Le traitement des boues d'épuration sur filtre planté de roseaux

30 decembre 2011 Paru dans le N°347 à la page 59 ( mots)

Rédigé par : André PAULUS

Le traitement des boues d'épuration sur Filtre Planté de Roseaux (FPR) constitue une solution intéressante à la problématique de la déshydratation et du traitement des boues d'épuration jusqu'à 10 000 EH actuellement en France, potentiellement 100 000 EH, sous réserve d'une conception et d'une réalisation adéquates. L?exemple de certains pays exploitant de grandes capacités montre que le procédé n?a pas encore conquis en Europe la part du marché correspondant à ses performances techniques et économiques.

[Photo : Station de Greve au Danemark. Capacité : 1000 TMS/an pour 60000 eh. Filière boues : dix filtres de traitement FPR. Constructeur Orbicon. , auteur de l’ouvrage « le filtre planté de roseaux ou le versant vert de l’épuration des eaux usées », Le Rouergue 2011]

Le filtre planté s'est développé en France dans deux directions : le traitement d’eaux usées et le traitement de boues d’épuration, avec des résultats très contrastés : nous avons actuellement environ deux mille stations de traitement d’eaux usées domestiques de 100 à 5 000 eh et trois cents traitements de boues entre 700 et 10 000 eh. Cependant, le champ d’application du traitement de boues s’étend progressivement aux grandes capacités avec quelques unités supérieures à 10 000 eh, deux records à 27 000 eh à Mèze et Honfleur.

Historiquement, le Cemagref a encadré l’introduction et la première diffusion nationale du procédé à partir d’une étude expérimentale menée en 1989-1992 à Bourg-

[Photo : Station de Helsinge au Danemark. Capacité : 630 TMS/an pour 42 000 eh. Filière boues : dix filtres de traitement FPR. Constructeur Orbicon.]

Argentan sur trois lits de 20 m² chacun alimentés par les boues biologiques d’une station à boues activées en aération prolongée. Six ans plus tard, en 1998, la SAUR, associée à la démarche dans le cadre d'un partenariat public-privé, avait quarante installations en service sur des capacités allant de 550 à 4 500 eh et des dimensionnements entre 4 et 5 eh/m² [Liénard, 1999].

L'application en déshydratation de boues activées est toujours la plus courante aujourd’hui, mais on observe également des utilisations sur des boues de lits bactériens (c’est le cas notamment du procédé Rhizopur® de Lyonnaise des Eaux) ou de bio-disques par exemple, avec des résultats plus mitigés.

Signalons d’emblée une dérive sur les dimensionnements et les performances, conséquence regrettable d’une concurrence exacerbée qui pousse les constructeurs à proposer des dimensionnements toujours plus faibles et des mises en œuvre toujours plus sommaires… avec des résultats toujours plus décevants : moyenne de 15 à 20 % de siccité au curage en France contre 30 à 35 % au Danemark. Du simple au double !

Filtre à eau / filtre à boues

Le traitement des boues sur filtre planté est basé, comme pour les filtres verticaux de traitement d’eaux usées, sur la séparation des molécules d’eau percolant vers le fond du massif filtrant et des MES arrêtées en surface. On retrouve les deux composants essentiels du procédé FPR, le granulat et le roseau, et dans des rôles similaires : le granulat assure le passage de l’eau ainsi que le contact entre les polluants dissous et les bactéries qui s’en nourrissent ; le roseau crée des chemins d’écoulement préférentiels et excrète de l’oxygène au profit des bactéries. Ici encore, le roseau assure ses fonctions non seulement dans le massif granulaire mais encore dans le dépôt de boues qui se constitue progressivement au-dessus du massif ; son système racinaire colonise l’un et l’autre.

