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Epuration par les plantes

Les techniques d’épuration par les plantes ont la faveur des environnementalistes. Malheureusement, la vision bucolique des «petites-plantes-qui-épurent-tout» occulte une réalité bien moins reluisante.

L'importance de l'humus

A la base de toute vie terrestre se trouve l'humus. Il s'agit d'une substance organique d'une grande complexité, de couleur brune, dont la présence dans le sol fait toute la différence entre la terre fertile et le désert. Dans les faits, le phénomène de désertification n'est rien d'autre que la disparition de l'humus du sol. L'humus est un ensemble de macromolécules réticulées apparentées à des sublstances protéïques (contenant des acides aminés). Ces macromolécules sont chimisorbées sur les particules du sol. Les argiles (alumino-silicates) ont une grande affinité vis-àvis de l'humus, mais l'humus peut aussi s'adsorber sur de la silice (sable siliceux pure), sur les sulfates (gyps ou plâtre) et les phosphates aussi. Sur les carbonates, comme le calcaire, l'adsorption est moins stable. L'humus adsorbé sur un substrat fait d'alumino-silicates constitue les complexes argilo-humiques, particulièrement stables et importants dans le maintien de la fertilité naturelle des sols. On favorise leur formation pendant le compostage, en ajoutant au compost un peu de poudre d'argile finement divisée.     

La présence d'humus stabilise les sols sablonneux, et les protège contre l'érosion éolienne et l'érosion par l'eau. L'humus rend les sols argileux et compact, friable et plus facile à cultiver. Dans tous les cas, l'humus fonctionne dans le sol comme une éponge énorme. Un gramme d'humus est capable de retenir et fixer de 10 à 50 fois sa masse en eau. L'eau infiltrée dans un sol humifère y est retenue et soit rendue aux plantes au-fur-et-à-mesure de leurs besoins, soit relachée lentement vers la nappe phréatique. Le ruissellement et, de ce fait, l'érosion diminue. A la base des inondations, de plus en plus fréquentes, se trouve l'appauvrissement des terres agricoles en humus.

L'humus se forme suivant un processus complexe qu'on peut étudier en détails dans les sols des forêt de feuillus (Lire à ce sujet, entre autres le livre de P. Pesson et coll.,  Actualités d'écologie forestière, sol, flore, faune,  Editions Gauthier-Villars, 1980). Pendant le compostage, on reconstitue précisément les processus naturels qui ont lieu dans le sol des forêts. L'incorporation directe de la matière organique brute dans le sol ne donne que très peu d'humus. La matière végétale étant trop pauvre en azote, elle aura tendance à mobiliser les réserves humuques du sol et provoque un phénomène qu'on désigne par le nom de faim d'azote. L'incorporation de la biomasse animale (fumier frais, lisier) apporte trop d'azote qui apparaîtra rapidement sous forme ammoniacal et nitrique, d'où le pouvoir fertilisant. L'azote excédentaire devient pollution des nappes phréatiques par les nitrates. C'est une des raisons pour laquelle, même l'agriculture biologique mal conduite peut devenir polluante. Pour la formation de l'humus, il faut la présence simultanée de la cellulose, la lignine végétales et les substances protéïques animales (déjections) + le carbamide (l'urée) contenu dans l'urine. Attention, ces trois (ou quatre) composantes doivent être présentes, dans des conditions aérobies (donc en présence d'air), dès le départ du processus. Le stockage de l'urine fait perdre le carbamide par hydrolyse enzymatique à l'aide de l'uréase, toujours présent dans les urines. La squelette carbonée de la cellulose fixe les molécules de carbamide et, de ce fait, empêche la réaction d'hyrolyse produisant de l'ammoniac (malodorant). Le carbamide fixé sur la cellulose, forme, après plusieurs étapes réactionnels, des liaisons peptidiques, donc des molécules géantes apparentées aux acides aminés. C'est le premier précurseur de l'humus qu'on appelle communément acides humiques. Pendant le stockage de l'urine ou du lisier, ce processus n'a pas lieu: le carbamide se décompose spontanément en ammoniac et en dioxyde de carbone. On ouvre ainsi la voie à la pollution des eaux. 

