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Divers éléments de l'assainissement écologique

Assainissement classique vs assainissement écologique

L’assainissement classique

Assainir = rendre sain. La philosophie de base de l'assainissement classique relève entre autres des concepts de l'hygiénisme. Dans l'assainissement classique on se limite à assainir le milieu de l'habitation. On prend en charge la santé de l'utilisateur en s’efforçant de sauvegarder la population de tout contact avec des germes réputés pathogènes. C'est ce qui se trouve au centre des préoccupations. Pour cela, on aura recours à la désinfection chimique (chlore) et physique (irradiations).

On s'efforce aussi à rejeter une eau bien épurée dans le milieu récepteur. On favorisera donc l'épuration des eaux devant toute autre technique. Ce sont les installations collectives (distribution d'eau, épuration) qui sont nettement favorisées devant les techniques décentralisées. Sans l’exprimer explicitement, dans les faits, on donne la préférence aux techniques de réparation (comme l'épuration) en lieu et place des techniques de prévention (eau de pluie, toilettes sèches).

L'épuration est la technique par excellence de l'assainissement classique. Le rejet des eaux épurées se fait préférentiellement dans les cours d'eau. On minimise les impacts environnementaux de l'élimination des boues d'épuration. Pour évaluer la qualité d'une technologie classique, on met en avance la notion de performance épuratoire et on ne parle pas des performances environnementales. Dans les meilleurs des cas, on fera une étude d'impact.

L'épuration par les plantes fait aussi partie intégrante de l'assainissement classique. Elle répond exactement aux mêmes objectifs et exigences: épurer au mieux sans se préoccuper du reste.

Dans la gestion classique de l'eau, pour le public, on met en avant les économies d'eau réalisables au niveau du ménage. On insiste surtout sur les économies de bout de chandelle:

Les options qui réduisent d'une manière drastique la pression sur nos ressources hydriques, comme:

…ne sont pas prises en compte ou très peu. 

L’assainissement écologique

Il s'agit d'une nouvelle vision de l'assainissement, vision qui diffère sur de nombreux points de la vision classique, car elle intègre dans ses préoccupations toute la problématique de gestion durable de l'eau et aussi celle de la biomasse dans les villes dans les habitations et dans l'agriculture. La gestion conjointe de l'eau et de la biomasse (la partie organique de la charge des eaux usées, déchets verts et la partie fermentescible des ordures urbaines, etc.) sont indispensables. 

L'assainissement écologique élargit le champ d'application non seulement aux traitements des eaux usées, mais aussi à l'approvisionnement en eau des ménages, ainsi qu'aux impacts environnementaux en amont et en aval de l'acte d'épuration et/ou de traitement des eaux. Pour évaluer la qualité d'une technologie d'assainissement écologique, on définira la notion de performance environnementale. C'est à ce niveau que se trouve une des grandes différences entre les deux visions de l'assainissement.

La clef de l'assainissement écologique se trouve donc dans l'usage généralisé des toilettes sèches (ou de leur principe en zone urbaine) dont les effluents sont gérés conjointement avec des déchets cellulosiques. L'assainissement écologique est dépourvu de signification sans l'application généralisée du principe de la TLB.

On sera également attentif à l'influence des installations d'assainissement sur le régime hydrique de terroir.

Un des fondements de l'assainissement écologique vise à insérer les activités domestiques dans les grands cycles naturels. L'épuration classique constitue une rupture des cycles de l'azote, du carbone du phosphore et aussi de l'eau. Elle soustrait les activités domestiques de la biosphère, tout en générant de la pollution par les nitrates. En contrepartie, le respect de ces cycles par un assainissement écologique a un impact sur les changements climatiques, mais aussi sur la gestion de l'eau dans le monde et sur le fonctionnement des écosystèmes.

Le régime hydrique

Le régime hydrique est la manière dont l'eau des précipitations se répartit sur un terroir donné entre ruissellement, infiltration dans le sol et évaporation. En ce sens, le régime hydrique fait partie intégrante du cycle de l'eau.

Le régime hydrique en assainissement classique

L'assainissement s'intéresse surtout à l'eau qui passe à travers les habitations pour les usages domestiques. Suivant la vision classique, on prélèvera dans les réserves d'eau (eaux souterraines, eaux de surface), celle destinée à la distribution. Après usage, cette eau est récoltée et canalisée vers les stations d'épuration qui la déverseront épurée dans le milieu récepteur (rivières dans l'écrasante majorité des cas).