Entre filtres à eau et filtres à boues, les principes épuratoires sont identiques et les fonctionnements différents : le filtre à boues accepte une charge organique beaucoup plus importante (2 à 3 fois plus), une épaisseur du dépôt plus élevée (jusqu’à 1,50 m contre 0,20 ou 0,30 m pour un filtre à eau), une périodicité de curage plus faible (cinq ans contre quinze ans pour un filtre à eau) ; il donne une qualité en sortie moindre qui impose de renvoyer les filtrats non dans la rivière mais en tête de station. En somme, le filtre à boues est la version intensive ou compacte du filtre à eau : davantage de charges et de dépôts au mètre carré… et plus de technicité, nous allons le voir.

Le massif filtrant

Le filtre de traitement de boues est construit selon les mêmes principes que le filtre de traitement d’eaux usées : gravier filtrant en haut, gravier drainant en bas, réseau de drains-aérateurs, plantation en roseau commun… Le filtre à boues présente néanmoins quelques différences sur le filtre à eaux primaires :

- gravier filtrant moins épais (0,30 m au lieu de 0,40 m), plus homogène (une seule couche), un peu plus grossier (gravier 3/6 au lieu de 2/6, par exemple) ;
- présence en surface d'une couche supplémentaire dont la nature et l'épaisseur varient avec le constructeur : 0,05 m de sable grossier, 0,10 m de compost, etc.

La composition du massif varie d’un constructeur et d’une station à l’autre. [Molle 2010] propose, sur une épaisseur totale de 0,55 m au point haut du radier :

- couche filtrante superficielle : sable fin ou compost 0,10 m
- couche filtrante principale : gravier 2/5 0,20 m
- couche de transition : gravier 15/25 0,10 m
- couche drainante : gravier 30/60 0,15 m.

La fonction principale de la couche filtrante est de retenir les MES en période de démarrage (peu de risque de colmatage en profondeur). L’intérêt est vraiment de fiabi-

[Encart : Un point de vocabulaire Nous parlerons de « traitement de boues » plutôt que de « déshydratation de boues » parce que le passage sur les lits à roseaux ne vise pas seulement l’élimination de l’eau : l’objectif principal est la dégradation des polluants contenus initialement dans les boues et récupérés sous la masse filtrante. L’appellation FPR est d’ailleurs plus floue. On parle aussi de « filtres à boues » par opposition aux « filtres à eaux » : c’est assez clair. Dans le traitement de boues, le dimensionnement par eh est basé sur l’hypothèse d’une production de matière sèche par équivalent-habitant, comprise entre 60 et 90 g MES/j selon les auteurs et les points de vue. Sauf indication contraire, nous raisonnerons en kg MES/an/m².]

4, 6 ou 8 filtres ?

La réalisation des filtres à boues s'inscrit en France dans un contexte de concurrence sur les prix qui incite les constructeurs à réduire non seulement la surface de filtration mais encore le nombre de filtres pour une même surface. On voit des stations importantes à six filtres [Lesavre, 2002] mais les installations à quatre filtres sont majoritaires… avec une siccité moyenne au curage de 13 % sur les boues par comparaison aux 30 % danois. Le nombre de filtres détermine à la fois le fonctionnement et la performance car il détermine le ratio temps d’alimentation/temps de repos. La multiplication des filtres allonge les temps de repos, donc d'oxygénation entre deux alimentations, donc la minéralisation des dépôts et le fonctionnement après repos. Le Cemagref [Liénard, 1995, 1999] recommande un strict minimum de quatre filtres pour une siccité des boues de 15 à 20 %. Les ingénieurs danois [Nielsen, 2002, 2003] obtiennent des siccités atteignant 40 % en fin d’été avec des configurations à huit filtres minimum et jusqu’à dix-huit filtres à la station de Skive, 123 000 eh. Ils constatent des dysfonctionnements sur des installations de quatre à six filtres pourtant correctement dimensionnées [Nielsen, 2004].

Outre la baisse de siccité, la réduction du nombre de filtres accélère le remplissage des casiers, gêne la colonisation des boues par les rhizomes (ceux-ci croissent moins vite que le massif, horizontalement et verticalement) et favorise le développement de zones non ou mal colonisées, donc mal drainées et mal oxygénées, donc sujettes au colmatage. Conclusion : la surface de filtration n’est pas seule en cause dans les problèmes de performance et/ou de fonctionnement, le nombre de filtres a également son importance. En particulier, la division en quatre filtres est insuffisante et explique en grande partie les contre-performances observées ici et là (pour une charge de 50 kg MS·m⁻²·an⁻¹).

