Lexique
Éléments de l'assainissement écologique
L'assainissement écologique est un terme à la mode, une notion fourre-tout.
Un bel exemple de considérations qui n'est pas l'assainissemnet écologique est lisible sur le site:
http://www2.gtz.de/ecosan/download/Benin-modedemploi.pdf
Nous préférons préciser les notions en tenant compte de tous les impadts sur la biosphère. Les liens ci-dessous s'ouvrent sur ce type de définitions.
Activités domestiques et grands cycles naturels
Composition eaux usées domestiques
Assainissement écolgique en ville
Épuration sélective des eaux grises
Épuration sélective des eaux vannes
Infiltration des eaux grises dans le sol
Infiltration des eaux vannes dans le sol
Les 4 génération des toilettes sèches
Puits perdant ou puits d'infiltration
Quartier résidentiel classique ou écologique
Régime hydrique en assainissement classique
Régime hydrique en assainissement écologique
Techniques de déversement des eaux usées
Techniques de prévention et de réparation
TLB ou toilette à litière biomaîtrisée
Valorisation de l'eau de pluie
La valorisation énergétique de la biomasse
Assainissement classique
La
philosophie de base de l'assainissement classique relève entre
autres des concepts de l'hygiénisme. On s'efforcera donc de
sauvegarder la population de contacts 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).
Ce
sont les installations collectives (distribution d'eau, épuration)
qui sont nettement favorisées devant les techniques décentralisées.
Sans 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. Les
performances
épuratoires sont
à l'honneur 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:
réduire le volume des chasses;
réparer les fuites d'eau;
utiliser douches, robinets avec réduction de débit;
fermer le robinet en brossant les dents;
lessiver à machine pleine;
dans le jardin, arroser goutte-à-goutte;
etc.
Les options qui réduisent d'une manière drastique la pression sur nos ressources hydriques, comme:
utiliser des toilettes sèches (25 à 35 % de réduction de la consommation);
utiliser l'eau de pluie pour tous les usages domestiques (l'eau qui tombe sur les toits des habitations pourrait couvrir 60 à 80 % de la consommation domestique);
ne sont pas prises en compte ou très peu.
Assainissement écologique
Il s'agit d'une nouvelle vision de l'assainissement, vision qui diffère sur quelques 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 et dans les habitations. 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) sont indispensables.
On sera également attentif à l'influence des installations d'assainissement sur le régime hydrique de terroir.
Assainissement classique vs. assainissement écologique
Assainir
= rendre sain. Dans l'assainissement
classique on se limite à assainir le milieu de l'habitation, on
prend en charge la santé de l'utilisateur et on s'efforce à rejeter
une eau bien épurée dans le milieu récepteur. On favorisera donc
l'épuration des eaux devant toute autre technique. Pour évaluer la
qualité d'une technologie classique, on met en avance la notion de
performance épuratoire.
L'assainissement écologique élargit le champ d'application non seulement au traitement 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 différences entre les deux visions de l'assainissement. A l'autre niveau se trouve l'intégration des activités domestiques dans les grands cycles naturels (cycles de carbone, de l'azote et de l'eau). Le respect de ces cycles a un impact sur les changements climatiques, mais aussi sur la gestion de l'eau dans le monde et sur le fonctionnement des écosystèmes.
Techniques de prévention, techniques de réparation
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 et constitue un facteur non négligeable de sauvegarde de la santé.
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.
La valorisation de l'eau de pluie
L'assainissement écologique se soucie également de l'état de nos ressources en eau. C'est la raison pour laquelle, on y intègre également la valorisation de l'eau de pluie pour différents usages domestiques comme les chasses des W-C, nettoyage, lessive, hygiène personnelle, vaisselle. Des dizaines de milliers de ménages la consomment aussi, après traitement approprié, comme eau potable. Il s'agit d'une ressource importante en quantité.