Les surfaces rendues imperméables favorisent le ruissellement au détriment de l'alimentation des nappes phréatiques (réserves d'eau souterraines). En assainissement classique l'eau de pluie provenant de toits des habitations doit être canalisée vers un système de collecte. Dans la pratique, cette eau rejoint les eaux usées dans les égouts. De ce fait, les précipitations diluent les eaux à épurer et perturbent le fonctionnement des stations d'épuration. Le temps de séjour des eaux en station d'épuration n'étant que de quelques heures, une grosse averse est susceptible de purger toute l'installation et rejeter la presque totalité de la charge polluante en traitement dans la rivière. La dilution des eaux usées par la pluie diminue l'efficacité de l'épuration.

Pour remédier à cette situation, on prévoit dans les stations d'épuration des circuits de dérivation pour canaliser l'eau des averses directement vers la rivière (avec la charge polluante non épurée qui se trouvait dans les égouts au moment de l'averse).

Une autre solution consiste à dédoubler les canalisations (égouts séparatifs). Les eaux usées et les eaux de ruissellement sont collectées dans deux systèmes d'égouts différents. Les premières entrent en station d'épuration les secondes aboutissent dans un bassin d'orage, avant leur rejet en rivière.

Les techniciens en génie sanitaire classique sont réticents, voire hostiles à l'utilisation domestique étendue de l'eau de pluie. La nouvelle loi en France qui réglemente les usages de l'eau de pluie en est le reflet fidèle. Suivant cette loi, cette eau ne peut être utilisée que pour arroser le jardin et pour les nettoyages extérieurs. On déconseille même son usage dans les chasses des W-C!

En assainissement classique, l'eau de pluie apparaît comme une sorte de calamité qu'on doit canaliser vers la rivière le plus vite possible. Afin de limiter, autant que faire se peut son usage domestique (concurrence « déloyale » de la distribution centralisée), on recommandera le placement des citernes de trop petite capacité. On fera également peur à la population en agitant le spectre des bactéries pathogènes.

Résultat: la presque totalité de l'eau des précipitations qui tombent sur les toits est rapidement canalisée vers le cours d'eau le plus proche.

L'eau qui rejoint ainsi la rivière au départ des égouts séparatifs ou non, représente pour une ville le débit d'une rivière moyenne. Ce débit, s'ajoute à celui du cours d'eau récepteur. En cas de crue, il aggrave le danger des inondations.

Le régime hydrique en assainissement écologique

L'assainissement écologique se soucie également de l'état de nos ressources en eau :

À ce point de vue, dans une maison écologique, l'eau utilisée par le ménage provient exclusivement (ou en grande partie) de l'eau qui tombe sur le toit. Après filtration, elle sert à tous les usages domestiques. Grâce à l'utilisation d'une bonne toilette sèche ou de T-T, les besoins en eau sont réduits de 25 à 35 % et les eaux usées ne contiennent que des eaux grises (savonneuses, sans eaux fécales). Après passage par une fosse à eaux grises, les eaux sont infiltrées ou dispersées dans le sol.

Grâce à l'usage de ces toilettes écologiques, les matières organiques contenues dans les déjections seront compostées et transformées en amendement agricole sans azote lessivable. Donc, pas de pollution par les nitrates, ni par les phosphates, ni par les détergents.

Au point de vue de régime hydrique, une maison écologique ne pèse pas (ou très peu) sur nos réserves hydriques et elle ne pollue plus les eaux. En somme, comme si elle n'y était tout simplement pas.

Une telle maison n'a souvent pas besoin d'être raccordée au réseau de distribution d'eau. Les égouts (non étanches, donc peu onéreux) qui passent devant la maison ne draineront que les eaux de la voirie vers une zone humide naturelle. On n'a plus besoin de station d'épuration. En raison de la simplification des infrastructures, l'assainissement écologique a un coût d'un ordre de grandeur inférieur à celui de l'assainissement classique, pour un degré de protection de l'environnement largement supérieur.

Techniques de réparation vs techniques de prévention

Contrairement à ce qui se passe dans l'assainissement classique, en assainissement écologique on donnera la priorité aux techniques de prévention de la pollution et des nuisances à la source, devant les technologies de réparation. A titre d'exemple, l'épuration des eaux-vannes (eaux fécales) est une technique de réparation, tandis que l'usage des toilettes sèches est une technique de prévention de la pollution. L'utilisation intégrale de l'eau de pluie, naturellement douce permet la diminution de l'usage des détergents. Il s'agit aussi d'une technique de réduction de la pollution à la source. Boire l'eau de pluie filtrée réduit le rejet des flacons de plastiques (prévention de la pollution) et constitue un facteur non négligeable de sauvegarde de la santé (prévention des maladies).

