Principe de fonctionnement

La technique des filtres plantés de macrophytes est un développement récent ; apparu en France dans les années 80 avec une évolution croissante depuis 1997. Il s'agit d'une technologie fiable et simple, permettant la gestion intégrale des effluents, plus précisément les eaux et les boues.

Les bassins de plantes aquatiques offrent une alternative écologique, économique, durable et esthétique. Le principe est simple : les bactéries aérobies (qui ont besoin d'oxygène et ne dégagent pas de mauvaises odeurs) transforment les matières organiques en matière minérale assimilable par les plantes. En retour, les plantes aquatiques fournissent de l'oxygène par leurs racines aux bactéries.

Son potentiel d'intégration paysagère en fait une image ressentie comme « naturelle » facilitant son acceptation par les habitants.

Les filtres plantés sont des systèmes dits à « cultures fixées sur support filtrant ». Le traitement est réalisé selon le principe de l'épuration  biologique, aérobie et anaérobie, dans des milieux granulaires fins à grossiers.

La filière hybride est un système extensif, qui peut prendre de la place (30m² pour 6 e.h. par exemple), mais qui s’intègre parfaitement au paysage, et qui ne nécessite peu ou pas d’entretien (vidanges évitées et débroussaillage une fois par an). Ses performances, aussi bien en assainissement collectif ou non-collectif, sont très élevées par rapport à une station d’épuration commune, La gestion d’une station de ce type ne demande qu’une gestion allégée, ainsi qu’un faible coût d'exploitation.

Ce système à été étudié pour qu’à chaque niveau de la mise en place des lits et du traitement des effluents, l’impact sur l’environnement soit minimal. Les boues produites en amont des filtres sont donc gérées par compostage et les effluents rejetés, assaini au niveau « eau de baignade »

Le dispositif hybride a plusieurs avantages indispensables selon nous qui le différencient des autres dispositifs : Le traitement des boues possible L’alternance des conditions aérobie/anaérobie Le volume de rétention d'eau

Fonctionnement du lit planté hybride

On parle souvent pour ce type de système de ”Phyto-épuration” mais c’est en fait un terme trompeur, car l’épuration se fait principalement par les micro-organismes qui se fixent aux racines des végétaux plantés et au substrat filtrant.

Les différents processus de traitement : La minéralisation : compostage des boues (humidité, aération) La nitrification : conditions aérobie (filtration verticale) La dénitrification : Conditions anaérobie (saturation en eau) La déphosphatation : rétention sur substrat (granulats argileux)

L'ensemble du dispositif de traitement comporte différents stades :
- collecte intégrale des tous les effluents vers le dispositif de refoulement
- homogénéisation par pompe dilacératrice
- refoulement des eaux brutes de façon discontinue sur le premier étage des lits plantés
- Filtration verticale à Travers du premier lit planté sous conditions d’aérobie
- Filtration horizontale à travers un deuxième lit planté avec rétention temporaire de l'effluent sous conditions d’anaérobie
- Évacuation vers l'exutoire et restitution au milieu hydraulique local.

Le traitement est réalisé selon le principe de l'épuration biologique, aérobie et anaérobie, dans des milieux granulaires fins à grossiers.. Ces boues sont minéralisées à la surface du lit filtrant par des micro-organismes dans des conditions d'aérobie.

L'ensemble du dispositif d'épuration est parfaitement isolé du sous-sol par membrane imperméable ; ainsi, aucun rejet ne peut s'effectuer avant traitement complet de l'effluent.

La collecte consiste à acheminer l'effluent brut d'origines diverses : domestique, agricole, viticole ou industrielle, vers le dispositif de traitement.

Le poste de refoulement a pour fonction de contrôler les volumes introduits sur le premier lit filtrant. Constitué d'un poste de relevage avec pompe dilacératrice ou d'une chasse automatique à flotteur pendulaire, cet appareil permet d'instaurer des périodes d'alimentation et de repos. L'objectif de cette alternance est de minimiser le colmatage du filtre grâce à la minéralisation de la matière organique accumulée à sa surface.

Le filtre vertical planté : traitement des boues et de l’azote.

Premier étage du traitement à flux vertical, et caractérisé par sa végétation dense en roseaux. Son objectif est d'effectuer un traitement primaire par rétention des matières en suspension (boues) et par une aération intensive de l'effluent. Alimenté en surface par un dispositif de distribution, assurant une dispersion uniforme sur l'ensemble du lit, l'effluent percole verticalement à travers le substrat. Cette première étape de filtration retient les matières en suspension à la surface du lit. Une accumulation des boues en résulte, lesquelles seront minéralisées par la suite.

L’écoulement des eaux se fait verticalement à travers le substrat de filtration composé de billes d’argile naturelles et concassées de granulométrie 4/8mm. Ces billes d’argile sont un lieu d'accrochage pour les micro-organismes. La granulométrie croissante dans le sens de l'écoulement couplée à un réseau de drainage au fond du bassin renforce les phénomènes d'aération par diffusion à travers le substrat. Elles ne réagissent pas avec l’eau, elles constituent donc un substrat bactérien idéal par leur porosité.
L’effluent prétraité est ensuite drainé au fond du bassin par du gravier.

