En France des arrêtés ministériels réglementent les différents dispositifs de l'assainissement non collectif. Le dispositif ?classique? est l'épandage dans les sols des eaux usées issues des fosses septiques. Cet épandage si facile à pratiquer masque une réalité méconnue : le sol est un corps naturel complexe. Son extension dans les trois dimensions, sa variabilité et son évolution dans le temps complique l'évaluation de la faisabilité de l'épandage notamment sur le point crucial de l'infiltration et de l'épuration des eaux usées. Dans ces conditions le mariage entre eaux usées et sol est-il raisonnable ? La prise en compte des différentes fonctions des sols (dont la fonction de filtration-épuration) et donc des usages passent par l'inventaire cartographique des sols et l'établissement d'un référentiel pédologique avec un niveau de résolution suffisamment précis. Ce référentiel devrait être un outil de connaissance, d'analyse et d'expertise pour une gestion pérenne de l'assainissement non collectif et des sols.
Le sol (“la terre”) ou plus précisément la couverture pédologique est à l’interface de la biosphère, de la géosphère, de l’hydrosphère et de l’atmosphère (figure 1). De tout temps, l'homme a rejeté ses déchets liquides ou solides dans le sol ou dans les eaux qui ont pu les “digérer”, notamment les déchets organiques, sans trop d’incidences sur l’avenir.
Une réglementation spécifique pour l’assainissement non collectif
L’augmentation des rejets est liée à l’aug-
L’augmentation de la population et de son niveau de vie. De plus, la qualité des déchets a changé, ils sont surchargés en éléments minéraux, métalliques ou organiques (de synthèse) et polluent les sols et les eaux ; certains sols sont aujourd’hui contaminés et condamnés. Citons par exemple des sites industriels comme AZF à Toulouse ou des sols cultivés ayant reçu les eaux usées et les boues d’Achères. L’impact du rejet diffus des eaux usées domestiques mal épurées, notamment sur la qualité des eaux et sur la protection sanitaire de la population, est loin d’être négligeable à raison d’un rejet moyen de 150 l par habitant et par jour en France. Face à la dégradation de la qualité des eaux et à la nécessaire protection de l’environnement, la France a rénové en 1996 sa réglementation sur l’assainissement non collectif. Quand il n’y a pas un réseau d’égout, cette évolution de la réglementation a confirmé l’épandage souterrain à faible profondeur dans le sol naturel en place comme une solution à part entière. La faisabilité de l’épandage souterrain doit être appréciée en étudiant d’une part l’aptitude du sol à épurer et disperser correctement les eaux usées et d’autre part en vérifiant que les contraintes environnementales liées à la position d’interface du sol vis-à-vis des milieux aquatiques ne sont pas rédhibitoires.
Le sol un milieu méconnu, utilisé pour l’épandage des eaux usées
La couverture pédologique est un corps naturel, méconnu et complexe qui peut assurer plus ou moins bien les fonctions d’épuration et de dispersion des eaux usées domestiques que les sociétés humaines lui assignent. La couverture pédologique a pour caractéristiques majeures d’être :
- un milieu à trois dimensions, d’épaisseur, de continuité très variable et évoluant dans le temps (figure 2).
- un milieu physique hétérogène.
- un milieu chimique complexe.
- un milieu biologique mal connu.
Un milieu en 3D
En cette année internationale de la planète Terre, rappelons que les sols se forment et se répartissent en fonction des roches, des climats, des reliefs, de la végétation et des êtres vivants mais aussi en fonction du temps et de l’action humaine.
Ce milieu à trois dimensions s’étend de façon discontinue à la surface des parties émergées de notre planète ; c’est un milieu meuble recouvrant les roches dont il est issu.
Mais ces caractéristiques sont difficilement appréhendables depuis la surface ; c’est pourquoi le pédologue qui doit cartographier ce milieu en 3D se livre à des investigations de terrain assez lourdes. La description des différentes couches (les horizons des pédologues) qui constituent la couverture pédologique passe inévitablement par le creusement de fosses d’observation, des sondages à l’aide d’une tarière et des prélèvements d’échantillons de terre pour des analyses physico-chimiques au laboratoire. Des mesures in situ complètent utilement ces relevés (tests de perméabilité, densités, résistivité...). Cette fosse d’observation ne constitue qu’un aperçu de la couverture pédologique en un point de l’espace et à un moment T.
