(d'après les données du BEI 96 sur l'étang de Thau)

Le lagunage naturel


Le mécanisme du lagunage naturel
Exploitation et suivi du lagunage
Les crises dystrophiques ou malaigues
Conception des installations
Applications


Le mécanisme du lagunage naturel


Ce mécanisme agit de deux manières :


1 - Elimination de la matière organique et des nutriments.


Le lagunage est un procédé d'épuration des eaux usées qui consiste en un lent écoulement de l'eau dans un ou plusieurs réservoirs peu profonds où prolifèrent des bactéries et autres organismes vivants au détriment des matières organiques et des sels minéraux contenus dans les eaux; simultanément, le nombre des agents pathogènes (bactéries, virus, parasites) est considérablement réduit, notamment en raison de la longue période de rétention dans les réservoirs.

Il s'agit d'un processus biologique d'épuration permettant l'élimination des matières organiques biodégradables avec production de sels minéraux, ce qui produit un phénomène d'eutrophisation, signalé par une prolifération d'algues (phytoplancton) qui croissent sous l'effet conjugué de la présence des dérivés azotés et phosphorés dans l'eau et de la photosynthèse due aux radiations solaires. Ce phénomène, si nuisible pour les eaux naturelles, s'avère profitable dans le processus du lagunage. En effet, la destruction de la matière organique s'opère grâce à une association biologique extrêmement large :

- au fond du premier bassin de lagunage, une catégorie de micro-organismes dégrade la matière organique selon les processus classiques de la fermentation anaérobie.

- dans la partie supérieure du bassin de tête et dans les autres bassins, l'aérobiose est généralisée et les bactéries minéralisent les matières organiques solubles en suspension. Le métabolisme de ces bactéries aérobies implique un apport important en oxygène provenant de la photosynthèse des algues qui se développent vigoureusement dans un milieu riche en matières nutritives.

En ce qui concerne l'impact des rejets sur le milieu récepteur, le lagunage est placé au niveau 'd', auquel correspond la qualité minimale suivante :

- matières en suspension totales (MES) : 120 mg/l.
- demande chimique en oxygène (DCO) : 120 mg/l.
- demande biologique en oxygène (DBO5) : 40 mg/l.

Le lagunage naturel est également un très grand producteur d'éléments fertilisants et de matières organiques vivantes (phytoplancton et zooplancton).

Ainsi apparaît encore l'intérêt du lagunage où l'on a à la fois une excellente épuration microbiologique des eaux usées en même temps que l'édification, au niveau des derniers bassins, d'une nouvelle biomasse organique vivante édifiée à partir des nutriments en excès. Dans la mesure où cette biomasse est valorisée pour l'aquaculture ou l'agriculture, son extraction contribue à créer des richesses permettant un autofinancement du fonctionnement, partiel, de l'installation d'épuration.

Le lagunage exerce aussi une efficacité certaine quant à la réduction de certaines substances nocives vis à vis des milieux naturels; des éléments tels que les phénols, hydrocarbures ou détergents voient leur teneur considérablement abaissée après passage dans un étang de stabilisation. De plus, on note une accumulation importante des métaux lourds dans les sédiments du bassin de tête. Ainsi, les effluents épurés ne contiennent pratiquement plus de substances toxiques.


2 - Elimination de la pollution microbienne.


C'est un avantage essentiel que présente le lagunage naturel par rapport aux autres techniques d'épuration. Le lagunage engendre, en effet, une élimination presque complète des germes tests de contamination fécale et des micro-organismes pathogènes. On a également constaté l'élimination des mycobactéries, salmonelles et staphylocoques dorés. Ces résultats sont très importants et montrent l'efficacité de l'épuration par ce moyen (abattement de 4 à 5 unités log 10). Cet abattement est fondamental car il permet la valorisation des effluents épurés à des fins aquacoles et agricoles.

D'autre part, en ce qui concerne les virus, les investigations entreprises sur certaines stations d'épuration ont montré qu'il existait de fortes présomptions pour que l'infectivité virale soit également réduite dans de très fortes proportions.

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Exploitation et suivi du lagunage



1 - Exploitation


Elle est relativement simple par rapport à une station classique. Des interventions sont cependant nécessaires, il faut :

- surveiller certains équipements (ouvrages de prétraitement)
- entretenir les digues en procédant à un arrachage régulier des herbes et roseaux
- enlever les boues du premier bassin. Cette opération doit être réalisée tous les 12 ans environ. Ces boues pourront être valorisées pour leur utilisation en agriculture.


2 - Suivi de la qualité des eaux : le centre de recherches


Simultanément à la réalisation de l'unité d'épuration des eaux usées à Mèze, il y a été créé un centre de recherche et d'expérimentation dont les objectifs tiennent en deux propositions :

- contrôle, compréhension, amélioration de l'épuration réalisée par le lagunage naturel et écotechniques dérivées.
- exploitation et valorisation des sous-produits issus du procédé.