Le processus biologique utilisé : La dégradation biologique des matières dissoutes est réalisée par des micro-organismes fixés sur le substrat filtrant. Ce substrat non-saturé en eau et bien aéré permet la création des conditions d'aérobie à l'intérieur et à la surface du lit. L'oxygénation, phénomène primordial de ce type de filière, est obtenue par une alimentation par bâchées, créant un phénomène de convection lors des déplacements de l'eau dans le massif filtrant ainsi que par diffusion gazeuse, depuis l'atmosphère par la surface, lorsque la plage d'infiltration est dénoyée. Les drains, mis en contact avec l'atmosphère, assurent également un rôle important dans l'oxygénation du substrat par diffusion. Pour optimiser cette oxygénation et pour assurer l'utilisation de l'ensemble du réacteur biologique, chaque bâchée doit se repartir uniformément sur l'ensemble de la surface du lit filtrant.

Le rôle des roseaux sur cet étage est principalement mécanique. Le développement dense des tiges de roseaux qui partent des tiges souterraines (les « rhizomes ») et viennent percer la couche de dépôts superficiels, crée des cheminements qui se prolonge jusqu'à l'ensemble du système racinaire et de là à la couche drainante des filtres, évitant ainsi le colmatage même en cas d'apport d'eaux usées domestiques brutes, c'est-à-dire non décantées.

En outre, le système racinaire des roseaux constitue un habitat pour des microorganismes avec lesquels il vie en symbiose. Cette biomasse bactérienne, typique pour ce milieu aérobie, est largement responsable des processus d'épuration biologiques au sein du lit filtrant vertical.

Généralement, on observe une tendance à l'amélioration des rendements dans le temps des lits filtrant plantés à écoulement vertical.

Le filtre horizontal planté : dénitrification et rétention

Ce deuxième étage d'épuration à écoulement horizontal est complètement saturé en eau par le biais d'un système de rehausse pivotable (siphon), installé dans le regard de contrôle. Ce siphon ajustable en hauteur permet de régler le niveau du fil d'eau dans le bassin selon les besoins.

Des gabions de répartition en entrée et en sortie du filtre permettent une distribution ainsi qu'une récupération, à peu près homogène des eaux. Planté d'hélophytes, dont l'objectif reste toujours de créer une rhizospère dense et variée, favorisant un milieu apte au traitement des polluants envisagés.

Plus sensible au colmatage que le filtre à écoulement vertical, le filtre horizontal est alimenté en eau prétraité par le premier étage en amont. Les matières dissoutes sont dégradées dans le substrat de filtration par la biomasse bactérienne fixée sur celle-ci.

L'aération résulte uniquement des apports provenant des racines des macrophytes et de la diffusion gazeuse dans la partie non saturée superficielle. L'apport relativement faible en oxygène limite la croissance des bactéries aérobies hétérotrophe et autotrophe et, par voie de conséquence, instaure un milieu sélectif favorisant le développement d'autres micro-organismes. Des processus anaérobie interviennent en complément des échanges gazeux aéro-anaérobie au niveau des racines des macrophytes (l'effet « rhizosphère ») et participent à la dégradation des matières carbonées et à la transformation en formes réduites de l'azote.

L’eau décantée, libérée des MES, arrive par voie gravitaire, uniquement à l’entrée du bassin, alors que le drainage se fait à l’extrémité opposée. Elle passe à travers la rhizosphère, qui élimine les nitrates en se nourrissant de ces derniers.

Au-delà de l'aspect esthétique et leur rôle mécanique, les hélophytes contribuent indirectement à la dégradation des matières polluantes (dénitrification des composées azotées). L’assimilation des nutriments (phosphore et azote) est estimée à 1-5% de la charge entrante. L'intégralité des ces éléments n'est pas directement exportable dans la biomasse faucardable, mais se trouvent aussi piégés dans le système racinaire et adsorbé sur le substrat filtrant.

La croissance racinaire permet également un maintien ou une régulation de la conductivité hydraulique initiale. La croissance des parties racinaires forme des pores le long des racines limitant ainsi le risque de colmatage.

Le développement racinaire accroît la surface d'accroche pour la fixation des microorganismes et pour des réactions de précipitation. Les interactions entre microorganismes et le système racinaire est un concept connu mais encore mal documenté, parfois mentionné sous le terme de « l'effet rhizosphère ».

L'oxygène introduite par les parties aériennes est rejetée à l'apex des radicelles des plantes en milieu aquatique. Dans le filtre horizontal, l'apport d'oxygène par les macrophytes constitue la principale source d'oxygène.

La couverture foliaire préserve la surface des filtres de la dessiccation en été et atténue en hivers, l'impact négatif des faibles températures et le protège du gel.