Des minéraux pour résoudre certains problèmes de traitement des eaux

,AGS-BMP

Depuis plusieurs années, les problèmes d’environnement, sous la pression de l’opinion publique, des pouvoirs publics et des différents acteurs du marché, font l'objet de nombreuses études dans le domaine des installations et produits de traitement des eaux.

Nous traiterons ici de l'utilisation de minéraux dans le traitement des problèmes d’eutrophisation des eaux (lacs, rivières...) et comme substrats pour réactions biologiques (pisciculture...).

Nombres de plans d’eau et rivières souffrent d’un phénomène bien connu d’eutrophisation.

Outre la technique traditionnelle de dragage des étangs, l'épandage de craie pour le traitement des eaux est une technique qui se développe depuis une trentaine d’années.

Traitement des eaux des rivières, étangs, lacs, lagunes et eaux de sources

L'objet de cet article est de préciser les techniques d’application, le mode d'action de la craie et d’en évaluer les performances. AGS-BMP extrait et transforme dans le bassin parisien une craie commercialisée sous le nom de Crétaclair et adaptée au secteur du traitement des eaux. Il s'agit d'un produit naturel d’origine planctonique formé au moment du retrait des mers à la fin de l’ère tertiaire (crétacé supérieur) c'est-à-dire il y a 60 millions d’années. Le Crétaclair est un carbonate naturel de type amorphe d'origine sédimentaire constitué d’environ 90 milliards de coccolithes/gramme (algues marines calcifiées) d'un diamètre moyen allant de 2 à 8 microns. La surface développée est d’environ 2,5 m²/g. D’une pureté et d'une granulométrie parfaitement contrôlées, c'est une poudre très fine, blanche, facilement dispersable dans l'eau.

Techniques d’application

Le traitement consiste en un épandage de craie à la surface des eaux. La craie peut être épandue sèche ou diluée dans l'eau.

Le traitement peut s’effectuer toute l’année, mais il est cependant conseillé d’éviter les périodes d’alevinage. Les époques les plus favorables sont, en France, de septembre à novembre et de mars à mai.

L’épandage d’automne est plus efficace car il a pour effet de dégrader les matières organiques de l’été et de réduire le développement des algues bleues et vertes.

Les doses recommandées sont en moyenne :

- pour les traitements préventifs : 2 à 3 t/ha
- pour le premier traitement curatif :
  * en rivières, étangs ou eaux de sources : 4 à 5 t/ha
  * en lagunes, lacs : 2 à 3 t/ha
- pour les traitements d’entretien : 2 à 3 t/ha

Mode d’action

Le Crétaclair offre une action globale sur les caractéristiques physiques et chimiques de l’eau et sur les sédiments.

En neutralisant l’acidité de l’eau, il permet au milieu de retrouver son pouvoir tampon. En effet, au cours du cycle des saisons et des alternances jour/nuit, les différences d’activité du phytoplancton modifient la teneur en oxygène dissous et le pH de l’eau. Ce phénomène est empêché par le pouvoir tampon de l’eau qui stabilise le pH et offre le milieu adéquat au développement de la vie.

En modifiant les caractéristiques d’oxydo-réduction et de conductivité du milieu, l’adjonction de ce produit permet la floculation des particules les plus fines. La valeur de turbidité peut ainsi être réduite de 15 à 60 %. Plus transparente, l’eau favorise ainsi la flore. Cette action est accompagnée d’une minéralisation de certains phosphates solubles et, de ce fait, la transformation rapide de matières premières en matières minérales produit les effets suivants :

- Une réduction importante des vases (surtout en cours d’eau) ;  
- Une meilleure activité des herbiers par apport de sels minéraux ;  
- Une augmentation du taux d’oxygène dissous par activation de la photosynthèse.

De plus, le Crétaclair fluidifie la vase qui est donc plus facilement transformable pour les organismes vivants. D’autre part, sa grande surface de contact (2,5 m²/g) offre de nombreux sites de fixation pour les bactéries. Celles-ci ont alors une fonction de décomposition aérobie des matières organiques et de l’ammoniaque. Le remplacement des bactéries anaérobies par une vie aérobie stoppe rapidement la formation de gaz comme l’hydrogène sulfuré responsable des mauvaises odeurs.

En conclusion, les différentes actions de ce produit contribuent à favoriser l’équilibre de l’écosystème et conduisent à une croissance plus rapide des poissons qui se développent dans un milieu plus oxygéné et plus riche en nutriments.

Évaluation des performances

Les études en laboratoire et l’analyse des résultats obtenus sur des sites naturels ont donné en moyenne les résultats suivants :

- du 4ᵉ au 9ᵉ jour : un éclaircissement de l’eau ;  
- du 10ᵉ au 21ᵉ jour : une transformation physique des vases, un changement de couleur, un aspect plus léger, un blocage de l’ammoniaque, de certains phosphates et de l’hydrogène sulfuré, une disparition des odeurs et une meilleure oxygénation par le développement d’une microflore.

Des études de notoriété et de satisfaction client ont mis en évidence les points suivants :

- 90 % des prescripteurs (Conseil supérieur de la pêche, Directions départementales de l’agriculture et de la forêt, Directions régionales pour l’environnement...) connaissent l’usage de la craie et en reconnaissent majoritairement les effets positifs.  
- 85 % des utilisateurs sont satisfaits ou très satisfaits et ceux qui n’ont pas obtenu les résultats escomptés pensent majoritairement avoir mal utilisé le produit.  
- 70 % des utilisateurs ont fait appel à des sociétés spécialisées d’application.