Dans le cas de l'épuration, on tiendra compte aussi du drainage rapide des masses importantes d'eau par le réseau d'égouts. Avec la distribution centralisée, cette masse est prélevée dans les réserves d'eau et rejetée, après usage et épuration, dans les cours d'eau. Dans le concept de l'assainissement écologique on remplacera une partie importante de l'eau prélevée dans les ressources par de l'eau de pluie et, après usage, au lieu de la rejeter dans les égouts, on s'efforcera de l'infiltrer (après traitement) dans le sol.

L'ensemble des citernes correctement dimensionnées d'une ville (150 litres par m² de toit) constitue un bassin d'orage d'une très grande efficacité.

Techniques de déversement des eaux épurées

Les techniques de déversement des eaux épurées ont souvent un impact plus important sur le milieu récepteur que la technique d'épuration ou de traitement en amont. Dans l'optique de l'assainissement écologique il faut éviter, autant que faire se peut, le déversement des eaux épurées dans un cours d'eau ou dans un plan d'eau naturel.

Même en cas d'une épuration performante, la charge polluante résiduaire constitue, à des degrés divers, une menace pour la vie aquatique. La situation est complètement différente en cas d'infiltration dans le sol.

Performance épuratoire vs performance environnementale

La performance épuratoire

La performance épuratoire est une grandeur physique sans unité, caractérisant le degré d'élimination de la charge polluante d'une eau usée par un système d'épuration. C'est le rapport entre la charge polluante qui entre dans l'installation et celle qui en sort avec les eaux épurées, exprimé en pourcentage.

P = (1 – Xs/Xe).100

où

P = performance épuratoire

Xs = charge polluante qui sort de l'installation

Xe = charge polluante qui entre dans l'installation

Une installation qui fonctionne mal, aura une performance épuratoire zéro, car la charge polluante qui sort sera identique à celle qui entre: Xs = Xe, d'où P = 0.

Une installation fonctionnant parfaitement aura une performance épuratoire de 100 %. Dans ce cas, Xs = 0, la totalité de la charge polluante est éliminée de l'eau, et P = 100.

La performance environnementale

La performance environnementale comprend un ensemble de facteurs caractérisant les impacts environnementaux d'une activité en général ou d'un système d'assainissement en particulier.

A titre d'exemple, lorsqu'il s'agit d'un système de traitement des eaux usées, outre la performance épuratoire, on tiendra compte d'une série d'autres facteurs comme:

Certains de ces facteurs, mais pas tous, sont prises en compte dans les études d'impacts qui précèdent la mise ne place d'une station d'épuration publique. Pour évaluer les performances environnementales des différents types de toilettes, on tiendra compte aussi d'une autre série de facteurs:

Eaux usées domestiques

Eaux-vannes et eaux grises

Les eaux usées issues actuellement des habitations sont le mélange des eaux grises et des eaux-vannes. Suivant la vision classique de l'assainissement, ces eaux doivent être mélangées et traitées ensemble. Suivant le concept de l'assainissement écologique le système de « tout à l'égout » obéit à la même logique que celui de « tout à la poubelle » et est donc inadmissible. La composition des deux types d'eau étant différente, leur traitement sélectif présente des avantages.

La composition qualitative des eaux usées domestiques

Eaux-vannes

Eaux grises

Eaux issues des W-C et des urinoirs

Eaux de lessive, vaisselle, bain, nettoyage

Matières organiques azotées et phosphorées.

Environ 98% de l'azote des eaux usées se trouve dans les eaux-vannes, intégralement sous forme organique.

Azote organique: environ 9 kg par an par personne.

Matières organiques sans azote, mais contenant du soufre et du phosphore.

Substances tensioactives: savons, détergents.

Phosphore organique d'origine métabolique,

environ 1 kg par an par personne.

Phosphore minérale des lessives sous forme de phosphates minérales.

Très grand nombre de bactéries de contamination fécale.

Peu de bactéries de contamination fécale.

Micropolluants: résidus de médicaments, antibiotiques, molécules oestrogènes, produits biocides de l'entretien des W-C.

Micropolluants: additifs aux produits de lessive, de vaisselle et d'entretien.

Assouplissants, produits de blanchiment optique, enzymes, etc.

Toujours froides

Chaudes ou tièdes (important pour le traitement)

Environ la moitié de la charge polluante globale des eaux usées domestiques, exprimée en DCO.

Environ la moitié de la charge polluante globale des eaux usées domestiques, exprimée en DCO.

Produits de l'épuration classique:

L'azote et le phosphore organiques sont oxydés en nitrates et en phosphates.

Ceux-ci se retrouvent dans les boues d'épuration et dans les eaux épurées.

Produits de l'épuration classique:

Eau, dioxyde de carbone, sulfates, phosphates, résidus de détergents.

La matière organique de nos déjections fait partie intégrante de la biosphère. Dans l'optique de la gestion durable, elle doit être recyclée dans la formation de l'humus du sol.