Ce processus explique bien le caractère fertilisant et en même temps polluant de l'urine stocké dans un réservoir (toilettes sèches dites scandinaves qui fonctionnent par la séparation de l'urine et de la matière fécale) et par l'épandage du fumier frais ou du lisier.

Sans humus, la terre fini par s'en aller par érosion. Les productions végétales ne peuvent être maintenues que par l'usage massif d'engrais chimiques ou de lisier. Ces engrais, de nature chimique inorganique, augmentent la force ionique de l'eau interstitielle du sol. Or, la vitesse de combustion naturelle de l'humus augmente exponentiellement avec la racine carré de la force ionique du milieu. Par l'usage des engrais chimiques, du lisier, du fumier frais et aussi de l'urine, on brûle ainsi les réserves humiques du sol, compromettant gravement l'avenir. Le premier effet de ces pratiques est l'augmentation spectaculaire des rendements agricoles. En l'absence d'humus ou dans un sol qui en contient peu, sans adjonction de ces fertilisants de nature inorganique, les rendements s'effondrent et on entre dans un spiral infernal de ferilisation par des engrais de synthèse. L'humus disparaissant du sol, les phénomènes d'érosion s'accentuent, tandis que les sols argileux deviennent de plus en plus compacts, nécessitant des machines de plus en plus puissantes qui, à leur tour, tassent encore d'avantage le sol. Dans tous les cas, la désertification est à la clé.

Pour écouter l'avis d'un ingénieur agricole sur le sujet, cliquer ici.

En résumé   

Les déjections animales et humaines ne sont pas des déchets à éliminer. Elles font partie des écosystèmes qui produisent notre alimentation. Notre alimentation vient de la terre, et pour boucler les cycles naturels, nos déjections doivent obligatoirement y retourner sous forme d'humus stabilisé. Ce processus n'a pas lieu dès le moment où les déjections animales ou humaines sont rejetées dans l'eau: le gâchis est consommé et il est irréversible. Toute déjection (animale ou humaine) rejetée dans l'eau soustrait une matière azotée organique précieuse de la formation de l'humus et produit in fine de la pollution des eaux par les nitrates.

L'épuration des eaux, même par les plantes, détruit, déconstruit la matière organique azotée contenues dans les déjections. Le fait de faire d'assimiler l'azote inorganique issu de cette déconstruction, par les plantes épurantes court-circuite un cycle annuel de production de matière pour la formation de l'humus et fait disparaître la composante animale du processus de compostage.

 Le pouvoir épurant des plantes

Il est vrai que dans la nature les plantes aquatiques ou non, jouent un rôle considérable dans la purification et l’épuration des eaux naturelles. En fait, ce sont surtout les bactéries qui vivent en symbiose avec les racines ou celles qui s’y fixent qui font le travail d’épuration. Les plantes assimilent aussi les nitrates et les phosphates contenus dans l’eau. Elles peuvent fixer toute une série de polluants et même certains métaux lourds. L’épuration par les plantes est donc un processus naturel reconstitué pour épurer nos eaux usées.

Lorsqu’on regarde le problème des eaux usées domestiques par la lorgnette des techniciens en génie sanitaire un peu plus engagés pour la protection de l’environnement, l’épuration par les plantes apparaît comme une panacée qui ne présente pas les inconvénients des systèmes classiques d’épuration.

Cette vision trouve son origine dans les principes identiques qui guident la conception des systèmes d’épuration classiques et par les plantes: épurer au mieux, sans réellement prendre en compte les impacts environnementaux. Dans les deux cas, on part exactement des mêmes données: l’évaluation quantitative de la charge polluante par rapport à la notion d’équivalent-habitant [1] et on vise les performances épuratoires.