Utiliser la filtration dès le début et de favoriser la formation de la couche de boues) et ainsi d'éviter un colmatage du filtre en profondeur au cours de la période transitoire précédant le développement des roseaux et des rhizomes. Le compost est un peu moins efficace de ce point de vue mais il présente par contre l’avantage d’offrir une meilleure continuité hydraulique et un meilleur substrat de croissance.

Configurations

Les Danois, inventeurs et toujours champions du procédé, ont adapté la mise en œuvre aux grandes capacités et adopté une configuration en grands bassins, allant jusqu’à plusieurs hectares d’un seul tenant, étanchés par une géomembrane générale et recoupés ensuite par des digues de séparation construites sur la membrane générale. Cette approche est parfois proposée en France (exemples : la station d’Andancette dans la Drôme, constructeur Sint-OTV ; la station de Villenauxe dans l’Aube, constructeur Jean Voisin) mais les entreprises s'en tiennent généralement à la formule initiale, coûteuse en prix mais économe en espace, des casiers en voiles de béton armé verticaux qui sont un signe distinctif du procédé dans son application française.

Le radier en hourdis non jointifs du brevet Saur, favorisant le drainage et l'aération du massif filtrant, est remplacé chez les autres constructeurs par un système plus conventionnel de drains remontés en surface, comme sur les filtres à eau. De même, les voiles périphériques en béton armé dépassant du sol de la conception française initiale sont remplacés sur les capacités plus importantes par un conditionnement en bassins en déblai étanchés par géomembrane, comme pour les filtres de traitement d’eau. Chaque solution a ses avantages et ses inconvénients, à comparer au cas par cas.

Extensif/intensif

Le traitement des boues sur filtre planté présente, sous des dehors de simplicité, une réelle complexité de conception, de dimensionnement et de gestion. Les processus sont naturels certes, mais ils sont mobilisés au maximum de leurs possibilités. D’où les contre-performances et les dysfonctionnements des constructeurs qui s'écartent des recommandations et sollicitent leurs filtres au-delà de leurs capacités.

[Photo : Coupe schématique d’un filtre de traitement de boues dans la configuration avec voiles verticaux en béton armé et drainage par canalisations]

[Encart : La station d’Andancette La station d’épuration d’Andancette dans la Drôme traite les eaux usées du Syndicat Intercommunal d’Assainissement du Pays d’Albon – SIAPA sur une filière eau de type boues activées – BA et une filière boues par Filtres Plantés de Roseaux – PR comprenant 8 filtres de 470 m² chacun et 16 filtres pilotes de 2 m² chacun sur lesquels le Cemagref dirige une recherche sur plusieurs années. Objectif : cerner l'incidence de la nature des boues (Boues Activées-BA épaissies ou non, Matières de Vidange-MV, mélanges BAMV), de la charge organique, de la fréquence d’alimentation, de la nature de la couche de filtration, du climat... sur les performances de déshydratation et de minéralisation des boues. Les couches filtrantes sont constituées de sable grossier ou de compost présélectionnés et alimentés à 25-30 kg MS/m².an en première année de fonctionnement ou phase de démarrage puis à des charges croissantes. Paramètres mesurés : le comportement hydraulique (vitesse d'infiltration, débit de ressuyage), la concentration en O₂ et CO₂ dans le massif filtrant, le potentiel redox, les performances de filtration, dessiccation, minéralisation. Les premiers résultats ont permis d’optimiser les règles de dimensionnement et de gestion des filtres à boues. L’étude confirme la supériorité des qualités mécaniques ou rhéologiques des boues extraites de lits de séchage plantés de roseaux par rapport aux boues de siccités comparables produites par d'autres procédés de déshydratation. Cet avantage a une cause : la structuration des boues par les rhizomes. Il a un effet : la facilité d’épandage. Autres avantages : le stockage pluriannuel des boues sur les filtres supprime les ouvrages et les opérations de stockage des procédés intensifs, diminue les contraintes sur l'épandage, améliore sensiblement le bilan carbone. Les résultats à Andancette sont présentés dans une première thèse de doctorat : Troesch S., Traitement et valorisation des boues et des matières de vidange par lits de séchage plantés de roseaux, 2009 consultable sur le site de l'ENPAC. Pour une synthèse moins volumineuse, voir sur le même site : Liénard A., etc., Traitement des boues par lits plantés de roseaux, EAT 2008. Les travaux se poursuivent sous l'égide d’un comité de pilotage conduit par le Cemagref ; ils feront l'objet en 2012 d'une nouvelle thèse, cette fois de Julie Vincent.]