Un milieu physique structuré et plus ou moins poreux
La couverture pédologique est un milieu physique hétérogène, composé d’éléments minéraux et organiques fins constituant la matrice du sol, d’air et d’eau occupant les vides (la porosité) de la matrice et le plus souvent d’éléments grossiers (de taille supérieure à 2 mm) constituant le squelette du sol. La matrice est décrite sur le terrain par l’appréciation de la texture, appréciation subjective (liée au toucher de la terre) de la composition granulométrique (proportions de sable, limon et argile) qui avec les matières organiques du sol (plus les carbonates et le fer) vont déterminer la structuration du sol et donc l’importance du volume des vides. Les caractéristiques de la porosité déterminent la qualité de l’infiltration dans ce milieu. En parallèle, ce milieu doit avoir une bonne capacité à retenir l’eau afin de bénéficier d’une part d’une filtration et d’autre part des réactions biochimiques d’oxydation et plus généralement de transformation.
Un milieu chimique
La couverture pédologique est un réacteur chimique complexe. L’eau que contient le sol a une composition chimique variable liée aux échanges avec la matrice organo-minérale, on parle de la solution du sol. Habituellement, la couverture pédologique est un milieu non saturé. L’aptitude d’un sol à l’assainissement va être déterminée, outre la perméabilité, par un paramètre important : la présence d’eau dans le sol. La saturation permanente ou fréquente du sol par l’eau est un point noir pour l’assainissement. Elle est facilement déterminable même en période sèche par l’observation de l’hydromorphie du sol, c’est-à-dire les signes d’un excès d’eau permanent ou temporaire. Ces signes résultent de la dynamique du fer et du manganèse selon que le sol est saturé en eau ou aéré. Dans un sol saturé en eau, autrement dit dans un milieu réducteur (privé d’oxygène), l’épuration se fait mal. Dans le cas où cette saturation est due au battement d’une nappe permanente, le risque de pollution de cette nappe est immanquable. Une nappe est considérée comme peu vulnérable si l’épaisseur de sol est suffisante et s’il y a une
couche géologique imperméable pour la protéger
Un milieu biologique
La couverture pédologique est un milieu biologique mal connu. Pourtant la plus grande partie de la biodiversité terrestre vit dans les sols et non au-dessus. Les microorganismes accomplissent de multiples transformations biochimiques dont la dégradation des matières organiques, soit en minéraux disponibles pour les plantes, soit en humus. La dégradation de la matière organique s'effectue avec le maximum d’efficacité en présence d’oxygène donc dans un milieu aéré. Ce monde invisible à l’œil nu est confronté à un effluent issu de la fosse septique chargé en microorganismes d'origine humaine, en ions ammonium (NH₄⁺) et en matières carbonées (acides gras). Pour l'effluent septique, les bactéries aérobies hétérotrophes vont éliminer la matière carbonée en la transformant en CO₂ et les bactéries autotrophes aérobies transforment l’ammonium en nitrate. La dénitrification de l'azote en milieu réducteur peut être intéressante dans des cas particuliers de protection des eaux vis-à-vis des nitrates. Si le pouvoir épurateur du sol est réel, il n’est pas illimité. Face à la complexité et à la diversité de l’écosystème sol, il est très difficile d’apprécier concrètement ce pouvoir épurateur.
En conclusion de ce chapitre, on retiendra que l’objectif primordial est d’apporter la charge organique la plus faible possible sur un volume d’épandage le plus large. La fosse septique étant là pour diminuer la charge organique à traiter. Les dimensions des tranchées d'infiltration sont là pour assurer une épuration aérobie. Il est donc important d’étudier ce milieu, son environnement et ses capacités à épurer et disperser les eaux usées.
L’étude de la faisabilité de l’assainissement non collectif
L’étude se décompose en une démarche pédologique pour juger l'aptitude des sols à l’assainissement et une approche de l’environnement du sol pour juger l’aptitude globale du terrain.