Lors de l’utilisation d’un système d’épuration par les plantes, aussi bien qu’avec les systèmes classiques, la réduction de la pollution à la source est laissée à la discrétion et à la bonne volonté de l’usager.

Les inconvénients de l’épuration par les plantes

Dès le moment où l’objectif n’est plus une bonne épuration, mais l’impact minimum sur l’environnement, on découvre que l’épuration par les plantes remplace simplement un système d’épuration classique. Les performances épuratoires sont comparables. Les systèmes classiques ont l’avantage d’évaporer moins d’eau.

Pour ma part, je pense que l’inconvénient majeur de ces systèmes est d’occulter les préoccupations relatives à la prévention de la pollution à la source. Dès le moment où l’on ne produit plus d’eaux fécales, la notion d’équivalent-habitant [2] est dépourvue de signification (voir aussi la page Normes de déversements ). La prévention de la pollution est précisément le facteur prédominant de la diminution des impacts environnementaux. Le placement d’un système d’épuration par les plantes donne bonne conscience à ceux qui ne souhaitent pas remettre en question leurs mauvaises habitudes. En effet, ces systèmes sont toujours conçus pour épurer un mélange d’eaux vannes et d’eaux grises. Or, quand on n’utilise pas de W-C à eau, l’épuration par les plantes n’est plus nécessaire, l’installation se réduit à vraiment peu de chose par rapport à un système complet d’épuration par lagunage.

De nombreux environnementalistes habitant dans des quartiers périurbains regrettent de pas avoir de suffisamment de place pour installer un lagunage ou un autre système d’épuration par les plantes. En fait, la simple suppression du W-C à chasse met à leur portée l’épuration sélective des eaux grises que même un très petit jardin peut accueillir.

Le lagunage peut donner l’illusion que les plantes aquatiques prennent en charge l’eau polluée par les déjections, rétablissant par la même occasion le cycle de l’azote. Cette affirmation, tout en contenant une part de vérité, dans son ensemble n’est pas juste. La réalité est bien plus complexe.

Au moment où les déjections sont rejetées dans l’eau, le processus de formation de l’humus est interrompu d’une manière irréversible. En milieu aqueux, l’action des enzymes qui minéralisent l’azote organique n’est plus entravée par le carbone végétal contenu dans la cellulose. C’est particulièrement vrai pour l’urine qui contient jusqu’à 80 % de l’azote de nos déjections. C’est ce qui explique le caractère extrêmement polluant du lisier d’élevage (l’élevage sur caillebotis est le W-C des cochons). La transformation de l’urée en ions d’ammonium soustrait l’azote du processus du formation de l’humus. Ces ions, avec les ions nitrates, sont très mobiles et échappent en grande partie à l’assimilation par les plantes. Si les plantes étaient aussi efficaces qu’on le croit dans les systèmes d’épuration, l’épandage des lisiers ne provoquerait pas de pollution.

L’erreur d’appréciation vient du fait qu’on évalue les systèmes d’épuration par les plantes avec les même critères que ceux qu’on utilise pour les systèmes classiques. On se contente de mesurer les «performances épuratoires», sans tenir compte des autres impacts.

L’assimilation de l’azote minéralisé de nos déjections par les plantes ajoute un cycle solaire supplémentaire avant la reconduction réelle de cet élément dans son cycle naturel. De plus, pendant ce cycle solaire, cette reconduction se fait avec des pertes énormes. Par rapport à un bon compostage direct des déjections, l’épuration par les plantes est un véritable gâchis environnemental [3] .

Les impacts environnementaux

Les eaux épurées par les plantes sont en gros de même qualité que celles sortant d’un bon système mécanique classique équipé d’unité de dénitrification et de déphosphatation. Elles contiennent encore trop de nitrates et de phosphates pour être déversées sans dommage dans une rivière naturellement propre [4] .