[Photo : Station de Kolding au Danemark. Capacité : 1800 TMS/an soit 125 000 eh. Filière boues : treize filtres de traitement FPR. Constructeur Orbicon. La station boues activées est à gauche, les filtres plantés à droite. Treize filtres dont un fraîchement curé à l’extrême droite de la photo.]

tés. D'où les filtres colmatés, les roseaux nécrosés, les basculements en anaérobie, les boues à moins de 10 % de siccité.

Le concepteur doit fixer des paramètres nombreux et interdépendants : charge annuelle et journalière, ratio de charge par mètre carré de filtre, composition du massif filtrant, nombre et dimensions des casiers, type et dimensionnement du système d’alimentation, type et dimensionnement du système de drainage, circulations autour des filtres...

Le réalisateur est sollicité sur plusieurs plans : étanchéité des bassins, qualité des granulats filtrants, tenue dans le temps des matériaux, résistance aux sollicitations lors des curages...

Quant au gestionnaire, il doit prendre en compte notamment l’alternance entre périodes d’alimentation et de repos (différentes des filtres de traitement d’eau), la progressivité des mises en charge, les séquences interannuelles de mise en charge-régime-délestage-redémarrage après curage, les variations quantitatives et qualitatives des boues brutes...

L'expérience danoise montre que cela marche, quand on respecte les règles. L'expérience française montre que les erreurs et les sous-dimensionnements se paient, et lourdement. Globalement, les expériences danoise et française nous apprennent que le filtre de traitement de boues est une technique complexe, plus complexe que celle du filtre planté de traitement d'eau, plus proche de ce point de vue de l’intensif que de l’extensif. Cette complexité ne pose pas de problème quand ces filtres sont mis en œuvre sur des stations intensives, à boues activées par exemple, dont le personnel est formé et accoutumé aux systèmes sophistiqués. Il faut le savoir néanmoins et éviter de réunir les deux applications, traitement d’eau et traitement de boue, dans un seul et même paquet étiqueté « Simplicité ».

Le curage des filtres

Les filtres plantés bien conçus et bien gérés donnent des boues à 25 % de siccité, stabilisées au sens réglementaire du terme avec les avantages que cela comporte, notamment la facilité d’épandage et la faculté de stocker la boue sur la parcelle. Voir Liénard A., etc., Valorisation des boues traitées en lits plantés de roseaux, 2008. L’opération doit être programmée. Les impératifs de l’exploitant de la station (curage entre mai et juillet), de l'administration (délais d’instruction du Plan d’épandage), de l’entreprise de curage (plan de charge, congés annuels), de l’agriculteur (épandage entre moisson et labours) ne sont pas nécessairement compatibles. La prise en compte des contraintes de tous ces intervenants demande de la concertation, donc du temps.

Une installation bien conçue, tournant sur une dizaine de filtres, favorisera la mise en place et l’optimisation d’une routine de curage annuel (voire tous les deux ans avec six filtres), si possible par la même entreprise, dans le cadre du même Plan d’épandage et avec une tournante d’agriculteurs fidèles, scénario impensable sur une station FPR de traitement d’eaux usées à curage tous les quinze ans.