L’étude de la couverture pédologique
Idéalement, pour la problématique assainissement, la fosse d’observation doit être au minimum d’un mètre de profondeur. Quand les sols sont peu épais, une épaisseur suffisante de la roche sous-jacente (le sous-sol) doit être intégrée, si possible, à la description. L’eau, après avoir traversé le sol, va s’évacuer dans une roche plus ou moins perméable ou stagner dans le sol et créer une zone humide ou s'écouler de façon latérale au contact d'une roche imperméable et selon l’orientation de la pente.
L’épaisseur de sol meuble, l'hydromorphie, la charge en éléments grossiers, la nature du substratum géologique et notamment sa perméabilité, sont les paramètres indispensables à décrire pour déterminer l’aptitude à l’assainissement. Actuellement, aucune analyse ou mesure de routine n’est disponible pour mesurer l’aptitude biologique du sol à l’assainissement. Le paramètre essentiel porosité/perméabilité mérite d’être analysé en détail.
L’observation de la structuration de la matrice au sein des différentes couches grâce à la fosse d’observation permet de décrire la macroporosité (la seule visible à l’œil nu) et d’aider à l'interprétation des résultats des tests de perméabilité, mesures indirectes de la porosité du sol. L’analyse granulométrique au laboratoire apporterait une donnée complémentaire dans l’appréciation de la porosité (figure 3) mais les délais d’analyse et le coût constituent un frein à sa généralisation.
La méthode de Porchet à niveau constant, recommandée par la circulaire du 22 mai 1997, est couramment pratiquée pour essayer de déterminer la perméabilité. Elle consiste à creuser un trou cylindrique (« un puits d’infiltration ») dans le sol, à y verser de l’eau en maintenant une charge constante et à mesurer l’abaissement du niveau d’eau en fonction du temps après une mise en saturation d’au moins quatre heures. L'infiltration a lieu à la base du trou et sur les parois où celle-ci est la plus importante. Sa mise en œuvre facile constitue un avantage mais les résultats doivent être traités comme des valeurs approximatives, même répétées sur de grandes superficies. J.C. Chossat dans son livre « La mesure de la conductivité hydraulique des sols » recommande six essais sur une même série de sol. En effet, la répétitivité des tests est nécessaire (la circulaire préconise au moins trois essais sur la parcelle étudiée) car très souvent, une valeur est aberrante par rapport aux deux autres. L’hétérogénéité intrinsèque de tous les sols, la présence de fissures liées au retrait des argiles en période sèche, une particularité très localisée liée à l’histoire de la parcelle (remblaiement, fosse de plantation d’un arbre...), des galeries de vers, des cailloux ou le lissage lors du creusement du « puits d’infiltration » peuvent en être l'origine.
De plus, les valeurs de perméabilité issues de ces tests peuvent être remises en cause lors des travaux d'installation des dispositifs d’assainissement qui, sur sol humide, argileux ou limoneux, vont compacter les parois des tranchées ou des lits à remplir de sable et modifier, de façon irrémédiable, la porosité et donc la perméabilité du sol. La perméabilité est dépendante des états morphologiques de la structure du sol, d’où l'importance de faire les mesures dans un milieu saturé (considéré comme stable). Son évaluation se fait sans connaître la géométrie de l’espace poral, sa diversité, son évolution dans le temps... L’hydrodynamique des sols étant très complexe, la saturation artificielle sur un temps de quatre heures recommandée par la circulaire reste difficile à atteindre en sol sec et elle n'est pas vérifiée. Enfin, il ne faut pas oublier que pour des raisons de commodité évidente, les tests se font avec de l'eau claire et non de l'eau usée. L’eau usée chargée en matière organique soluble, en matières en suspension, en microorganismes pathogènes et en sels minéraux a de ce fait un caractère colmatant. Dans la zone de diffusion de l'eau usée sous les drains d’épandage, une zone contaminée apparaît, siège d'une intense activité biochimique. Elle peut à moyen terme, en...
