II.4. Le choix des filtres

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II.4.1.Les filtres verticaux :

II.4.1.1.Le principe :

Le filtre à écoulement vertical fonctionne comme un filtre à sable amélioré. Il retient en surface et dans les premiers centimètres de granulats la majeure partie des matières solides qui vont s’accumuler. L’eau ne stagnant pas dans ce type de marais, les matières piégées vont rapidement composter et réduire leur masse par fermentation aérobie grâce à l’activité microbienne du milieu. Ce type de marais a une action nitrifiante sur l’azote, son exutoire ne comporte que des« petites molécules ». Les racines des plantes (généralement des phragmites) auront pour rôle de maintenir une perméabilité homogène et de créer une rhizosphère propice au développement bactérien aérobie. (Boutin. C.,1987)

Pour cette raison, le filtre à écoulement vertical est alimenté de façon intermittente, il n’est donc pas saturé d’eau. Les eaux usées sont distribuées sur la surface du lit et percolent à travers le milieu et les racines des plantes jusqu’à un réseau de drainage situé dans une couche drainante au fond du lit. De surcroît, le marais est divisé en 2 ou 3 bassins, il est donc en fonctionnement 1semaine sur 2 ou sur 3, permettant ainsi une bonne dégradation de la matière organique. Le filtre à écoulement vertical remplace la fosse septique ou toutes eaux. Le milieu n’étant pas réducteur, il n’y a pas d’odeurs. La couche superficielle de compost générée sera à enlever tous les 10 -15 ans.

II.4.1.2.Constitution et mise en place :

La géométrie du filtre est conditionnée par la charge polluante à traiter, la vitesse d’infiltration dans le granulat et le débit d’effluent.

Le garnissage du 1er étage se divise en 3 couches, du fond vers le haut :

• couche drainante (20 cm) gravier grossier ou galets : granulométrie de 20 à 60 mm,
• couche de transition (20 cm) gravier fin : granulométrie de 3 à 20 mm,
• couche filtrante (30 cm minimum) sable grossier : granulométrie de 2 à 8 mm.

En fonction de la disponibilité, les deux couches de surface peuvent être remplacées par de la pouzzolane. Cette roche volcanique présente une surface d’échange supérieure au sable et possède donc un meilleur pouvoir épurateur (Figure. II.08).

Pour une surface de filtre supérieure à 10 m², il faut envisager un système d’aspersion sous pression, soit de façon mécanique, soit par un système de pompage. La collecte des effluents traités se fait par des drains de 100 mm de diamètre entaillés de fentes de 5 mm de largeur tournées vers le bas, situés au fond du filtre. Ces drains seront reliés à des cheminées d’aération situées à l’entrée du 1er étage. Afin de faciliter la migration des effluents vers la sortie du 1er étage, une faible pente peut être envisagée (0.5 à 2%).Une hauteur de revanche de 30 cm minimum doit être prévue pour l’accumulation des boues. Le filtre vertical est principalement implanté en phragmite des marais.

Schéma de filtre planté à flux vertical en coupe transversale

Figure. II.08 : Schéma de filtre planté à flux vertical en coupe transversale

II.4.2.Les filtres horizontaux :

II.4.2.1.Le Principe :

Le filtre à écoulement horizontal sous la surface est constitué de bassins remplis d’un milieu poreux dans lequel sont placées des plantes émergentes. Les eaux usées s’écoulent horizontalement sous la surface à travers le milieu et les racines des plantes. Les végétaux ont, ici, un rôle mécanique comme pour les marais verticaux mais avec un rôle de fixation et d’épuration des micros polluants en plus. Le milieu créé est favorable au développement de micro-organismes aéro-anaérobiose. Le milieu n’est donc pas totalement anaérobique ce qui évite les dégagements d’odeurs. Ce type de marais va agir sur l’azote par dénitrification. Pour les autres éléments, il fonctionne par accumulation.