Epuration par les plantes
Quand on regarde ses objectifs et ses critères
d'évaluation, dans les faits, il s'agit d'une technique de
l'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. D'autres estiment que
l'épuration par les plantes ne peut être justifiée que par le
maintien des W-C à chasse et l'usage de ce dernier est incompatible
avec le concept de l'assainissement écologique. Le débat est encore
ouvert sur ce sujet.
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'épuraiton par les plantes.
Usage des toilettes sèches
On appelle toilette sèche, toute installation qui évacue les déjections humaines sans leur rejet dans l'eau. Contrairement à la vision classique, toutes les toilettes sèches n'ont pas les mêmes impacts sur l'environnement. Sans leur utilisation généralisée, il est absurde de parler d'assainissement écolotique.
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:
Prévenir la pollution des cours d'eau due aux rejets des eaux vannes;
Économiser l'eau par la suppression des chasses;
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.
Les quatre générations des toilettes sèches
La première génération est constituée par les latrines de nos grands-parents: une cavité ou trou pratiqué dans le sol, juste en-dessous d'une planche équipée ou non d'une lunette de W-C. En raison des fermentations anaérobies (sans air), ces toilettes étaient malodorantes et très polluantes. L'utilisation agricole des effluents ne semblait cependant pas poser de problèmes majeurs. C'était une pratique courante pendant des siècles, voire millénaires.
La deuxième génération avait comme point de départ l'amélioration du confort d'utilisation. Dans les faits, il s'agit des perfectionnements techniques apportées au vase de nuit classique afin de rendre possible son usage à l'intérieur de l'habitation. Afin d'espacer les vidanges, on y sépare l'urine et la matière fécale. C'est la caractéristique technique la plus importante. L'urine, qui représente environ 90 % de la masse des déjections, est canalisé vers un réservoir de stockage, tandis que les fèces sont collectés et, pour diminuer leur masse, sont desséchés avec une résistance chauffante, un courant d'air ou à l'énergie solaire.
Afin de maîtriser les odeurs qui, suite à la séparation, finissent par apparaître, on y installe un système de ventilation forcée. Celui-ci fonctionne presque toujours à l'énergie électrique.
Les fèces desséchés et l'urine sont ensuite épandus sur le sol. Pour ne pas brûler les plantes, avant l'épandage, l'urine est dilué huit fois.
La troisième génération diffère des autres par le principe de fonctionnement. Les nuisances olfactives sont maîtrisées grâce à l'adjonction d'une litière composée de matière végétale riche en cellulose. C'est ainsi que fonctionne la toilette à litière biomaîtrisée ou TLB. Dans le réservoir de cette toilette, la cellulose végétale bloque (par inhibition) les réactions enzymatiques dans les déjections, réactions qui sont responsables du dégagement des odeurs. Ce blocage ne peut avoir lieu qu'en présence d'urine. Afin d'éviter le développement des fermentations anaérobies (avec dégagement d'odeurs) la capacité du réservoir ne peut guère dépasser le volume d'une semaine de « production ». De ce fait, les vidanges sont plus fréquents. Une TLB, bien qu'elle se place à l'intérieur de l'habitation, ne nécessite pas l'installation d'un système de ventilation forcée.
Avant leur utilisation agricole, les effluents des TLB sont compostés en deux étapes d'un an. Le compost obtenu convient à toutes les productions végétales, sans le moindre risque sanitaire.
Le principe de fonctionnement de la quatrième génération est le même que celui de la TLB. Ces nouvelles toilettes, appelées turbo-toilettes ou T-T, prennent place dans les appartements des grands immeubles urbains. C'est la synthèse entre la TLB classique et le W-C à chasse d'eau.
A partir d'une cuvette en porcelaine ou en acier inoxydable, les déjections sont évacuées avec une centaine de millilitres d'eau injectée sous haute pression (une dizaine de bars) dans la cuvette. Les effluents concentrés (c'est le point le plus important pour le bon fonctionnement) sont liquéfiés à l'aide d'un broyeur et injectés sous faible pression (quelques centaines de millibars) dans une canalisation séparée reliée à une cuve d'imprégnation de litière. Afin de diminuer le degré de minéralisation de la matière organique, le temps de séjour dans la canalisation doit être le plus petit compatible avec la liaison entre l'habitation et le centre d'imprégnation.
