réutilisation des eaux usées traitées en...
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uNiVeRSiTe Cadi ayyad
faCuLTe deS SCieNCeS
SeMLaLia
MaRRaKeCh
Département de biologie
Projet de fin d’études – Semestre
Vi
Intitulé du mémoire :
Réutilisation Des Eaux Usées Traitées
En Fertigation
Noms des candidats :
Safa eL faThi
ayoub eL ghadRaoui
Membres du jury :
Pr. Ouazzani Naaila (Encadrant)
Pr. Rafouk Laila
Pr. Alifriqui Mohamed
Pr. Yassir Abdellah
DATE DE SOUTENANCE : Le 31/05/2013
R e m e r c i e m e n t s
Je tiens à exprimer la reconnaissance à toutes les personnes ayant apporté leur concours à l’élaboration de ce mémoire de fin d’étude.
- Madame Naaila OUAZZANI pour son encadrement, son temps si précis, son savoir faire ainsi que sa gentillesse.
- Monsieur Tawfik EL MOUSSAOUI, pour son tutorat, ses conseils avisés et surtout son sourire de tous les instants.
- Nos familles et nous citons : nos pères, nos mères, y compris nos frères et sœurs.
- Les étudiants, le corps enseignant et les professionnels, plus précisément Mme Rafouk Laila, Mr Alifriqui Mohamed et Mr Yassir Abdellah pour avoir animé cette année.
Je remercie aussi tout le personnel du CNEREE (Centre National d’Etudes et de Recherches sur l’Eau et Energie), dont Mr Tawfik suscité, Mlle Meriem et Mlle Laila qui ont accepté de nous guider et répondre nos questions.
SOMMAIRE
INTRODUCTION ....................................................................................................................................... 1
CHAPITRE I : CARACTERISTIQUES DES EAUX USEES ................................................................................ 2
I.1- Caractéristiques des eaux usées ............................................................................................. 2
I.1.1- Caractéristiques physico-chimiques .................................................................................... 2
I.1.1.1- Matières en suspension (MES) : ...................................................................................... 2
I.1.1.2- Les charges organiques : ................................................................................................. 3
I.1.1.3- Les matières azotées : ..................................................................................................... 3
I.1.1.4- Matières phosphatées :................................................................................................... 3
I.1.1.5- Eléments minéraux :........................................................................................................ 3
I.1.2- Caractéristiques bactériologiques ....................................................................................... 3
I.1.2.1- Les bactéries pathogènes et potentiellement pathogènes :........................................... 4
I.1.2.2- Les bactéries indicatrices contaminations fécales : ........................................................ 4
I.1.3- Caractéristiques parasitologiques ....................................................................................... 4
CHAPITRE II : REUTILISATION DES EAUX USEES TRAITEES EN AGRICULTURE ......................................... 5
II.1- Différents types de réutilisation des eaux usées traitées ....................................................... 5
II.2 - Critères de qualité des eaux usées à réutiliser pour l’irrigation : ........................................... 6
II.2.1- Critères sanitaires (OMS et autres) ................................................................................. 6
II.2.2- Critères de qualité chimiques des eaux d’irrigation (FAO, 1985) .................................... 9
II.3- Réutilisation des eaux usées dans l’agriculture au Maroc .................................................... 12
II.4 - Cadre réglementaire de la réutilisation des eaux usées au Maroc : ..................................... 14
II.5- Avantage de la réutilisation des eaux usées traitées : ......................................................... 15
II.5.1- Avantages environnementaux ...................................................................................... 15
II.5.2- Avantages économiques :.............................................................................................. 15
CHAPITRE III :L’IRRIGATION FERTILISANTE «FERTIGATION» ................................................................ 17
III.1- Technique de fertigation : ..................................................................................................... 17
III.2- Principe de la fertigation ...................................................................................................... 17
III.3- Fertigation et sol.................................................................................................................... 18
III.4- Fertigation et plante .............................................................................................................. 23
CHAPITRE IV : REUTILISATION DES EAUX USEES EN FERTIGATION : ....................................................... 25
IV.1- Fertigation par les eaux usées : ............................................................................................. 25
IV.2- Valeur fertilisante des eaux usées brutes ............................................................................. 25
IV.3- Les fertilisants dans les eaux usées traitées .......................................................................... 26
La teneur en azote de l’eau usée urbaine après traitement secondaire ................................. 26
Le phosphore dans les eaux usées après traitement secondaire ............................................. 26
Le potassium contenu dans l’eau usée .................................................................................. 26
IV.4- Evaluation des apports en eaux et des éléments fertilisants en cas de fertigation par les
eaux usées ......................................................................................................................................... 26