A cette fin, depuis la mis en route de la station (mai 1980), des échantillons sont ainsi prélevés (200 par mois) à intervalles réguliers et en divers points de l'ensemble des bassins, par des équipes de chercheurs (physico-chimie, bactériologues, biologistes). Cette opération est très importante; elle conditionne des interventions efficaces sur le terrain en cas de dysfonctionnement.

La masse d'informations ainsi prélevée a permis de mettre en évidence de nombreuses corrélations entre les paramètres étudiés. L'usage de moyens informatiques puissants a permis de réduire de façon considérable le nombre de mesures à réaliser et la mise au point d'un protocole simplifié (à employer pour l'optimisation du suivi d'une station d'épuration par lagunage naturel) permet actuellement une grande maîtrise du processus épuratoire.

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Les crises dystrophiques ou malaigues


L'eutrophisation est un phénomène naturel selon lequel la production primaire d'un plan d'eau augmente suite à un enrichissement en éléments nutritifs du milieu. Ces éléments sont représentés par l'azote et le phosphore qui déterminent le développement de la flore aquatique.

Quand les apports en azote et en phosphore, et en matière organique dans certains cas, deviennent excessifs, les processus naturels se modifient et il se produit un bouleversement écologique aux conséquences néfastes : disparition de certaines espèces au profit d'espèces plus opportunistes. C'est le phénomène d'hyper-eutrophisation. Il se manifeste par une augmentation accrue de la biomasse et une régression de la biodiversité.

Dans les plans d'eau stagnants, et notamment les lagunes littorales peu profondes, le phénomène d'hyper-eutrophisation peut évoluer en crises dystrophiques ou malaigues.

Au début de l'été, lorsque les algues et notamment les ulves, occupent pratiquement toute la colonne d'eau, les fortes températures, l'éclairement intense entraînent leur dégénérescence. Cette dégradation se traduit par une forte consommation d'oxygène et un dégagement d'hydrogène sulfureux sur le fond en raison de l'activité des bactéries aérobies et sulfato-réductrices.

Par la suite, des bactéries sulfoxydantes développent et dégradent l'hydrogène sulfuré. La diminution du taux d'hydrogène sulfuré, éventuellement associée à une réoxygénation des eaux par le vent, permet le retour à des conditions favorables et au développement des organiques aérobies.

Le phénomène de malaigue permet donc une épuration du milieu en agissant sur les stocks en azote et en phosphore. En effet, la dégradation de la matière organique permet:

- une libération de phosphore (directement stocké dans les sédiments)

- une libération d'azote sous différentes formes, dont la forme gazeuse, entraînant alors un déséquilibre entre l'azote et le phosphore et l'existence d'un facteur limitant à la production primaire.

Ce phénomène représente donc une issue à court terme de l'hyper-eutrophisation. Il convient, pour éviter cela, d'éviter le confinement des milieux lagunaires. Pour cela, il convient d'agir à deux niveaux:

- l'hydrodynamisme de l'étang : en favorisant les mouvements hydrauliques, le milieu ne stagne pas, la végétation est plus diversifiée et moins dense,

- les apports du bassin-versant : en réduisant les rejets en éléments nutritifs, le confinement est ainsi retardé.

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Conception des installations


La conception du bassin de lagunage doit :

- permettre l'activité photosynthétique avec une surface adaptée à ce besoin;
- permettre, par l'adaptation des volumes disponibles, la dégradation des matières organiques pendant un temps de séjour convenable;
- faciliter les phénomènes hydrauliques et de dilution par un écoulement permanent, sans zones préférentielles ou non renouvelées;
- assurer un écoulement permanent en assurant l'étanchéité des bassins, soit par la mise en œuvre correcte du milieu naturel, soit en place, soit par rapport ou par l'emploi de matériaux synthétiques.

La majorité des ouvrages ou publications préconisent d'une part, une surface de 10m² par équivalent/habitant, d'autre part, un volume de bassin constant. Si ces données semblent simples, elles permettent néanmoins d'approcher un ordre de grandeur des emprises lors des premières investigations. Celles-ci doivent être suivies par des études approfondies en tenant compte des nombreux facteurs en présence.

En effet, l'épuration est due à une action bactérienne induite par un apport d'oxygène dû à l'activité photosynthétique, dont la productivité globale, très influencée par la température et la durée de luminescence, peut varier en France dans une proportion de 1 à 6. L'établissement d'un projet doit donc tenir compte de divers éléments :


1 - Les conditions climatiques


Le vent : il faut connaître l'intensité et la direction des vents dominants qui favorisent l'oxygénation des eaux des bassins, mais qui peuvent aussi dégrader les digues par batillage.