Les Danois gèrent leurs filtres de traitement de boues sur des séquences d’une dizaine d'années comprenant [Liénard 1999] :

1. montée en charge initiale de 2 à 2,5 ans, selon la saison de plantation ;
2. alimentation de routine pendant 4 à 8 ans ;
3. repos de 1 an favorisant la déshydratation et la montée de la siccité ;
4. curage entre mai et juillet facilitant la repousse des roseaux avant l'hiver ;
5. alimentation progressive pendant 2 ans, toujours pour ménager la repousse.

Dans ce cas, la durée de vie de l’installation peut être estimée à trois voire quatre cycles complets soit trente ans minimum.

Le côté économique

Le filtre planté dans sa configuration habituelle en casiers de béton armé est aussi cher en réalisation et moins cher en exploitation que le stockage de boues liquides en silos de béton armé avec ou sans épaississement des boues liquides car l’augmentation de siccité réduit les volumes donc les coûts de transport. Coût d'investissement dans les deux cas, valeur 2010 : 150 €/eh autour de 1000 eh y compris études, maîtrise d’œuvre, foncier...

Les techniques actuelles de déshydratation

[Encart : Le curage des filtres, conseils pratiques Le Cemagref a publié en 2007, dans le cadre d'une convention d’étude avec l'ADEME sur le traitement et la valorisation des boues et des matières de vidange par lits de séchage plantés de roseaux, sous la plume de François Thirion et le titre « Curage et épandage des boues issues des lits plantés de roseaux » une première recommandation basée sur le suivi d'une dizaine de chantiers de filtres à boues – exclusivement, pas de filtre de traitement d’eau dans le panel. Nous en retenons quelques conseils pratiques. Préparer l'opération une année à l'avance pour la gestion du dossier agronomique, administratif et financier. Préparer la période de repos du bassin à vidanger et prévoir le cycle de vidange de tous les bassins. Choisir une date favorable à la repousse des roseaux, en début d’été par exemple. Broyer les roseaux à l'épareuse avant curage ; dégager les recoins et points sensibles à la main. Veiller à la précision du curage et à l'absence de tassement par le godet. Vérifier l'implantation des rhizomes dans la couche laissée en place. Peser la boue enlevée (entièrement ou par sondages). Utiliser un épandeur à fort pouvoir de déchiquetage (zéro motte en épandage de fumier)]

[Encart : Les filières FPR-MV Le guide technique « Matières de Vidanges » du Cemagref et de l'Agence RM&C [Canler, 2009] distingue deux approches pour le traitement MV sur FPR : traitement séparé et en mélange avec des boues activées. Extrait. Stratégie 1 : traitement direct des matières de vidange L'idée consiste à adapter et transposer aux matières de vidange issues de l'assainissement non collectif le savoir-faire en traitement sur filtres plantés de boues de stations d'épuration d'eaux usées domestiques en aération prolongée, sachant que les MV, issues de processus de dégradation anaérobie de la matière organique, se présentent sous forme de fines particules non floculées dont la rétention en surface du massif filtrant sera difficile. Deux voies de recherche : - prétraitement par coagulation-floculation physico-chimique gonflant les particules – voir cahier FNDAE n° 30, - optimisation des caractéristiques de la couche filtrante : granulométrie plus fine, épaisseur plus importante… Stratégie 2 : traitement conjoint de matières de vidange et de boues activées de STEP Les matières de vidange ne sont pas introduites dans la filière eau de la station mais envoyées sur les filtres en mélange avec les boues activées issues du bassin d’aération prolongée de la station. Le mélange bénéficie du caractère naturellement floculé des boues activées […]. Cette technique permet d’augmenter les performances de filtration par rapport aux matières de vidange seules. Une étude d'optimisation du ratio BA/MV montre un gain notoire sur la floculation du mélange pour un ratio BA/MV de 4 (4 volumes de BA du bassin d'aération & une concentration moyenne d’environ 2,5 g de MES/l pour un volume de MV), et cela pour différentes qualités des matières de vidange.]