Les macromolécules de la charge polluante des eaux grises constituent une menace pour les cours d'eau en cas de déversement après épuration.

Traitement des eaux-vannes

Épuration sélective des eaux-vannes

A l'état actuel des techniques, l’épuration sélective des eaux-vannes ne présente pas beaucoup d'avantages. La bio-oxydation de la matière organique azotée constitue une dégradation, une destruction de la matière organique, de l'humus potentiel. Avec le rejet des déjections dans l'eau, même en cas d'une épuration efficace, le gâchis environnemental est irréversible. Dans l'optique du développement durable, nos déjections doivent être traitées hors de l'eau, en tant que déchet solide et surtout conjointement avec nos autres déchets organiques. En ce sens, le principe même de l'épuration classique est incompatible avec le concept de développement durable.

Infiltration des eaux-vannes dans le sol

Avant toute épuration, la charge polluante est constituée de macromolécules azotées organiques, et de l'urée (composé organique azoté). En raison de leur moment dipolaire, ces molécules ont une grande affinité vis-à-vis des particules du sol. Fixées sur ces particules, la faune du sol les décompose en libérant progressivement l'azote organique sous forme de nitrates. Le processus étant relativement lent, les nitrates ainsi formés ont une chance d'être assimilées par les plantes. C'est à ce niveau que se trouve une règle fondamentale à respecter:

L'épuration individuelle classique, par la bio-oxydation accélère la formation des nitrates. En cas d'infiltration des eaux épurées, les plantes n'auront pas le temps d'assimiler les nitrates qui, de ce fait rejoignent les eaux souterraines. Dans ce cas – et c'est la majorité des cas de ces installations imposées par la législation – mieux un système d'épuration classique fonctionne, plus il pollue l'environnement. Ainsi, voici une autre règle fondamentale à respecter :

Le déversement des eaux-vannes, même bien épurées, dans un cours d'eau constitue une menace d'asphyxie de la rivière par eutrophisation.

En contrepartie, l'infiltration des eaux-vannes sans traitement dans le sol ne constitue évidemment qu'un moindre mal par rapport à l'épuration classique fort onéreuse, polluante et énergivore. L'infiltration des eaux-vannes ne fait pas partie du concept d'assainissement écologique où grâce à des toilettes sèches, ces eaux ne sont tout simplement pas produites.

Épuration par les plantes

Quand on regarde les objectifs et les critères d'évaluation des systèmes d’épuration par les plantes, on découvre que dans les faits, il s'agit d'une technique d'assainissement classique.

Certains considèrent que l'épuration par les plantes des eaux-vannes et des eaux grises mélangées fait aussi partie des techniques de l'assainissement écologique. Je pense qu'ils sont dans l'erreur. L'épuration par les plantes ne peut être justifiée que par le maintien des W-C à chasse. Or, l'usage de ce dernier est incompatible avec le concept de l'assainissement écologique.

La production des eaux-vannes (eaux issues de W-C et des urinoirs) implique la mise en place d'un système d'épuration adapté au traitement des eaux contenant beaucoup d'azote et aussi du phosphore organique. L'épuration par les plantes constitue une technique d'élimination de l'azote et du phosphore – comme l'épuration tertiaire classique. Ce type d'épuration, en un certain sens, est aussi une technique de réparation. L'insertion de l'azote et du phosphore des déjections via le compostage des plantes qui épurent se fait avec beaucoup de pertes et au moyen d'un cycle solaire supplémentaire, par rapport au compostage direct des effluents des toilettes sèches.

Lire aussi le chapitre consacré à l'épuration par les plantes.

Traitement des eaux grises

Épuration sélective des eaux grises

En cas de non production d'eaux-vannes, grâce à la suppression des W-C à chasse, l'épuration sélective des eaux grises s'impose d'elle-même. Cependant, en dépit de ses performances exceptionnelles, en zone à épuration collective, l'épuration sélective des eaux grises est interdite par la loi.

En dépit du fait, que cette technique est imposée par la loi, l'épuration sélective des eaux grises, à l'aide d'une micro-station d'épuration électromécanique (bio-oxydation), n'a pas beaucoup d'utilité. De plus, ce type d'installation assez onéreuse consomme de l'énergie électrique. Compte tenu des techniques de déversement, l'infiltration dans le sol semble être la solution la plus rationnelle.

Les savons et les détergents sont des macromolécules organiques électriquement polaires qui s'adsorbent (collent) facilement sur les particules du sol. Elles y sont prises en charge par une faune bactérienne qui les transforme en eau et en dioxyde de carbone. Le soufre organique est libéré sous forme de sulfates. Avec les phosphates des lessives, les sulfates sont précipités dans le sol par les ions de calcium, presque toujours présents, sous forme de sels peu solubles ou insolubles.