fonction de la porosité de la zone et de la charge hydraulique et organique, se colmater. Ce colmatage peut intervenir dans la zone de diffusion, puis se propager dans les drains d’épandage et entraîner un dysfonctionnement de l'assainissement. Les bactéries sont à l’origine du développement de biofilms qui sont l'une des causes du colmatage des pores. Une telle évolution est malheureusement impossible à prévoir lors de l'étude pédologique préalable. Les matières en suspension, non stoppées par le préfiltre peuvent aussi obstruer la porosité. La vidange régulière de la fosse septique contribue à réduire le risque de colmatage. Les racines des arbres et des arbustes, par leur développement préférentiel et abondant dans les drains, participent au colmatage. La distance préconisée de 3 m par rapport aux limites extérieures du dispositif est souvent insuffisante.
Les cas d’inaptitude du sol en place
À titre d’exemple, un sol superficiel (moins de 20 cm d’épaisseur) au-dessus d’une roche calcaire fissurée (karst) font que le site est inapte à l'assainissement (Photos 1, 2 et 3).
Lorsque le sol naturel en place ou son sous-sol est inapte, des dispositifs de substitution peuvent être mis en place. Ces dispositifs sont, pour les filières autorisées en France, constitués de sable siliceux lavé ou, pour des cas limités, de zéolithe*. La dispersion de l’eau usée épurée étant alors assurée par le sous-sol ou, dans certains cas et selon la réglementation, par le milieu hydrologique superficiel permanent.
* Zéolithe, famille de minéraux de type tectosilicates, utilisés notamment comme filtres, échangeurs, adsorbants ou catalyseurs.
L’étude du site
Au-delà de l’observation ponctuelle du sol, la compréhension de l’organisation de la couverture pédologique et du sous-sol dans son environnement immédiat est indispensable pour appréhender la circulation des eaux. Vu le rôle majeur de la couverture pédologique dans le cycle de l'eau tant en quantité qu’en qualité, une compréhension des conditions de circulation des eaux est indispensable. Le relief, la pente, le contexte hydrologique et hydrogéologique, l’occupation du sol et la surface disponible sont des éléments d’appréciation des aptitudes et contraintes du site dévolu à l'assainissement.
La prise en compte des eaux pluviales est souvent négligée. La nécessité réglementaire d’infiltrer les eaux de pluie sur la parcelle plutôt que de les rejeter à l’aval peut compliquer la faisabilité de l'assainissement à la parcelle sur des terrains de faible taille. Le contexte urbanistique et foncier doit être également évalué.
Du schéma directeur à l'étude parcellaire
Un manque évident de normalisation
Dans le cadre des études de schémas directeurs d'assainissement préalables à la délimitation réglementaire des zones dévolues à l’assainissement collectif et des zones dévolues à l'assainissement non collectif, des cartes d’aptitudes des sols ont été dressées. Ces cartes sont malheureusement à un niveau de résolution insuffisant (compte tenu des financements disponibles et des délais d’étude) par rapport à la problématique assainissement à la parcelle et à la diversité des sols. C’est pourquoi les responsables en charge de l’assainissement non collectif ont le plus souvent souhaité qu’une étude de sol soit exigée pour toute nouvelle construction ou par la réhabilitation de dispositifs d’assainissements obsolètes. Il convient en effet de
Vérifier que cette couverture pédologique si diverse soit bien apte à épurer les effluents et à les disperser sans créer de nuisances de voisinage, des désordres hydrologiques ou des pollutions. Pour répondre à cette exigence, face à l’augmentation continue de l’habitat individuel et à la nécessaire réhabilitation du parc d’assainissements non collectifs obsolètes et polluants, un marché pour ces études spécifiques s’est mis en place.
Réalisées par différents spécialistes, ces études de sol sont hélas de qualité inégale et les rares cahiers des charges techniques existants sont très sommaires à cause d’une méconnaissance générale de la réalité pédologique.
Pour évaluer l’aptitude des sols à épurer et disperser les eaux usées sur des parcelles d’urbanisation individuelle, l’idéal serait de disposer d’une carte des sols très précise. Seules certaines exploitations agricoles performantes se sont dotées d’un tel outil de connaissance.