Le traitement des matières de vidange

Le traitement des Matières de Vidange-MV, c'est-à-dire des boues extraites des installations d’Assainissement Non Collectif-ANC est une des grandes problématiques de l'assainissement eaux usées de ce début du vingt-et-unième siècle, particulièrement en France où la dispersion de l'habitat rural génère un secteur ANC important (5 millions d’installations en 2006, 6 à 7 millions probablement avant 2020) que l'action des Services publics de l’Assainissement Non Collectif-SPANC va développer à court et moyen terme. Historiquement, les matières de vidange sont traitées sur la station d’épuration agréée la plus proche, habituellement une station de type boues activées de forte capacité. Cette solution s’impose encore très souvent mais on voit apparaître depuis les années 1990 des stations dédiées au traitement des MV… dont quelques-unes appliquent des procédés de type FPR. Cette application ouvre des perspectives intéressantes au filtre planté de traitement de boues. Elle présente en effet, dans sa gamme de capacité (actuellement jusqu’à 1000 m³ de MV/mois), les avantages de l'autonomie, de la protection de l'environnement, de l'économie.

Une solution autonome

Le traitement sur filtre planté de matières de vidange (FPR-MV) n’est pas dépendant d'une station d’épuration existante. Il peut se suffire à lui-même et être installé n’importe où, par exemple au centre géographique d'un secteur rural dépourvu de grosse station d’épuration urbaine ; c’est encore la meilleure manière de réduire les coûts de transport des MV. Le site doit satisfaire néanmoins quelques conditions élémentaires : présence d'un ruisseau recevant les effluents traités (si possible), réseaux EDF et AEP, desserte routière pour les vidangeurs, pas d’habitation à moins de 100 mètres…

Une solution « verte »

Sauf l’unité de dépotage et son bassin enterré, tous les ouvrages sont terrassés et au niveau du sol. L'impact sur le paysage est donc limité. Les bruits sont presque imperceptibles, les odeurs faibles et occa…

« naturelle » (par opposition aux techniques intensives de type filtre-presse ou centrifugeuse) peuvent se comparer comme suit, en termes d’efficacité :

filtres plantés sur boues liquides : siccité 25 % sur 5 ans ;
filtres non plantés sur boues liquides : siccité 30 % sur trois semaines, si la météo est favorable ;
rayonnement solaire sur boues pâteuses, sous serre : siccité 60 à 90 % sur quelques semaines.

Coûts d’épandage/valorisation de boues relevés dans le Lot en 2008 – en euros hors taxes par tonne de matière sèche (TMS), avec amortissement sur plusieurs années du plan d’épandage initial :

déshydratation mobile et compostage : 800 € HT/TMS
compostage : 700 € HT/TMS
épandage en sortie de filtres plantés à 14 % de siccité : 500 € HT/TMS
épandage de boues liquides : 260 € HT/TMS.

[Photo : Ici, le filtre est confiné entre des voiles verticaux en béton armé, en casiers semi-enterrés. Le massif filtrant est sous le niveau du sol, le dépôt de boues se constitue progressivement au-dessus du sol. Le filtre est divisé en quatre casiers, non visibles sur la photo. La piste périphérique permet la circulation en cours de construction, pour l'entretien et lors des curages. À droite, le dépôt de boues (le liquide de couleur sombre) en cours de constitution au pied des chaumes. Station de Varennes-Changy dans le Loiret. Photos Terralys.]

Les filtrats FPR-MV

[Encart : Analyse : - pas de différence importante selon le matériau de filtration (compost ou sable) ; - rendements similaires à ceux de filtres alimentés en boues activées ; - teneurs en sortie élevées dans les deux cas (MES 952 mg/l et DCO 2212 mg/l en moyenne sur sable) reflétant les teneurs élevées des eaux brutes ; - écarts-types très importants traduisant l’existence de courts-circuits (le filtre est inopérant sur les eaux empruntant les courts-circuits). À confirmer par des mesures sur des installations en taille réelle. ]

Qualité des filtrats et rendements de dépollution

composition des eaux en sortie de filtres FPR alimentés en MV et des rendements de dépollution :