Un système de dispersion semble être la solution la plus simple pour traiter les eaux grises. Cependant, la présence des graisses présente un risque de colmatage du système. Pour éviter cela, avant la dispersion, il est préférable de soumettre les eaux grises à un traitement anaérobie (en l'absence d'air) dans une cuve enterrée, qu'on appelle une fosse à eaux grises. Après un séjour de 2 à 3 semaines dans cette fosse, le risque de colmatage est écarté et la solution la plus simple et la moins onéreuse semble être le déversement dans un puits perdant.

Les villes équipées de turbo-toilettes ou T-T, devraient épurer les eaux grises (collectées séparément des eaux vannes) soit dans des petites installations décentralisées, soit dans des plus grandes installations qui alimenteraient des zones humides naturelles. En zones périurbaines, après passage dans une fosse à eaux grises, elles transiteraient par une tranchée végétale filtrante pour aboutir dans un étang de finissage décoratif, ou dans une zone naturelle humide.

Lire aussi la page consacrée à l'épuration sélective des eaux grises.

Infiltration des eaux grises dans le sol

Afin d'éviter le colmatage du système, les eaux grises doivent d'abord séjourner pendant deux à trois semaines dans une fosse à eaux grises. Après cela, elles peuvent être déversées soit dans un puits perdant, soit dans un drain de dispersion. Traitées de la sorte, les eaux grises cessent de polluer l'environnement.

Remarque: dans le cas des eaux grises seules, l'épuration par les plantes est onéreuse, provoque des pertes par évaporation et complètement inutile pour la protection de l'environnement.

En zone inondable (nappe phréatique à fleur du sol) ou sur sol rocheuse fissurée, l'infiltration dans le sol est impossible. Dans ce cas, le traitement des eaux issues de la fosse à eaux grises doit se faire suivant le principe d'épuration TRAISELECT : le passage par une tranchée végétale filtrante (0,5 m² par personne) et par un étang de finissage (1 m² par personne).

Puits perdant

Il s'agit d'un puits de quelques mètres de profondeur dans lequel les eaux déversées s'infiltrent, « se perdent » dans le sol. La profondeur d'un bon puits perdant n'atteint jamais la nappe phréatique (niveau des eaux souterraines). En raison du danger de pollution des eaux souterraines, la législation de la plupart des pays interdit l'usage des puits perdants.

Dans l'optique de l'assainissement écologique, sous certaines conditions, les puits perdants constituent une solution économique et efficace pour le rejet des eaux grises traitées.

Au cas, où le puits n'atteint pas la nappe phréatique, la seule menace pour les eaux souterraines provient de la présence éventuelle des eaux-vannes. Celles-ci, surtout après épuration, contiennent de grandes quantités de nitrates. Ces ions de petite taille traversent toutes les formations géologiques pour rejoindre les eaux souterraines. Les eaux grises, ne contenant plus d'azote (surtout après traitement anaérobie dans une fosse à eaux grises) même en cas de déversement dans un puits perdant, elles ne produisent pas de pollution.

Eutrophisation

L’eutrophisation est la multiplication excessive des algues dans l'eau d'une rivière, d'un lac ou de la mer. Elle est le résultat d'une teneur trop élevée de nitrates dans l'eau. La présence de petites quantités de phosphates est également nécessaire pour l'eutrophisation.

Une eau naturelle eutrophe peut encore être limpide. Dans des cas graves, l'eau devient verdâtre, sa surface peut se couvrir de lentilles d'eau. Dans tous les cas, les pierres au fond de l'eau se couvrent d'une couche de biofilm gluante ou glissante. Des algues filamenteuses peuvent aussi s'y accrocher. En aval du déversement d'une station d'épuration publique l'eau de la rivière présente toujours le phénomène d'eutrophisation. Les nitrates et les phosphates sont le résultat de la bio-oxydation pendant l'épuration de la charge polluante issue des W-C.

L'effet de ce phénomène est la consommation (surtout la nuit) de l'oxygène dissous dans l'eau par les algues. On parle alors d'asphyxie du milieu aquatique concerné. Les poissons ont de plus en plus de mal à y survivre.

Pour leur croissance, les algues consomment les nitrates et les phosphates dissous. Ce phénomène contribue à l'auto-épuration des cours d'eau. De ce fait, après une certaine distance en aval du déversement d'une station d'épuration, le phénomène d'eutrophisation peut s'atténuer, voire disparaître. Dans la pratique, la succession des stations au fil d'une rivière fait dépasser le pouvoir auto-épurant du cours d'eau. Une partie importante de nitrates et de phosphates d'origine métabolique (issue des déjections) finit par arriver dans la mer et y provoquer une croissance excessive des algues. Tant qu'on maintient l'usage des W-C à chasse, la suppression des lessives phosphatées n'aura que très peu d'effet sur la diminution de l'eutrophisation.