La température : elle intervient dans les calculs de dimensionnement des installations. Les moyennes mensuelles devront être connues pour les 5 dernières années.

L'évaporation : dans certaines régions, elle est très intense en période estivale (10 à 15 mm par jour). Elle diminue le débit des effluents traités et augmente donc la charge à l'hectare. Elle peut être néfaste et doit donc être prise en compte lors des calculs du dimensionnement des différents bassins.

La pluviométrie : elle doit être connue pour le calcul de la hauteur des digues, afin d'éviter tout risque d'inondation.


2 - Les effluents


La population : il faut la définir avec précision, qu'elle soit raccordée au réseau ou raccordable ultérieurement, qu'elle soit saisonnière ou sédentaire.

Le débit : il est, en principe, compris entre 150 et 200 litres par habitant et par jour.

La charge organique : exprimée en DBO5, elle intervient dans le dimensionnement des installations; elle doit être connue avec précision.

Les concentrations bactériennes : elles varient peu : dans 100 ml d'effluent, on trouvera ,en moyenne, 108 coliformes totaux, 107 coliformes fécaux, 106 streptocoques fécaux, 102 salmonelles.

Rappelons que les traitements primaires et secondaires traditionnels ne modifient pratiquement pas les teneurs en germes; seul le procédé du lagunage naturel permet un abattement considérable des concentrations en bactéries (de 104 à 105).

Par ailleurs, la nature de l'effluent dépend de la qualité du réseau. Si les effluents en provenance des réseaux séparatifs sont les plus adaptés à ce traitement, ceux amenés par un réseau unitaire ne sont pas à exclure, à condition de bien dimensionner les bassins d'épuration. D'autre part, un réseau trop étendu peut nuire à la qualité des effluents, car il peut se produire, à l'intérieur des conduites, des réactions de réduction entraînant des odeurs désagréables.

Les contraintes relatives aux conditions climatiques, à la qualité de l'effluent et à la nature du réseau ayant été examinées, il faut ensuite étudier sur le terrain, celles qui sont dues au site.


3 - Les installations


La dimension des bassins : l'expérience acquise au Centre de recherche de Mèze a permis de mieux comprendre le fonctionnement de cette écotechnique et par conséquent, optimiser le dimensionnement des bassins, afin de garantir un rendement épuratoire maximum.

La forme des bassins : elle doit être hydrodynamique pour faciliter la circulation des effluents et éviter les zones mortes.

La profondeur d'eau : elle peut varier de 1.50 m (limite de pénétration de la lumière) à 1 m, pour éviter la poussée de végétaux supérieurs.

Les digues : elles ont en général une largeur de 3 m à la crête (passage de véhicule). Un enrochement constitué de gros galets évitera les risques d'érosion par batillage et la pousse de végétaux parasites.


4 - Les prétraitements


Simples et rustiques, ils seront installés en tête de la station. Ils comprennent :

- un dégrillage grossier, pour éliminer les flottants et les matériaux non biodégradables,
- une décantation des grosses particules dans un chenal d'une dizaine de mètres environ,
- une récupération des surnageants.

Il faut également prendre soin de l'aménagement des circulations d'effluents et notamment :

- de l'arrivée des effluents dans le premier bassin,
- des ouvrages de communication,
- de l'ouvrage d'évacuation.

L'impact des rejets dans le milieu récepteur doit également être pris en compte, afin d'être compatible avec les activités et le milieu naturel existant.


5 - Aménagement du site


En matière d'aménagement, le problème est de concilier les données du milieu existant et les impératifs techniques (surface de bassins, ouvrages de prétraitement...) afférents au bon fonctionnement du dispositif épuratoire. Une station d'épuration par lagunage n'est pas seulement une station étudiée pour le traitement des eaux usées, mais elle peut aussi être conçue comme un site intégré au paysage par les formes des bassins, des plantations...

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Applications


L'épuration par lagunage convient particulièrement bien aux agglomérations de petite et moyenne importance (bien que des installations comprenant des bassins de plusieurs centaines d'hectares soient actuellement en service à travers le mode).

Lorsque les terrains nécessaires sont disponibles, l'établissement d'un ensemble de bassins de stabilisation présente les avantages suivants, par rapport à une station conventionnelle : simplicité de mise en œuvre, fiabilité du traitement, élimination de la pollution microbienne, très bonne adaptation aux variations saisonnières, facilité d'exploitation, absence de consommation d'énergie et d'utilisation de produits chimiques, faible coût de fonctionnement, possibilité d'aménager le lagunage afin d'intégrer les plans d'eau dans le milieu naturel, valorisation de la biomasse planctonique à des fins aquacoles ou énergétiques, irrigation et fertilisation des terres avec l'eau épurée.

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