Support	Compost	Sable
Paramètres	Moy	Max	Min	Écart-type	nb. val.	Moy	Max	Min	Écart-type	nb. val.
pH	8,0	8,5	7,4	0,3	27	7,9	8,3	7,5	0,3	30
Cond (µS/cm)	3416	5560	1985	1043	31	3144	5020	301	1100	30
MES (mg/l)	2561	11530	26	2981	92 %	50	952	4385	21	907	95 %	47
DCO (mg/l)	6880	23329	230	6710	90 %	34	2012	8383	191	2439	93 %	33
NKj (mg/l)	313	994	82	264	94 %	41	117	446	55	117	90 %	30
NH4 (mg/l)	250	641	71	238	83 %	34	29	125	45	34	0 %	33
NO3 (mg/l)	215	404	40	158	—	16	137	303	4	104	—	19

Base : filtres-pilotes d’Andancette, phase de démarrage, pas de recirculation.

Cond. = conductivité (paramètre représentatif de la teneur en sels dissous)

nb. val. : nombre d'analyses de la base de données expérimentale

Les teneurs et rendements sont aggravés par les conditions d'expérimentation : effet de bord sur des casiers pilotes amplifié par la sécheresse à partir de mars, favorisé par la rétractation des boues le long des parois, source de courts-circuits. Les teneurs en sortie seraient moins élevées et les rendements plus élevés sur des filtres similaires plus étendus.

Les boues, extraites des filtres tous les 4 à 5 ans, sont recyclées en fertilisants agricoles. Enfin, l’implantation de la station à l'intérieur de la zone qu'elle dessert réduit les distances parcourues par les camions de vidange, donc les gaz à effet de serre (GES) et la consommation d’énergies fossiles, sans compter la facture des usagers.

Une solution économique

Le coût de réalisation varie avec la taille, la filière, le niveau technologique de l’installation. Les travaux de la station MV82 en cours de réalisation à Nègrepelisse, sur une filière complexe et presque entièrement autonome, se montent à 1,4 M€ pour une capacité de 11 000 m³/an soit 127 €/m³.an. Les coûts d’exploitation sont également très inférieurs à ceux des stations intensives en raison de la simplicité des équipements (exploitation en régie par des agents peu qualifiés), de la faible consommation d’énergie, de la facilité d’évacuation des boues (curages occasionnels, volumes faibles).

[Photo : Filtre de traitement de boues. Configuration en bassins terrassés, étanchés par géomembrane. Le filtre est divisé en huit casiers, dont quatre sont visibles sur la photo. Vue en fin de chantier de réalisation, après plantation et première croissance des roseaux. Les boues vont s’accumuler progressivement sur le filtre et les roseaux vont s’élever à mesure. On distingue, de bas en haut, sur le casier à l’avant-plan : les roseaux émergeant du massif filtrant ; la colonne centrale d'alimentation et cinq cheminées d'aération en PVC ; la géomembrane sur les talus périphériques ; les pistes de circulation en grave claire. Station de Villenauxe dans l’Aube. Constructeur Jean Voisin.]

À Beaumont-la-Ronce, les coûts d’exploitation (hors amortissements et renouvellements) sont de l’ordre de 4 €/m³, inférieurs à la tarification moyenne en France (15 €/m³).