IV.4.1- Détermination des besoins en eau de la culture........................................................... 26
IV.4.2- Détermination des apports en éléments fertilisant (N, P et K) ..................................... 27
IV.5- Comparaison des apports en éléments fertilisant des eaux usées et des besoins de la
plante :…………………………………………………………………………………………………………………………………………28
VI.6- Rendement de la fertigation par les eaux usées : ................................................................. 29
VI.7- Effet de l'irrigation par les EU sur les plantes cultivées : ...................................................... 30
VI.8- Effet de l'irrigation par les EU sur les propriétés physicochimiques du sol .......................... 31
IV.9- Avantage et inconvénients de la fertigation par les eaux usées ........................................... 31
IV.9.1- Avantage ........................................................................................................................ 31
IV.9.2- Inconvénient .................................................................................................................. 32
Conclusion ............................................................................................................................................. 33
Liste des tableaux
Tableau 1: Recommandations microbiologiques révisées de l’OMS (1989) pour la réutilisation en
agriculture des eaux usées ...................................................................................................................... 8
Tableau2 : Normes bactériologiques appliquées dans certains pays et préconisées par des
organisations ........................................................................................................................................... 9
Tableau3 : recommandation de la FAO pour une eau d’irrigation ....................................................... 10
Tableau4 : Tolérance à la salinité de quelques plantes cultivées ......................................................... 11
Tableau 5 : Limites recommandées en éléments traces (mg L-1) dans les eaux usées épurées ........... 12
Tableau 6: projection de la production des eaux usées au Maroc ....................................................... 12
Tableau 7: Estimation des volumes d’eaux usées réutilisées en agriculture pour certaines villes
continentales ......................................................................................................................................... 13
Tableau 8: les besoins des quelques plante en élément fertilisants (kg d’élément/quintal de grain/ha)
............................................................................................................................................................... 24
Tableau 9: Apport de nutriments pour diverses quantités d’eau d’irrigation appliquées .................... 28
Eau d’irrigation m3/ha.an ..................................................................................................................... 28
Tableau 10: Apports en éléments fertilisants des eaux usées épurées par lagunage à Settat, par
rapport aux besoins des cultures .......................................................................................................... 29
Tableau 11 : Rendement de culture irriguée avec des eaux usées ....................................................... 30
Liste des figures
Figure 1: production des eaux usées brutes ......................................................................................... 13
Figure 2 : différents besoins de la plante .............................................................................................. 17
Figure3 : Les divers constituants du sol................................................................................................. 18
Figure4 : Source de fertilité ................................................................................................................... 19
Figure5 : Le cycle d’azote ...................................................................................................................... 20
Figure 6 : Cycle de phosphore ............................................................................................................... 22
Figure7: l'azote pour la plante ............................................................................................................... 23
Figure8: cycle de potassium pour la plante........................................................................................... 23
Figure 9: Apport en éléments fertilisants majeur (N, P, K) par une dose de 1000 mm d’eau D’irrigation
............................................................................................................................................................... 25
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
1
INTRODUCTION
La réutilisation des eaux usées en agriculture a débuté à la fin du dix-neuvième siècle
en Australie, en France, en Allemagne, en inde et aux Etats-Unis, et en 1904 au Mexique.
En tant que substitue de l’eau douce pour l’irrigation, les eaux usées ont un rôle important à
jouer dans la gestion des ressources en eau. En laissant l’eau fraiche pour l’alimentation en
eau potable et pour d’autres usages prioritaires. La réutilisation des eaux usées contribue à la
conservation de l’eau ; elle présente aussi un certain avantage économique. Les eaux usées
sont disponible à proximité de l’agglomération urbaines, ou est concentrée la demande des
produits agricoles.
Réutiliser les eaux usées pour irriguer les cultures et les plantations d’arbre peut donc
aider à améliorer la protection des ressources en eaux et augmenter les rendements des
cultures et se substituer même à un usage couteux de fertilisants. Dans certains pays,
particulièrement dans les zones arides, cette réutilisation est essentielle. Il faut donc veiller
avant tout à ce que les eaux usées soient réutilisées de façon rationnelle, tout en veillant à la
protection de la santé.