Le filtre à écoulement horizontal doit être précédé d’un marais à écoulement vertical ou d’une fosse septique lorsque les eaux usées sont peu chargées (inférieur à 100 mg/L en DBO5.).Le filtre à écoulement horizontal ne doit pas recevoir de matières en suspension. Dans le cas d’une filière avec fosse septique ou toutes eaux, il est recommandé de placer un préfiltre pouzzolane en amont. Lorsque les eaux ménagères ne transitent pas par la fosse, elles doivent également passer à travers un préfiltre pouzzolane. (Boutin. C., 1987).

II.4.2.2.Constitution et mise en place :

Contrairement au marais vertical, l’alimentation du marais horizontal se fait en continu. Son dimensionnement est conditionné par la charge polluante à traiter, par la conductivité hydraulique du granulat utilisé et par le débit d’effluent. Un gabion d’alimentation constitué de galets sur les 50 premiers centimètres du filtre est suffisant pour permettre une répartition homogène sur toute la largeur du filtre. Une rampe d’alimentation faisant la largeur du filtre améliore cette répartition pour les marais de grandes dimensions. Il est préférable de ne pas planter de roseaux au niveau des gabions.

Pour assurer un bon écoulement de l’effluent dans la partie filtrante, une pente de 0.5%minimum doit être prévue. La surface du filtre quant à elle, doit être plane. Pour une collecte optimale de l’effluent traité, un gabion de galets peut être prévu en sortie de marais, sur 50 cm. Un drain occupant la largeur du filtre récupère l’effluent qui est transféré dans une chambre de vannes. Dans la chambre de vannes, un dispositif de coude rotatif est prévu pour régler le niveau d’eau dans le filtre (Figure. II.01).

La couche filtrante du filtre est composée de sable grossier ou de gravier fin ayant une granulométrie de 2 à 8 mm. Cette couche, en entrée, à une hauteur de 0.6 m. Une hauteur de revanche de 20 cm doit être prévue en cas de forte pluviométrie. L’effluent circule à 10 cm sous la surface des granulats écartant ainsi les risques de prolifération d’insectes. La végétation à implanter est plus variée que pour le marais vertical. On utilisera des roseaux type massette à système racinaire puissant en tête de marais, là où le risque de colmatage est le plus important. Ensuite des flores variées pourront être disposées par taille décroissante : Jonc, carex, arum, menthe, iris, etc. (Boutin. C., 1987).

Schéma d'un filtre planté à flux horizontal en coupe transversale

Figure. II.09 : Schéma d’un filtre planté à flux horizontal en coupe transversale

II.4.3.Les systèmes hybrides :

Les systèmes hybrides sont en fait l’association en série de filtres verticaux et de filtres horizontaux. L’association la plus courante, initialement étudiée par le Dr. K. Seidel et mise en œuvre de façon relativement limitée aux Etats-Unis, en Allemagne, en Autriche et en France. (Vyzamal et al, 1998) est constituée de deux étages consécutifs de filtres verticaux en parallèle suivis de deux ou trois étages de filtres horizontaux en série.

Des variantes ont aussi été étudiées plus récemment principalement au Danemark (Salt, D.E ,et al, 1998), où l’on trouve des filtres horizontaux en premier étage suivis de filtres verticaux. L’explication de l’existence de cette disposition est historique : au Danemark on a commencé par construire des filtres horizontaux. Avec l’introduction des normes concernant l’azote, ces systèmes ont été complétés en aval par des filtres verticaux. En effet, les premiers filtres ont pour rôle la rétention des matières en suspension et l’élimination des matières organiques dissoutes, les seconds mieux oxygénés assurent la nitrification. Une recirculation des effluents nitrifiés en tête de traitement peut permettre d’obtenir de bons résultats en matière de dénitrification, mais ce dispositif nécessite d’installer des pompes et organes de programmation dont la complexité serait en contradiction par rapport à la rusticité des filtres plantés de macrophytes qui est leur principal intérêt.

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