La généralisation des toilettes sèches et l'infiltration simple des eaux grises dans le sol rendraient la pureté naturelle à toutes les rivières non polluées par l'industrie ou par l'agriculture.

Usage des toilettes sèches

On appelle toilette sèche, toute installation qui évacue les déjections humaines sans leur rejets dans l'eau. Contrairement à la vision classique, toutes les toilettes sèches n'ont pas les mêmes impacts sur l'environnement. On peut classer les toilettes sèches suivant différents critères. Certains parlent de toilettes à compostage interne ou externe. On peut également les classer suivant leur principe de fonctionnement. Cette classification retient trois générations de toilettes sèches.

En tant que technique de prévention, les toilettes sèches font, en principe, partie de l'assainissement écologique. L'usage de ces toilettes poursuit trois objectifs:

  1. Prévenir la pollution des cours d'eau due aux rejets des eaux-vannes;

  2. Économiser l'eau par la suppression des chasses;

  3. Introduire la matière organique azotée des déjections dans les grands cycles naturels et dans le processus de formation des sols.

Ces objectifs sont atteints à des degrés divers par les toilettes sèches en usage. Le premier objectif est atteint par toutes les toilettes sans chasse d'eau. Le deuxième n'est atteint que partiellement, le troisième pas du tout, par les toilettes dites « scandinaves » fonctionnant par la séparation de l'urine et l'épandage de celui-ci sur le sol. En effet, l'obligation de dilution de l'urine avant son utilisation agricole annule partiellement les économies réalisées grâce à la suppression des chasses, tandis que l'épandage de l'urine stocké sur la terre s'apparente à celui de la valorisation agricole du lisier d'élevage. Il n'y a donc presque pas d'introduction de la matière organique dans le cycle naturel de l'azote. Pour ce faire, la totalité des déjections (urine + fèces) doit entrer dans un processus de formation d'humus. A l'état actuel de nos connaissances, seul l'application du principe de la TLB (toilette à litière biomaîtrisée) permet d'atteindre le troisième objectif aussi.

Lire aussi la page consacrée aux toilettes à litière biomaîtrisée.

Assainissement écologique en ville

Un quartier résidentiel classique ou écologique

Imaginons le bassin versant d'une petite rivière, transformée en égout à ciel ouvert par les eaux usées de plusieurs quartiers résidentiels.

Option classique

L'installation des égouts et la construction d'une station d'épuration représente ici un coût élevé pour un résultat peu intéressant. En dépit de l'épuration, l'eau de la rivière restera de qualité médiocre (eutrophisation). Environ 90% de l'azote et une grande partie du phosphore restera dans les boues d'épuration. La « valorisation agricole » de ces boues alimentera généreusement les eaux de ruissellement et les eaux d'infiltration en nitrates. Le coût de l'entretien et de maintenance du système d'assainissement restera élevé et récurrents pendant des années.

Option écologique

La valorisation intégrale de l'eau de pluie combinée avec des toilettes sèches et le traitement sélectif des eaux grises auraient un impact environnemental dépassant les visions les plus optimistes, pour un coût tout à fait dérisoire. Lire à ce sujet la description de la maison écologique.

L'eau de la voirie serait tout simplement canalisée vers des caniveaux couverts de plaques de béton ajourées. Le non-placement des égouts étanches et la non-construction de la station dépuration couvrirait largement le coût de l'épuration sélective des eaux grises et même le placement des citernes à eau de pluie. Le coût de maintenance et d'entretien de ce système d'assainissement est tout à fait négligeable devant celui de l'option classique.

La rivière retrouverait rapidement sa pureté originelle avec la possibilité de pêche des truites et des saumons entre autres. Grâce à la capacité de rétention d'eau de l'humus, l'utilisation du compost des déjections dans les jardins réduirait les besoins en eau d'arrosage. Elle supprimerait l'usage des engrais chimiques et réduirait fortement les besoins en produits phytosanitaires, d'où une réduction de la pollution. L'utilisation intégrale de l'eau de pluie réduirait la consommation des détergents et le rejet des flacons d'eau minérale. Dans les régions sèches l'assainissement écologique est une nécessité immédiate et constitue le premier pas important pour sortir de la crise de l'eau. Il est instructif de lire à ce sujet un témoignage venant d'Andalousie (Espagne).

Contrairement aux idées reçues et habilement entretenues, le concept de l'assainissement écologique est parfaitement transposable en milieu urbain.