C’est au niveau de la production des boues que les avantages des plantes apparaissent. Celles-ci sont moindres et de meilleure qualité que celles produites par les systèmes mécaniques. Cela tient à l’assimilation par les plantes d’une partie de la pollution.

Les pertes d’eau par évaporation et infiltration sont aussi un des aspects de l’épuration par les plantes. Ceci est particulièrement important dans les pays à climat chaud et sec. En Afrique du Nord ou dans le Sud de l’Europe, les pertes peuvent aller jusqu’à 60, voire même 80 % de l’eau qui entre dans le système. C’est dommage dans une région où la quantité d’aliments que l’agriculture peut produire est directement proportionnelle à la quantité d’eau disponible pour l’irrigation. Malheureusement, dès le moment où les eaux usées contiennent aussi les eaux vannes, l’irrigation des cultures vivrières devient problématique même après une bonne épuration. Le danger sanitaire reste présent.

S’entêter à utiliser l’épuration par les plantes au lieu d’envisager l’usage d’une bonne toilette sèche est d’autant plus regrettable que dès le moment où l’on se passe du W-C à chasse, on élimine le danger sanitaire (le péril fécal véhiculé par l’eau), on réduit les besoins en eau de 25 à 35 % et la totalité des eaux usées (eau grises) devient disponible, sans pertes, pour l’agriculture. A cela, ajoutons le fait que l’amendement agricole obtenu par le compostage direct des déjections augmente d’une manière considérable le pouvoir de rétention hydrique des terres et diminue les besoins en eau d’irrigation, en engrais de synthèse et en pesticides.

Dans ce contexte, on ne peut que s’étonner de voir le placement des systèmes de lagunage en plein désert avec une perte d’eau allant jusqu’à 80 %. Même les promoteurs reconnaissent qu’en raison de la présence des œufs des parasites intestinaux, les 20 % d’eau épurée reste ne sont plus tout à fait sans danger sanitaire lors de la valorisation agricole. Au mépris du bon sens le plus élémentaire, ces systèmes sont placés en Afrique par des spécialistes de réputation mondiale. (Réf.: M. De Winter, Epuration des eaux à Dakar. Dimension 3 [revue de l’Administration Générale du Coopération au Développement, actuellement DGCD] n°5, octobre-novembre 1994)

Si l’on devait évaluer tous les impacts directs et indirects de l’usage généralisé des W-C, on arriverait à la conclusion que le W-C est est une invention qui a fait son temps. Dans la marche vers un monde durable, le W-C n'a plus sa place. Les recherches doivent être orientées vers la mise au point de toilettes sèches accpetables par le public.

Or, l’épuration par les plantes n’est justifiée que par l’usage d’un W-C à chasse.  

La place occupée par un tel système est énorme par rapport à un système d’épuration classique ou par rapport à un système d’épuration sélective des eaux grises.

Les frais d’installation et d’entretien sont également considérables. Une installation familiale pour 5 personnes mobilisera environ 100 m² au sol et demandera un relief bien déterminé du terrain. L’épuration sélective des eaux grises du même ménage ayant opté pour une bonne toilette sèche demandera le placement d’une cuve anaérobie (une fosse septique) de 3 m³ et une tranchée souterraine de dispersion de quelques mètres. Les frais d’installation sont facilement divisés par dix et la pollution générée par 50, voire 100.

L’entretien du système d’épuration par les plantes demandera la coupe annuelle des plantes, leur compostage, l’enlèvement régulier des boues déposées dans les bassins, leur élimination, le remplacement des plantes après 5 à 10 ans. Après la replantation des macrophytes, le système cesse d’épurer pendant plusieurs mois.

L’entretien du système d’épuration sélective des eaux grises, décrite plus haut, est nul. C’est le système que l’on place et qu’on oublie. Il ne faut y ajouter que l’évacuation au jardin des effluents de la toilette sèche et leur compostage. Le surplus de travail est minime pour ceux qui compostent déjà leurs déchets au jardin.

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