L’objectif de ce travail est de mettre en évidence l’effet bénéfique de la réutilisation
des eaux usées en agriculture ou fertigation par les eaux usées. Ce mémoire comporte une
description des caractéristiques des eaux usées, le principe d’une irrigation fertilisante, la
fertigation par les eaux usées ainsi que la valeur nutritive de cette ressource en eau non
conventionnelle.
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
2
CHAPITRE I : CARACTERISTIQUES DES EAUX USEES
Définition et origine des eaux usées :
Les eaux usées, sont des eaux utilisées et souillées par différentes substances telles que
les détergents, les urines, les matières fécales, les huiles, les microorganismes (bactéries,
virus, parasites), les pesticides les engrais, etc.
Elles sont issues des différents usages de l’eau liés aux activités humaines domestiques,
industrielles, agricoles ou autres.
Généralement, on distingue plusieurs grandes catégories d’eaux usées :
Les eaux usées domestiques : qui sont issues de nos habitations. Elles sont
principalement polluées par des matières organiques et les microorganismes.
Les eaux usées industrielles : leurs caractéristiques sont extrêmement variables et
sont directement liées au type d’industries agroalimentaire, chimique, minière ou
autre
Les eaux usées pluviales : qui peuvent être fortement polluées en particulier en début
de pluie du fait du lessivage des fumées dans l’atmosphère et du ruissellement a la
surface du sol. « Web 1 »
I.1- Caractéristiques des eaux usées
I.1.1- Caractéristiques physico-chimiques
Les eaux usées sont constituées généralement de 99% d’eau et 1% de polluants (charges
organiques (MES, DCO, DBO), des nutriments (N, P) et des éléments minéraux(les sels) et en
général, les eaux usées domestiques présentent des pH autour de la neutralité. Pour certaines
eaux usées industrielles le pH peut être acide ou basique.
I.1.1.1- Matières en suspension (MES) :
C'est la quantité de pollution organique et minérale particulaire dans l'eau usée. Les eaux
usées domestiques présentent des teneurs allant de 200à 450mg/l. Les eaux usées
industrielles peuvent avoir des teneurs atteignant des centaines de grammes.
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
3
I.1.1.2- Les charges organiques :
Les matières organiques, sont des matières oxydables qui nécessitent pour
leur décomposition une certaine quantité d'oxygène. Elles vont appauvrir le milieu naturel en
oxygène, c'est pourquoi elles sont considérées comme des matières polluantes. Deux
paramètres permettent d'évaluer la teneur en matières organiques: la DCO et la DBO5.
«Web2 »
I.1.1.3- Les matières azotées :
Les formes de l'azote dans les eaux usées sont l'azote total (NTK), les nitrates (NO3-) et
les nitrites (NO2-). En plus de la toxicité de la forme ammoniacale et nitrique l'azote
intervient dans le phénomène de l'eutrophisation. Dans une eau usée le NTK peut atteindre
des valeurs moyennes de 100 mg N/L de NTK et environ 50% sous forme d’azote
ammoniacal.
I.1.1.4- Matières phosphatées :
C’est la quantité de phosphore total contenu dans l'eau sous diverses formes :
pyrophosphates, organophosphates et ortho phosphates. Les teneurs de P présent dans une eau
usée sont autour de 10 mg P/l
I.1.1.5- Eléments minéraux :
Une eau usée contient également des éléments minéraux. L’eau usée peut contenir les
ions chlorures, Sodium, Potassium, Calcium, Magnésium, sulfates et autres à différentes
concentrations. Les éléments métalliques peuvent être également présents naturellement à
l’état de traces (ex le fer, le plomb, le mercure, chrome, le cuivre, le cadmium….etc.)
L’activité humaine peut avoir renforcé cette présence.
I.1.2- Caractéristiques bactériologiques
La charge infectieuse présente dans les eaux se répartit en quatre grandes familles soit,
les bactéries, les virus, les protozoaires et les vers parasites.
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
4
I.1.2.1- Les bactéries pathogènes et potentiellement pathogènes :
Ils sont généralement les hôtes de l’intestin de l’intestin des hommes et des animaux. Ils
sont responsables d’infections diverses :
Les principaux germes : les coliformes fécaux, les salmonelles, les streptocoques fécaux, les
staphylocoques, les vibrions, les aéromonas, les shigella et les pseudomonas.
I.1.2.2- Les bactéries indicatrices contaminations fécales :
- Les coliformes fécaux ou thermo-tolérants
- Coliformes totaux.
- Streptocoques fécaux…etc.