La litière cellulosique imprégnée est alors compostée dans un centre de compostage.
Remarque:
Ici, la litière est composée d'un ensemble de déchets cellulosiques: la partie fermentescible des ordures ménagères, papiers souillés, cartons d'emballage, déchets urbains verts, ect. C'est le respect le plus rigoureux du principe de gestion conjointe des différents types de déchets pour une valorisation agricole et surtout pour régénérer les terres de cultures dégradées.
Dans les villes, équipées de T-T, les égouts classiques ne véhiculeraient que des eaux grises (savonneuses), dont le traitement est plus simple et moins onéreux que celui des eaux vannes.
Lire aussi le chapitre consacré à l'usage du système TRASELECT en ville.
Eaux usées domestiques: eaux grises, eaux vannes
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 ». La composition des deux types d'eau étant différente, leur traitement sélectif présente des avantages.
La composition qualitative des eaux usées domestiques
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Eaux vannes |
Eaux grises |
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Eaux issues des W-C et des urinoirs |
Eaux de lessive, vaisselle, bain, nettoyage |
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Matières organiques azotées et phosphorés. 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.
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Matières organiques sans azote, mais contenant du soufre et du phosphore. Substances tensioactives: savons, détergents.
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Phosphore organique d'origine métabolique, environ 1 kg par an par personne. |
Phosphore minérale des lessives sous forme de phosphates minérales. |
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Très grand nombre de bactéries de contamination fécale. |
Peu de bactéries de contamination fécale. |
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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. |
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Toujours froides |
Chaudes ou tièdes (important pour le traitement) |
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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. |
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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. |
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La matière organique de nos déjections font 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 macro-molécules de la charge polluante des eaux grises constituent une menace pour les cours d'eau en cas de déversement après épuration. |
Épuration sélective des eaux vannes
A l'état actuel des techniques, elle ne présente pas beaucoup d'avantage. 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 environnementale 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.
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 exeptionnelles dans la protection de l'environnement, l'épuration sélective des eaux grises est indterdite par la loi en zone à épuration collective.
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 macro-molécules 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 l'ordre de 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 soit dans des petites installations décentralisées, soit dans des plus grandes installations qui alimenteraient des zones humides naturelles. Après passage de ces eaux 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 consacré à l'épuration sélective des eaux grises.
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, le seul 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.
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 le premier principe à respecter est le suivant:
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.
Infiltration des eaux vannes dans le sol
Avant toute épuration, la charge polluante est constituée de macro-molécules 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 le deuxième principe à respecter:
L'infiltration des eaux vannes dans le sol doit toujours se faire dans la zone occupée par les racines des plantes (rhizosphère).
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. Le troisième principe à respecter est de:
Ne pas épurer les eaux vannes, avant leur infiltration dans le sol.
Remarque:
Le déversement des eaux vannes, même bien épurées, dans un cours d'eau constitue une menace d'asphyxie de la rivière par eutrophisation.
L'infiltration des eaux vannes sans traitement dans le sol ne constitue évidemment qu'un moindre mal par rapport à l'épuration classique forte 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.
Régime hydrique en assainissement classique
Le régime hydrique est la manière dont l'eau des précipitations se répartissent 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.
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, sans traitement, dans la rivière. La dilution des eaux usées par la pluie diminue aussi 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. A moins d'une désinfection préalable, 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 de 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.
Régime hydrique en assainissement écologique
En assainissement écologique:
on s'efforcera d'insérer les activités domestiques touchant l'eau dans les grands cycles naturels, y compris le cycle de l'eau;
on favorisera, par tous les moyens possibles l'infiltration de l'eau des précipitations dans le sol;
afin de diminuer la pression sur nos réserves hydriques, on utilisera au maximum l'eau de pluie.