[Encart : MS/MES La différence entre Matières Sèches-MS et Matières en Suspension-MES tient principalement aux sels dissous, inclus dans les MS et exclus des MES. La teneur en sels dissous d'une eau usée normalement aérée est fonction de celle de l’eau potable dont elle est issue et varie selon la provenance de cette dernière : les aquifères granitiques donnent des eaux peu chargées en sels, les aquifères sédimentaires et karstiques des eaux plus chargées. Elle est assez faible pour justifier l'hypothèse MS = MES adoptée généralement en traitement des eaux usées... sauf pour les Matières de Vidange-MV. Les MV sont issues de fosses septiques où les processus anaérobies génèrent beaucoup de sels dissous (l’azote Kjeldahl est composé à 80 % de sels ammoniacaux, le phosphore total est composé à 97 % d’orthophosphates) ainsi que des acides gras volatils et des ions hydrogénocarbonates (HCO₃¯) qui ne sont pas consommés par la nitrification comme dans les processus aérobies. Tous ces ions contribuent donc à l’enrichissement des MV en sels dissous qui ne sont pas retenus par le filtre planté. Les filtres pilotes d’Andancette donnaient en 2007 un effluent contenant en moyenne 6 g/l de sels (soit 6000 mg/l) et affichant une conductivité moyenne supérieure à 2600 µS/cm contre 1000 µS/cm dans une eau usée en sortie de réseau collectif. L’abattement des teneurs en sels dissous est donc un des défis à relever par le filtre planté en vue de son application au traitement des matières de vidange. Approches actuelles : à Beaumont-la-Ronce, les filtrats, c’est-à-dire les eaux usées en sortie des filtres, sont envoyés sur des billons plantés et un bassin de dissipation ; à Andancette, ils sont renvoyés en tête de station. D'autres approches sont à l’étude ou en cours d'expérimentation. ]

m³ en moyenne, fourchette de 0 à 40 €/m³ selon l’enquête FNSA de 2010).

Conclusion

Le procédé FPR offre une solution intéressante à la problématique de la déshydratation et du traitement des boues d’épuration jusqu’à 10 000 EH actuellement en France, 100 000 EH potentiellement, sous réserve d'une conception et d'une réalisation adéquates. L'exemple du Danemark et de ses grandes capacités (jusqu’à 2 200 TMS/an sur 13 lits et 6 ha) laisse penser que le procédé n’a pas conquis en Europe la part du marché correspondant à ses performances techniques et économiques. Explications possibles pour la France : les faibles siccités obtenues sur des installations mal conçues, la présence commerciale des procédés industriels concurrents, les emprises foncières un peu plus importantes.

Les applications en traitement de matières de vidange en Europe, de boues de latrines dans les pays pauvres, ouvrent de nouvelles perspectives.

Références bibliographiques

* L'ouvrage d’André Paulus, Le filtre planté de roseaux ou le versant vert de l'épuration des eaux usées (paru au Rouergue en 2011, distribué en librairie) présente le procédé et ses principales applications, en particulier le traitement de boues, en deux niveaux de lecture : lecture grand public pour le texte principal, lecture technique par les encadrés, les schémas, les annexes.  
* Le filtre à boues s’est fait connaître en 1999 par une publication d'Alain Liénard reflétant les expérimentations initiales avec la SAUR dans Ingénieries EAT. Le magazine du Cemagref reste un relais essentiel de la recherche et du suivi des réalisations, françaises et danoises, en particulier à travers les numéros spéciaux de 2004 et 2008. Quelques articles clés :  
  ~ Liénard A., Déshydratation des boues par lits de séchage plantés de roseaux, EAT 03.1999  
  ~ Nielsen S., Lits de séchage plantés de roseaux, EAT 2004 n° spécial  
  ~ Liénard A., etc., Traitement des boues par lits plantés de roseaux, EAT 2008 n° spécial  
  ~ Liénard A., etc., Valorisation des boues traitées en lits plantés de roseaux, EAT 2008 n° spécial.  
* Le Cemagref est en première ligne également sur la problématique du traitement des matières de vidange dans une approche très voisine de celle des boues d'épuration, à partir du suivi des pilotes d’Andancette. Nous citerons trois articles consultables sur le site de l'EPMAC :  
  - Traitement des matières de vidange en milieu rural, Cahier FNDAE n° 30, 2004  
  - Liénard A., etc., Traitement des matières de vidange : en station d’épuration ou en lits plantés de roseaux ? EAT 03.2008, appuyé sur la thèse de Troesch S., Traitement et valorisation des boues et des matières de vidange par lits de séchage plantés de roseaux, 2009  
  - Canler J.-P., etc., Guide technique sur les Matières de Vidange issues de l'assainissement non collectif : caractérisation, collecte et traitements envisageables, RM&C 2009.

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