Lire aussi la page consacrée au système TRAISELECT en ville.

Gestion durable des sols

Il n'y a pas d'assainissement écologique, sans intégrer dans ses préoccupations, la gestion durable du sol.

La pédogenèse

La pédogenèse est le processus de formation des sols. Elle se fait en deux étapes: le morcellement des roches, suivi d'une action des végétaux et aussi des bactéries. Il faut des siècles, voire des millénaires pour faire de la sorte quelques centimètres d'épaisseur de terre fertile pouvant entretenir des végétaux. Sans couverture végétal, le vent et l'eau peuvent rapidement emporter la terre pour former un désert de pierres.

L’importance de l’humus

A la base de toute vie terrestre se trouve l’humus, dont la formation fait partie intégrante de la pédogenèse. Il s'agit d'une substance organique d'une grande complexité, de couleur brune, toujours présente dans les terres arables. Cette matière est souvent appelée « l'or brun de la terre », car elle est à la base de la fertilité naturelle du sol. Dans les faits, le phénomène de désertification n'est rien d'autre que la disparition de l'humus du sol.

L'humus se forme à partir des matières organiques, grâce à un long processus long de transformation qui fait intervenir des bactéries, des champignons microscopiques et aussi des verres de terre. C’est un ensemble de macromolécules réticulées apparentées à des substances protéiques (contenant des acides aminés). Ces macromolécules sont chimisorbées sur les particules du sol. Les argiles (aluminosilicates) ont une grande affinité vis-à-vis de l'humus, mais l'humus peut aussi s'adsorber sur de la silice (sable siliceux pure), sur les sulfates (gypse 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'aluminosilicates constitue les complexes argilo-humiques, particulièrement stables et importants dans le maintien de la fertilité naturelle des sols.

L'humus se forme naturellement surtout dans les forêts, au départ des feuilles branches et végétaux morts, ainsi que des déjections des animaux sauvages. On peut étudier ce processus en détail pour 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,  Éditions Gauthier-Villars, 1980).

En présence de suffisamment d'humus, la terre sablonneuse acquiert une certaine consistance et devient un peu plus compacte, la protégeant ainsi contre l'érosion éolienne et l'érosion par l'eau. Lorsqu'elles contiennent suffisamment d'humus, les terres argileuses, naturellement compactes, deviennent plus friables et plus faciles à cultiver. Dans tous les cas, l'humus fonctionne dans le sol comme une éponge énorme. Une terre contenant beaucoup d'humus a une grande capacité de rétention d'eau: 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 est soit rendue aux plantes au-fur-et-à-mesure de leurs besoins, soit relâchée lentement vers la nappe phréatique pour alimenter les puits et les sources. Les cultures demandent alors moins d'eau d'irrigation. Le ruissellement et, de ce fait, l'érosion diminuent.

Les composantes végétales et animales de l’humus

Dans la nature, la quantité de la biomasse d'origine végétale - riche en carbone - est prédominante devant celle de la biomasse d'origine animale (dépouilles et déjections des animaux) - riche en azote. Les deux types de biomasse forment ensemble l'humus, au terme d'un processus pouvant prendre plusieurs années.

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 humiques 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 ammoniacale 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 végétale et les substances protéiques 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'hydrolyse produisant de l'ammoniac (malodorant). Le carbamide fixé sur la cellulose, forme, après plusieurs étapes réactionnelles, 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.)

Le compostage

Le compostage mené correctement est la reconstitution artificielle du processus de formation naturelle de l'humus du sol. C'est la raison pour laquelle, dans un compost équilibré, il faut la présence conjointe de la biomasse végétale et animale.

Le jardinier fait son humus en entassant tous les déchets de jardin (feuilles mortes, mauvaises herbes arrachées, la tonte du gazon, la taille des arbres, etc.) et aussi celles de la cuisine (restes des repas, épluchures, aliments gâtés, etc.). A côté de ces déchets d'origine végétale, il est bon d'introduire dans le processus de compostage du fumier animal et/ou humain.

Le rapport carbone/azote ou C/N d'un compost avant la maturation est de l'ordre de 60 (donc riche en matière cellulosique végétale et pauvre en matière azoté animale). Au terme du compostage (environ un an) le rapport carbone/azote est de l'ordre de 14. La matière brune obtenue n'est pas encore de l'humus. Le processus de formation s'achève dans le sol en interaction avec la faune naturelle du sol (bactéries et autres) et avec ses particules minérales. On appelle humus stable la matière brune fixée sur les particules du sol avec une véritable liaison chimique. On parle alors de complexes argilo-humiques. C'est ce qui donne la coloration brune aux sols riches qui ont une capacité de rétention d'eau élevée. Avec les complexes argilo-humiques (ou silico-humiques) les terres lourdes argileuses deviennent friables alors que le sable devient « collant ». On favorise la formation des complexes argilo-humiques pendant le compostage, en ajoutant au compost un peu de poudre d'argile finement divisée.