A ce point de vue, dans une maison écologique, l'eau utilisée par le ménage proviendra exclusivement (ou en grande partie) de l'eau qui tombe sur le toit. Après filtration, elle servira à tous les usages domestiques. Grâce à l'utilisation d'une bonne toilette sèche, 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 dans le sol du jardin.
Les matières organiques contenues dans les déjections y sont 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 tous simplement pas.
Une telle maison n'a souvent pas besoin d'être raccordée à un 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.
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 environnementale 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.
Assainissement écologique en ville
Contrairement aux idées reçues et habilement entretenues, le concept de l'assainissement écologique est parfaitement transposable en milieu urbain. Lire à ce sujet la page du site eautarcie réservée au système TRAISELECT en ville.
Eutrophisation
C'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. C'est le phénomène d'auto-épuration des cours d'eau. Après une certaine distance en aval du déversement d'une station d'épuration, le phénomène d'eutrophisation peut 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 (issu 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 rendrait la pureté naturelle à toutes les rivières non polluées par l'industrie ou par l'agriculture.
Infiltration des eaux grises dans le sol
Afin d'éviter le colmatage du système, les eaux grises doivent d'abord séjourner pendant environ deux 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).
Insérer les activités domestiques dans les grands cycles naturels
C'est un des grands principes de l'assainissement écologique. 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.
La clef de l'assainissement écologique se trouve donc dans l'usage généralisé des toilettes sèches dont les effluents sont gérés conjointement avec des déchets cellulosiques. Il n'y a pas d'assainissement écologique sans toilettes sèches correctes.
La toilette à litière biomaîtrisée ou TLB
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 quatre générations de toilettes sèches.
Performance épuratoire
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 éliminé de l'eau, et P = 100.
Performance environnementale
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:
La consommation d'énergie pour l'épuration, pour la fabrication des réactifs éventuels, pour le transport et le traitement des boues, ainsi que pour l'entretien des installations;
Les nuisances olfactives et par le bruit des machines et la charrois de camions de transport de boues;
Les impacts environnementaux du traitement et de l'élimination des boues;
La quantité d'azote rejeté dans l'environnement par les eaux épurées et aussi par les boues; cette quantité doit être exprimée en kg d'azote nitrique par an par équivalent-habitant;
La quantité de substances tensioactives (détergents) rejetés dans le cours d'eau récepteur, exprimée en grammes par an par équivalent-habitant;
La valeur biologique de la matière organique azotée, provenant des eaux vannes (humus potentiel), transformée en nitrates au cours de l'épuration;
Le degré de perturbation du régime hydrique du cours d'eau récepteur des eaux épurées (ou le rapport du débit de la rivière et celui des eaux épurées;
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 série de facteurs:
La quantité d'eau utilisée pour traiter (ou évacuer) les déjections annuelles d'une personne;
La quantité d'eau utilisée pour diluer les urines avant leur valorisation agricole;
La quantité d'énergie non renouvelable consommée pour l'aération forcée, pour sécher les fèces ou pour homogénéiser et pomper les effluents de la toilette;
La quantité d'azote nitrique, nitreux ou ammoniacal rejetée dans le milieu récepteur par an par équivalent-habitant, soit via des eaux épurées, soit par les urines stockés, les fèces desséchés;
La quantité d'humus stable (azote non lessivable) produits in fine par le compostage des effluents de la toilette;
La valorisation éventuelle d'autres déchets (cartons d'emballage, déchets de bois, papiers souillés, déchets verts, etc.) pour la litière et pour le compostage conjoint des effluents de la toilette avec la partie fermentescible des ordures ménagères.
