importante,
• — contraintes dues au sous-sol nécessitant impérativement une étude géologique et pédologique préalable. S'il existe des risques de pollution de la nappe sous-jacente, il faudra imperméabiliser le terrain.

Cette imperméabilisation, si elle n'existe pas naturellement, peut être obtenue :

• — par compactage,
• — par apport de matériaux naturels étanches (argiles...),
• — par colmatage,
• — sur un terrain à granulométrie fine, on peut compter sur un certain colmatage, grâce au dépôt de M.E.S. au cours du traitement (N. B. — Ceci suppose d'accepter une infiltration momentanée de l’effluent),
• — par apport de matériaux synthétiques (pose de « films plastiques »). L'utilisation de cette technique peut entraîner une augmentation importante des coûts d'investissement.

@ Problème d’environnement :

• — développement de moustiques,
• — risques d'odeurs (pour les bassins anaérobies particulièrement).

PREMIER EXEMPLE : LAGUNAGE DE RÉALMONT (Tarn)

• — Maître d’œuvre : Direction Départementale de l’Équipement du Tarn ;
• — 2 500 équivalents-habitants ;
• — Lagunage : type unitaire ;
• — Effluents : 375 m³/j — DBO₅ = 135 kg/j ;
• — Mise en eau : avril 1976.

© Coût de la réalisation

Terrassements : 13 000 m³ de déblais réutilisés en remblai. Marché de travaux : 177 600 F T.T.C., dont 137 700 F de terrassements 39 900 F d'ouvrages

Travaux payés : 166 500 F (couverture des digues non exécutée). Terrain : 60 000 F Poste de relèvement : 66 300 F Études : 6 000 F Clôture : 32 200 F Couverture fossé : 58 000 F Coût total : 389 000 F

(coût d'une station d'épuration de capacité identique : environ 500 000 F).

@ Circuit des eaux usées :

• — en 1 : 11 000 m³ – 1,70 m = 49 j de temps de séjour théorique
• — en 2 : 9 000 m³ – 1,30 m = 31 j
• — en 3 : 6 000 m³ – 1,10 m = 17 j

26 000 m³ — Total = 97 j

DEUXIÈME EXEMPLE : LAGUNAGE DE DÉNAT (Tarn)

• — Maître d’œuvre : Direction Départementale de l’Équipement du Tarn ;
• — 200 habitants ;
• — Lagunage : type unitaire ;
• — Effluents : 30 m³/j.

— Début mise en eau : MARS 1976 ;

— Terrain utilisé : 4200 m² ;

— Terrassements : 1730 m³ de déblais mis en remblai,

  310 m³ de déblais évacués.

@ Coût de la réalisation :

Études : 3450 F.

Terrain : 4990 F.

Marché travaux : 28 800 F T.T.C. dont

  terrassements 12 900 F

  ouvrages 15 900 F

Travaux payés : 29 960 F.

Clôture ultérieurement

Observations : nécessité de colmater quelques fuites à l'aide de fines.

@ Circuit des eaux usées :

— en 1 : 870 m² – 180 m

— en 2 : 1230 m² – 110 m

2100 m² – Total = 97 j

52 j de temps de séjour théorique

45 j

dégrillage

dessablage

comptage

TROISIÈME EXEMPLE : LAGUNAGE DE SENOUILLAC (Tarn)

— Maître d'œuvre : Direction Départementale de l'Équipement du Tarn ;

— 200 habitants ;

— Lagunage : type pseudo-séparatif ;

— Effluents : 30 m³/j ;

— Terrain utilisé : 4400 m² ;

— Terrassements : 6100 m³ de déblais.

@ Coût de la réalisation :

Études : 350 F ;

Terrain : 5760 F ;

Marché travaux : 90 400 F T.T.C. dont

  terrassements ...... 47 400 F

  canalisations ..... 18 600 F

  ouvrages .......... 24 400 F

Observations : Bassins complètement en déblais. Les cotes des plans permettent d'assurer gravitairement le remplissage des bassins en eau du ruisseau, l'alimentation en eaux usées et l'évacuation des eaux épurées.

@ Circuit des eaux usées :

— en 1 : 1150 m² – 1,20 m

— en 2 : 1530 m² – 1 m

2680 m² – Total = 97 j

46 j de temps de séjour théorique

51 j

DES QUESTIONS ET... DES RÉPONSES

Dégagement d'odeur ?

— Aucun dégagement constaté au cours des différentes visites effectuées quelle que soit la saison.

Présence de moustiques ?

— En effet, ce milieu paraît, a priori, propice au développement de moustiques. Toutefois, les voisins immédiats des bassins existants n'ont pas remarqué de prolifération de moustiques ou autres insectes.

