T.6 Filtres plantés

Les filtres plantés sont des lits filtrants plantés de végétaux marécageux (macrophytes). Ce sont des zones humides artificielles conçues pour filtrer et traiter différents types d’eaux usées en imitant les processus que l’on trouve dans les milieux naturels.

Les filtres plantés peuvent traiter efficacement les eaux usées brutes ou issues d’un traitement primaire ou secondaire, ainsi que les eaux grises. Les deux principaux types de filtres plantés sont les filtres à écoulement horizontal (ou filtres horizontaux) et à écoulement vertical (ou filtres verticaux). Le système dit « français » est constitué de deux filtres verticaux en série. Dans ce type de technologie de traitement, le gravier agit comme un matériau filtrant permettant de réduire la teneur en matières sèches, en favorisant le développement de la biomasse. Il sert également de substrat pour la végétation. La différence majeure entre les filtres horizontaux et verticaux, en dehors du sens de l’écoulement des eaux, est liée aux conditions d’aération. Les filtres plantés sont résistants, parce que leur fonctionnement est moins sensible aux variations de charge que d’autres technologies de traitement des eaux usées.

Considérations sur la conception

La conception des filtres plantés dépend de l’objectif de traitement ainsi que de la quantité et de la qualité des eaux usées ou des boues à traiter. Elle peut se faire avec des filtres en parallèle ou en série. Un prétraitement [PRÉ] et un traitement primaire fiable et efficace (par ex. T.1 ou [T2]) sont essentiels pour éviter le colmatage du matériau filtrant. Le système à deux filtres verticaux en série peut recevoir des eaux usées brutes et ne nécessitent aucun prétraitement. Les filtres horizontaux peuvent être alimentés de façon continue et les processus anaérobies y sont prédominants. À l’inverse, les filtres verticaux doivent être alimentés de façon intermittente (plusieurs fois par jour), ce qui implique un stockage des eaux usées. Les phases d’alimentation et de ressuyage se succèdent pour maintenir des conditions aérobies dans le filtre. Les eaux sont distribuées uniformément à la surface du filtre par bâchée. Si la topographie le permet, l’intermittence du flux peut être réalisée au moyen de siphons, ce qui permet d’éviter le recours à une pompe. Les jours d’utilisation doivent être alternés avec des jours de repos pour permettre le ressuyage des matières solides filtrées, et le rééquilibrage du niveau d’oxygène dans le matériau filtrant. Les eaux usées entrantes sont alors orientées vers un autre filtre. On utilise donc généralement 2 à 3 filtres en parallèle pour permettre un usage en continu. Les spécifications (granulométrie, etc.) du sable et du gravier utilisés pour la couche de substrat principale sont déterminantes pour l’efficacité du traitement dans les filtres verticaux. Le dimensionnement dépend principalement de la charge organique (demande chimique en oxygène par m² par jour) et de la température minimale annuelle. Les plantes sont choisies pour leurs racines profondes et leur capacité à s’adapter à un environnement humide avec un sol légèrement salin et riche en nutriments. Les Phragmites australis ou communis (roseaux) ou les Echinochloa pyramidalis sont souvent choisis parce que leurs rhizomes forment un réseau efficace pour maintenir la perméabilité du filtre indispensable à une filtration continue et à la réduction des risques de colmatage.

Matériaux

Les filtres plantés peuvent être construits en utilisant des matériaux locaux, mais l’approvisionnement en sable et en gravier (avec la granulométrie et la propreté requises) est souvent problématique. Les autres matériaux nécessaires sont notamment un revêtement étanche, des plantes et un siphon ou une pompe pour l’alimentation séquentielle. Il n’existe pas de modèles préfabriqués.

Contexte

Les filtres plantés ont besoin d’une alimentation continue en eaux usées pour fonctionner et ne sont donc appropriés que pour traiter les effluents des systèmes d’assainissement utilisant de l’eau. Ils offrent une solution durable lorsque qu’il y a suffisamment d’espace et que l’on recherche une solution de traitement à long terme. Les plantes mettent du temps à se développer et, par conséquent, il faut attendre un certain temps avant que le filtre atteigne une bonne performance. Cette technologie n’est donc pas adaptée à la phase de réponse aiguë d’une urgence, mais plutôt aux phases de stabilisation et de relèvement comme solution à long terme.

Fonctionnement et entretien

En général, les exigences en matière de fonctionnement et d’entretien sont faibles. L’entretien régulier le plus important consiste à retirer les produits de prétraitement et les boues primaires des technologies situées en amont des filtres verticaux et horizontaux. Pour le système à deux filtres verticaux en série, l’alimentation doit être alternée chaque semaine entre les premiers lits des différentes lignes de traitement. Les conduites de répartition doivent être nettoyées une fois par an afin d’éliminer les boues et le biofilm qui pourraient entraîner des colmatages. Au cours de la première saison de croissance des plantes, il est important d’éliminer les mauvaises herbes qui peuvent concurrencer les espèces végétales plantées.

Santé et sécurité

Dans des conditions normales de fonctionnement, les utilisateurs n’entrent pas en contact avec l’influent ou l’effluent. Les produits de prétraitement et les boues primaires doivent être manipulés avec précaution, car ils contiennent des niveaux élevés d’agents pathogènes. Les installations doivent être conçues et localisées de manière à ce que les odeurs (provenant principalement du traitement primaire) et les éventuels moustiques ne gênent pas les habitants.

Coûts

Comme les filtres plantés fonctionnent de façon autonome, leur coût sur la durée de vie est nettement inférieur à celui des systèmes de traitement conventionnels. Si l’on considère le coût total d’un système d’assainissement, les réseaux d’égouts représentent un coût bien plus élevé que les filtres plantés. Les principaux coûts de fonctionnement et d’entretien sont liés à la vidange des boues primaires et au coût de l’électricité en cas d’utilisation d’une pompe pour l’alimentation séquentielle. Le coût du renouvellement du média filtrant (environ tous les 10 ans) doit également être pris en compte. Les filtres plantés nécessitent beaucoup d’espace et ne sont donc pas recommandés lorsque le prix du terrain est élevé.

Aspects sociaux

En général, cette technologie est facilement acceptée par les habitants et n’a besoin que d’un minimum de moyens techniques. Le fonctionnement et l’entretien nécessitent l’intervention d’une main-d’œuvre qualifiée.

Critères de décision clés

Produits entrants

Eaux noires
Effluent
Eaux grises

Produits sortants

Biomasse
Effluent

Phase d'urgence

Stabilisation +
Relèvement + +

Caractéristiques des sols

Peu contraignantes

Niveau d’application

Ménage +
Voisinage + +
Ville + +

Avec et sans usage d’eau

Avec usage d’eau

Niveau de gestion

Ménage +
Partagé + +
Public + +

Complexité technique

Moyenne

Espace requis

Élevé

Objectifs et caractéristiques clés

Abattement des MES et des matières dissoutes. Nitrification.

Forces et faiblesses

  • Faibles exigences en matière de fonctionnement et d’entretien
  • Ont de bonnes performances de traitement et sont résistants aux variations soudaines de charges organique et hydraulique
  • Adaptables aux conditions locales
  • Longue durée de vie et valorisation possible des végétaux faucardés
  • Nécessitent une grande superficie
  • Risque de colmatage en fonction de la performance du prétraitement et du traitement primaire
  • Pompe requise pour alimenter les filtres verticaux si une alimentation gravitaire n’est pas possible
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