Compostage
C'est la reconstitution artificielle du processus de formation de l'humus du sol. L'humus est la matière organique de couleur brune, tourjours présente dans les terres arables. L'humus se forme à partir des matières organiques, grâce à un long processus de transformation faisant intervenir des bactéries et aussi les verres de terre. Cette matière brune est souvent appelé "l'or brun de la terre", car elle est à la base de la fertilité naturelle du sol. En présence de suffisamment d'humus, la terre sablonneuse acquiert une certaine consistance, elle devient un peu plus compact. Les terres argileuses, naturellement compactes, deviennent par contre plus friables losqu'elles contiennent suiffsamment d'humus. Une terre contenant beaucoup d'humus a une grande capacité de rétention d'eau: les cultures demandent moins d'eau d'irrigation. L'eau stockée par l'humus du sol s'infiltre lentement dans les couches profondes et alimente les puits et des sources. En l'absence d'humus, les précipitations ont tendance à ruisseler, provoquant des inondations. 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. 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 et le débit des rivières devient plus régulier. Le sol se recouvre d'une végétation qui modifie progressivement le climat, en augmentant le pluviosité. 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 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 ou humain.
L'humus contenu dans le sol disparaît progressivement par un processus de "combustion" ou d'oxydation lente, mais naturel. Dans une terre agricole bien entretenue, la disparition naturelle de l'humus est contre-balancée par un apport régulier de fumure organique. L'utilisation des engrais de synthèse (engrais dits "chimiques"), ainsi que celle de la chaux, accélère le processus naturel de disparition de l'humus. L'agriculture intensifié (dite "chimique") compromet gravement la fertilité naturelle des sols. Celles-ci, privés d'humus, sont emportés par le vent et les eaux, laissant progressivement la place au désert. Les premiers signes de ce processus sont la fréquence d'alternance des périodes de sécheresse grave et des inondations.
Pédogenèse
C'est le processus du 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 centimères 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.
La formation de l'humus fait partie intégrante de la pédogenèse. L'humus se forme naturellement notamment dans les forêts, au départ des feuilles branches et végétaux morts, ainsi que des déjections des animaux sauvages. 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. Continuer la lecture avec l'article ci-dessous.
Valorisation énergétique de la biomasse: une atteinte grave à la biosphère
Le compostage mené correctement n'est autre que la reconstitution artificielle de la formation naturelle de l'humus. C'est la raison pour laquelle, dans un compost équilibré, il faut la présence conjointe de la biomasse végétale et animale. 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). 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, le sable devient "collant".
L'humus du sol se décompose spontanément, tout en nourrissant les plantes. Sa vitesse de décomposition augmente exponentiellement (très fort) avec la température. Cette vitesse dépend aussi 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 amendement minéraux, etc.). Plus il y a de sels, plus rapide est la décomposition de l'humus. C'est ce qui explique les rendements élevés suite au chaulage, à l'ajout de cendre de bois, de digestat de biométhane, urine, lisier, etc., qui augmentent la force ionique. Ces rendements élevés sont obtenus au détriment de la réserve humique du sol. La vitesse de décomposition de l'humus augmente exponentiellement avec la racine carré de la force ionique. A la fin de ce processus, le sol se dégrade. Le sol argileux devient compact faisant des grosses fissures au séchage, le sol sablonneux devient sable libre que le vent emporte. C'est le début du processus de désertification. La capacité de rétention d'eau diminue, le débit des rivières devient irrégulier, les sources se tarissent, les périodes d'inondations et de grande séchresse s'alternent chaque année. La végétation se raréfie, les rendements agricoles s'effondrent. En l'absence d'humus, le sol dépourvue de couverture végétale devient de plus en plus clair (son albédo augmente) provoquant des courants d'air asendants qui chassent les nuagles plus loin. Les pluies deviennent plus rares. Bref, le désert s'installe progressivement. C'est le résultat final de l'agriculture industrielle qui vit actuellement sur les dernières réserves humiques des terres agricoles.
Pour retourner ce processus, il est indispensable de mettre en place un programme monidal de gestion globale de biomasse. 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, fabriquer de biogaz, de bio-carburants est une atteinte grave à la biosphère. La mobilisation des terres agricoles pour les cultures énergétiques contre production alimentaire, n'est qu'un aspect mineur du problème. Avec la combustion de la biomasse, on prépare intensivement les désert de demain et la famine généralisée.