Lire aussi la page consacrée au compostage des déjections humaines.

La dégradation de l’humus

L'humus contenu dans le sol disparaît spontanément par un processus de « combustion » ou d'oxydation lente, mais naturel. Dans une terre agricole bien entretenue, la disparition naturelle de l'humus est contrebalancée par un apport régulier de fumure organique.

L'humus du sol se décompose spontanément, tout en nourrissant les plantes. Sa vitesse de décomposition augmente très fortement avec la température. Plus particulièrement, elle augmente exponentiellement avec la racine carrée de la force ionique de l’eau interstitielle (eaux qui se trouve entre les particules du sol). La force ionique est proportionnelle à la concentration des sels solubles (engrais solubles, chaux, cendre de bois, certains amendements minéraux, etc.). Plus il y a de sels, plus rapide est la décomposition de l'humus, et plus rapide est l’apport fertilisant pour les plantes. C'est ce qui explique les rendements élevés suite au chaulage, à l'ajout de cendre de bois, de digestat de bio-méthane, d’urine, de lisier, de fumier frais, etc., qui augmentent la force ionique. L'utilisation des engrais de synthèse (engrais dits « chimiques ») accélère ainsi le processus naturel de disparition de l'humus.

En agriculture industrielle, le premier effet de ces pratiques est l'augmentation spectaculaire des rendements agricoles. Cependant, les rendements élevés sont obtenus au détriment de la réserve humique du sol. Les productions végétales ne peuvent être maintenues que par l'usage massif d'engrais chimiques ou de lisier, de nature chimique inorganique. En l'absence d'humus ou dans un sol qui en contient peu, sans adjonction de ces fertilisants, les rendements s'effondrent et on entre dans une spirale infernale de fertilisation 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, faisant des grosses fissures au séchage et nécessitant des machines de plus en plus puissantes qui, à leur tour, tassent encore d'avantage le sol. Sans humus, les précipitations ont tendance à ruisseler, provoquant des inondations. La terre finit par s'en aller par érosion. Le sol sablonneux devient sable libre que le vent et l'eau emportent. En cas de sécheresse, faute d'eau stockée dans l'humus, les rivières ont tendance à l'étiage. Leur débit change fortement en fonction de la pluviosité. Les sources se tarissent, les périodes d'inondations et de grande sécheresse s'alternent chaque année. La végétation se raréfie, les rendements agricoles s'effondrent. En l'absence d'humus, le sol dépourvu de couverture végétale devient de plus en plus clair (son albédo augmente) provoquant des courants d'air ascendants qui chassent les nuages plus loin. Les sols sont emportés par le vent et les eaux. Les pluies deviennent plus rares. Bref, c'est le début du processus de désertification.

Tout ceci est le résultat final de l'agriculture industrielle qui vit actuellement sur les dernières réserves humiques des terres agricoles. L'agriculture intensive (dite « chimique ») compromet gravement la fertilité naturelle des sols, compromettant gravement l'avenir.

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

Au contraire, la restitution de la teneur en humus de la terre d'une région désertique est susceptible de rétablir le régime hydrique. Les sources se remettent à couler et le débit des rivières devient plus régulier. Le sol se recouvre d'une végétation qui modifie progressivement le climat, en augmentant la pluviosité.

A la base des inondations de plus en plus fréquentes sur notre planète, se trouve l'appauvrissement des terres en humus, que ce soit à cause de déforestations excessives, ou de pratiques agricoles néfastes.


Gestion durable de la biomasse

Pour retourner ce processus, il est indispensable de mettre en place un programme mondial de gestion durable de la biomasse.

Tout d’abord, il faut commencer par reconnaître que 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.

De plus, il faut savoir que chaque kilogramme de matière végétale (cellulosique, y compris le papier et les cartons) a une valeur biologique d'humus potentiel de loin plus élevée que celle de l'énergie obtenue par sa combustion. Brûler donc de pellets de bois dans des chaudières, et fabriquer du biogaz et autres biocarburants est une atteinte grave à la biosphère. La mobilisation des terres agricoles pour les cultures énergétiques contre la production alimentaire n'est qu'un aspect mineur du problème. Avec la combustion de la biomasse, on prépare intensivement les déserts de demain et la famine généralisée.

Lire aussi la page consacrée à la valorisation énergétique de la biomasse.

Continuer la lectrue avec le chapitre consacré à la lutte contre les changements climatiques

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