Des voies d’amélioration
La France est en retard par rapport à la plupart de ses voisins européens pour l’inventaire cartographique de sa couverture pédologique. Les études de sols à la parcelle, une fois normalisées, pourraient être des références pour préciser l’aptitude des sols à l’assainissement à l’échelle des unités de sols cartographiées dans le cadre des études de schéma directeur préalables au zonage d’assainissement. Notre pays possède depuis quelques années un logiciel de saisie pour bâtir une base de données sur les sols (DONESOL2), mis au point par l’INRA d’Orléans dans le cadre du Groupement d’Intérêt Scientifique SOL (GIS Sol). Cette base de données standardisée, exhaustive, multi-échelles et utilisée par les pédologues permet de traiter les données de terrain et analytiques. L’épaisseur de sol, les valeurs de perméabilité, l’éventuelle hydromorphie sont les paramètres qui enrichiraient la base de données.
Une telle base de données couplée à un Système d’Information Géographique permettrait aux Services Publics de l’Assainissement Non Collectif (SPANC) de disposer d’un outil d’analyse des données relatives au sol. À moyen terme, elle faciliterait l’interprétation des dysfonctionnements, qui malheureusement apparaîtront, afin de vérifier s’ils sont dus au sol ou aux équipements, à leur mise en œuvre ou à leur utilisation. Elle permettrait aux techniciens des SPANC de mieux connaître leur territoire pédologique, de détecter les zones obscures ou les insuffisances des études de sols à la parcelle et de faciliter le remplacement du technicien d’un secteur. L’enrichissement de la base de données permettrait d’améliorer la précision et la qualité de la carte des sols sur le territoire des SPANC. Elle faciliterait le porter à connaissance des données de base pour les bureaux d’étude afin de réduire les coûts pour les pétitionnaires.
La normalisation de la méthode Porchet à charge constante, nécessaire pour cadrer les bureaux d’études et l’objectif de qualité professionnelle que doivent atteindre les entreprises de l’assainissement, résoudront en partie les difficultés évoquées dans le paragraphe « L’étude de la couverture pédologique » : évaluer correctement la perméabilité et la maintenir coûte que coûte.
Une autre voie d’amélioration consisterait à amplifier les études in situ et en laboratoire de recherche fondamentale sur l’évolution biochimique des sols recevant des eaux usées. Il est en effet important d’essayer de déterminer la charge polluante admissible en fonction des principaux types de sols.
Conclusion
La couverture pédologique protège les ressources en eau superficielles ou souterraines ; les produits de la biodégradation sont recyclés dans les cycles biologiques et seuls certains constituants sont susceptibles de rejoindre le milieu aquatique tel l’azote lorsque des pluies lessivantes l’entraînent.
Le sol est aujourd’hui reconnu comme une ressource essentielle aux sociétés humaines, neuf fonctions y sont assignées, la plus connue est la fonction de production agricole. La fonction de recyclage de nos déchets prend de l’ampleur et se doit d’être maîtrisée. Les déchets liquides de l’assainissement non collectif peuvent être à l’origine d’une contamination diffuse du sol et surtout des nappes souterraines, du point de vue des germes pathogènes, de l’azote et de produits minéraux et organiques de synthèse exogènes. L’efficacité de la fonction de recyclage est dépendante de la probabilité de rencontre entre la substance et les bactéries, cette probabilité dépend de la vitesse d’infiltration, de la distribution dans les pores, du degré d’oxygénation et de la géométrie de l’espace poral. L’inventaire des sols et une gestion pérenne devraient permettre la conservation des différentes fonctions des sols (« la qualité des sols ») conforme à la future directive cadre européenne sur la protection des sols. De la parcelle construite ou constructible à l’ensemble des zones d’habitat dévolues à l’assainissement non collectif, l’enjeu est de taille. Le sol peut bien être marié à l’assainissement non collectif à condition que le contrat de mariage respecte l’intégrité du sol et préserve le futur. Un référentiel pédologique local de qualité serait un atout important dans ce type de contrat, sous réserve de régler les questions de droit d’utilisation des données.