Nécessité des prétraitements (dessablage, dégrillage, déshuilage) à l'entrée des lagunes ?

— Ces prétraitements ne sont pas nécessaires au bon fonctionnement des lagunes. S'il existe un poste de relèvement, un panier dégrilleur suffit ; si l'alimentation est gravitaire, une grille sera mise en place, de telle sorte que la fréquence du nettoyage soit restreinte.

Type de réseau d’assainissement : de préférence séparatif ? Peut-on avoir un réseau unitaire ?

— L'existence d'un réseau d'assainissement de type unitaire ne gênera en rien le bon fonctionnement de ce type d'ouvrage. La capacité tampon de ces bassins est très importante et les débits d'orage pourront y être admis en totalité.

Pourquoi une telle hauteur d'eau ? (1,10 m à 1,70 m).

— Deux impératifs pour le choix de ces hauteurs d’eau :

  1) Suffisamment d'eau pour empêcher le développement des végétaux supérieurs dans le bassin.

  2) Pas trop d’eau pour permettre aux rayons solaires de pénétrer très avant dans le bassin et favoriser au maximum l’activité photosynthétique des algues.

Possibilité d’utiliser le faucardage chimique ?

— Certains auteurs affirment que cela est possible en prenant de nombreuses précautions (choix du type de désherbant, doses à utiliser...).

Il paraît plus prudent d'utiliser un matériel classique de nettoyage et de tonte de l'herbe. (Les outils mécaniques utilisant le broyage de l'herbe sont déconseillés).

Peut-on empoissonner ces bassins ?

— Oui, cela est réalisé à Réalmont : des poissons vivent aisément dans les 2ᵉ et 3ᵉ bassins.

Peut-on utiliser ces bassins pour la pêche ?

— Aucune connaissance d’une expérience de ce genre.

Relation entre le nombre de bassins et la capacité de l'installation ?

— En général le nombre de bassins est égal à 3 et ces bassins fonctionnent en série.

Dans les petites installations (capacité < 500 éq-hab.) deux bassins suffisent.

Il ne semble pas possible, a priori, de réaliser un lagunage total en bassin unique.

CONCLUSION

Elle nous est donnée par M. Jean MENGUY, Préfet du Tarn, qui s'exprimait ainsi en présentant ces trois réalisations de son département :

La valeur d’un procédé, quel qu'il soit, doit s'apprécier non seulement en fonction de ses performances techniques, mais aussi et surtout au regard de la demande sociale à laquelle il répond, des aspirations dont il sert la réalisation.

À cet égard, le traitement des effluents par lagunage naturel doit être replacé dans un cadre plus général dont je retiendrai trois éléments :

— une constatation : celle de l'accroissement continu de la quantité de déchets que rejette notre civilisation industrielle et urbaine ;

— une aspiration : celle générale à une plus grande qualité du cadre de vie et à une meilleure protection des équilibres naturels ;

Cette constatation et cette aspiration définissent une demande sociale de plus en plus pressante en matière de traitement des effluents.

— une contrainte : celle administrative et financière résultant de la situation de nos communes dont ni la taille ne justifie ni le budget n'autorise n'importe quelle réponse technique à cette demande.

C'est en fonction de ces différents éléments que le procédé de traitement par lagunage naturel a retenu mon attention et que j'ai soutenu le projet présenté par la commune de Réalmont et mis en œuvre par la D.D.E. et la D.D.A.S.S.

Les enseignements que l'on peut tirer de cette réalisation, ainsi que celles de Dénat et Senouillac, se ramènent, pour l'essentiel, à trois propositions qui en définissent à la fois l'intérêt et les limites :

1) c’est un procédé d’épuration entièrement naturel, sans aucun apport chimique, d'une grande « sobriété technique » ;

2) il satisfait aux normes exigées par la réglementation : les abattements constatés sur les différents paramètres sont très satisfaisants ;

3) il est relativement peu coûteux à l'investissement, ne consomme aucune énergie, ne nécessite qu'un entretien très simple. Surtout il s’adapte bien à l'importance des besoins de la collectivité.

Mais il trouve là sa limite, car le lagunage naturel nécessite des superficies importantes, croissantes avec le nombre d’habitants (10 m² par équivalent-habitant), ce qui conduit à ne le recommander qu’aux petites collectivités.

Dans ce cadre, ce procédé constitue une réponse optimale à la demande sociale telle que je l'ai définie ; il constitue d'une certaine façon la revanche de l'adage hippocratique « laisser agir la nature » sur le principe plus moderne « combattre le mal par le mal », qui induit des solutions plus sophistiquées, mais moins adaptées aux problèmes des petites collectivités.

Documentation Agence de Bassin ADOUR-GARONNE