Traitement des eaux par réacteurs biologiques (utilisation en pisciculture)

Nombre d’écloseries modernes à élevage intensif ont pu voir le jour ces dernières années grâce au développement de l’utilisation de réacteurs biologiques permettant l’utilisation d’eau en circuit fermé.

Principe de fonctionnement

Dans le cadre d’un fonctionnement en circuit fermé, il convient d’assurer :

- la circulation de l’eau  
- la filtration mécanique de l’eau  
- la stérilisation de l’eau  
- la réaction biologique

Typiquement, les installations se présentent sous la forme décrite dans la figure 1. Nous ne traiterons ici que du fonctionnement des réacteurs biologiques.

Lorsque la teneur en ammoniaque (toxique pour les poissons) dans l’eau brute est permanente et dépasse quelques centaines de ppb, on doit utiliser des bactéries spécialisées dites nitrifiantes. Ces bactéries autotrophes et aérobies se multiplient sur un milieu exclusivement minéral sans apport organique exogène et riche en oxygène dissous.

La réaction de nitrification comprend deux étapes :

La nitritation : NH₄⁺ → NO₂⁻ ;

55 NH₄⁺ + 76 O₂ + 109 HCO₃⁻ → C₅H₇NO₂ + 54 NO₂⁻ + 104 H₂CO₃ + 57 H₂O.

La nitratation : NO₂⁻ → NO₃⁻ ;

400 NO₂⁻ + NH₄⁺ + HCO₃⁻ + 195 O₂ → C₅H₇NO₂ + 3 H₂O + 400 NO₃⁻ + 2 H₂CO₃.

Ce qui donne le bilan réactionnel suivant :

NH₄⁺ + 1,86 O₂ + 1,98 HCO₃⁻ → 0,021 C₅H₇NO₂ + 1,041 H₂O + 0,98 NO₃⁻ + 1,88 H₂CO₃.

Le taux de croissance des bactéries nitrifiantes, et par voie de conséquence le rendement de nitrification, est fonction de la température, du pH, du niveau de concentration des substrats (azote, oxygène…) et de la nature des supports bactériens. Quel que soit l’apport journalier effectué, les performances de ces réacteurs (mesurées en quantité de NH₄⁺ dégradée par 24 heures) baissent considérablement dès que la concentration dépasse 20 mg/l.

Différents substrats utilisés

Les substrats minéraux les plus généralement utilisés sont :

• la zéolithe ;
• les argiles calcinées (type Biogrog…) ;
• les argiles expansées (type Arlita…).

AGS-BMP fabrique et commercialise le Biogrog N et le Biogrog Léger (dont la densité est plus faible et la porosité de surface plus élevée) en différentes granulométries. Il s’agit d’une argile calcinée qui se présente sous la forme de grains d’une pureté et d’une granulométrie parfaitement contrôlées (typiquement 2-5 mm, 5-10 mm…). Ces produits sont inertes chimiquement, ne relarguent pas de fines lors du « backwash » et ont une importante surface accessible aux bactéries du fait de leur irrégularité de surface.

Des études ont été menées par l’Ifremer dans les conditions suivantes :

Dans une installation expérimentale composée de bacs cylindroconiques de 500 l couplés à des filtres biologiques constitués d’une colonne en PVC garnie de 30 l de Biogrog N. L’aération de la colonne assure la circulation de l’eau par effet « air-lift » et donne un débit de recirculation d’environ 30 % par heure du volume du bac. Les bacs sont remplis d’eau de mer filtrée à 10 µm, de salinité 37 ‰ et dont la température est maintenue à 22 °C.

Les filtres utilisés ont été préalablement activés et sont capables de dégrader 2 mg/l d’azote ammoniacal en 24 heures. Tous les jours les concentrations en azote ammoniacal (N/NH₄⁺) et azote nitrite (N/NO₂⁻) sont mesurées et des ajouts de chlorure d’ammonium et de nitrite de sodium sont effectués afin de les ramener aux niveaux indiqués ci-contre :

Parallèlement les concentrations de nitrates sont mesurées. Les résultats obtenus sont démontrés dans les figures 2 et 3.

Pour les valeurs d’ensemencement testées, l’inhibition de l’activité des populations bactériennes nitrosantes a lieu pour un taux de nitrate voisin de 20 mg/l.

L’accumulation de produits de métabolisme tels que les nitrates occasionne à terme un arrêt du processus de nitrification. Il est donc conseillé, en cours d’élevage, de faire un apport partiel d’eau neuve lors du « backwash » quotidien d’un filtre à sable afin de maintenir une concentration en nitrates inférieure à 20 mg/l. Dans le cas du maintien de l’activité d’un filtre biologique entre deux cycles d’élevage, il convient d’effectuer un apport de substrat nutritif (2 mg/l de NH₄⁺ par jour) et une vidange complète du filtre avec remise en eau neuve tous les dix jours. Il est à noter qu’en milieu organique, le blocage de la réaction a lieu pour des concentrations beaucoup plus élevées (de 50 à 100 mg/l).

D’autre part, mention doit être faite concernant l’Arlita. Il s’agit de billes d’argile expansée de granulométrie parfaitement maîtrisée (typiquement 3-8 mm…) dont la surface micro-poreuse permet la fixation et le développement des bactéries nitrifiantes. Inerte chimiquement, exempte de fines et facile à manipuler, l’Arlita allie efficacité et facilité d’utilisation.

Conclusion

Il existe une gamme de produits novateurs pour le traitement des eaux pour satisfaire la demande croissante de solutions techniques efficaces et économiques de produits de traitement des eaux.

Respectueux de l’environnement, ces produits naturels et parfaitement contrôlés apportent des solutions écologiques aux problèmes des utilisateurs.