I.1.3- Caractéristiques parasitologique
Les parasites retrouvés dans les eaux usées et les boues appartiennent à deux grands
groupes : les helminthes et les protozoaires. « Web3 »
Les trois protozoaires à transmission hydrique sont :
-les amibes
-Giardia intestinalis (forme végétatives ou trophozoïte) ou la forme kyste.
-cryptospridium
Les helminthes pathogènes dont les œufs sont retrouvés dans les eaux usées et
les boues peuvent être classés en 3 principales familles :
- Nématodes
- Cestodes.
- Trématodes.
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
5
CHAPITRE II : REUTILISATION DES EAUX USEES TRAITEES EN
AGRICULTURE
II.1- Différentes types de réutilisation des eaux usées
traitées
Après utilisation, les eaux potables, devenues eaux usées, sont éliminées par une des filières
suivantes :
o Rejet direct dans le milieu naturel quand le pouvoir auto épurateur de celui-ci
est suffisant,
o Traitement en station d’épuration et rejet dans le milieu naturel,
o Traitement en station d’épuration et réutilisation pour divers usages :
-Soit directement, après traitement, généralement tertiaire,
-Soit indirectement, après passage par les milieux naturels qui apporte souvent
un complément d'épuration
o épandage, éventuellement après traitement ou prétraitement, pour l’évacuation
et l’épuration par le sol
Les eaux usées épurées peuvent être considérées comme une source en eau non négligeable
pour être réutilisées par l’homme dans les domaines suivants :
Utilisations urbaines : arrosage des espaces verts, lavage des rues,
alimentation de plans d'eau, Fontaines, aux quelle son peut ajouter une utilisation
périurbaine qui se développe : arrosage des golfs,
Utilisations agricoles : irrigation,
Utilisations industrielles : elles concernent les eaux de refroidissement. La
réutilisation est plus difficile à envisager pour des eaux de chaudière qui doivent être
fortement déminéralisées et pour les eaux des industries agroalimentaires qui doivent
avoir la qualité des eaux potables.
Recharge des nappes, protection contre l'intrusion du biseau salé en bord de mer
par recharge de nappes.
Réutilisation en pisciculture : en chine, il existe plusieurs cas de réutilisation des eaux
usées traitées en bassins d’élevage piscicoles. (AVIRON-VIOLET, 2000)
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
6
II.2- Critères de qualité des eaux usées à réutiliser pour
l’irrigation :
A partir d’une eau usée et grâce aux procédés de traitements, il est possible d’obtenir
toute une gamme d’eaux de qualités différentes. A chacune de ces qualités peut correspondre
un usage particulier. Il est, tout à fait clair, que les traitements qui existent peuvent réduire les
concentrations des polluants sous toutes leurs formes à des niveaux qui sont considérés non
dangereux. Les caractéristiques de qualité physiques, chimiques et biologiques sont identiques
pour toutes les eaux d’irrigation.
II.2.1- Critères sanitaires (OMS et autres)
Les recommandations de l’OMS (Health guidelines for the use of waste water in
agriculture and aquaculture) ou «Recommandations sanitaires pour l’utilisation des eaux
usées en agriculture et en aquaculture » (OMS ,1989) sont les seules à l’échelle internationale
(Tableau1).
Elles ne concernent que l’usage agricole et sont ciblées sur des paramètres
exclusivement microbiologiques. Elles sont source d’inspiration pour de nombreux pays à
travers le monde.
En 2000, elles ont été révisées, en intégrant les résultats de nouvelles études
épidémiologiques (Blumenthal et al. 2000). Les modifications ont essentiellement porté sur la
norme “ œufs d’helminthes ” qui pour certaines catégories est passée de 1 à 0,1 œuf L-1
Ces recommandations sont destinées à une utilisation internationale et sont donc
adaptées aux pays en voie de développement. Elles représentent la limite au-delà de laquelle
la santé publique n’est plus assurée.
L’OMS a publié en 2006 de nouvelles lignes directrices sur l’utilisation des eaux
usées (WHO guidelines for the safe use of wastewater, excreta and greywater), qui tiennent
compte des situations locales et privilégient les moyens à prendre pour réduire au minimum
les risques sanitaires posés par ces eaux. L’approche innove surtout parce qu’elle encourage
l’adoption de mesures relativement simples pour protéger la santé à tous les maillons de la
chaîne alimentaire. Il s’agit d’une approche à barrières multiples qui cherche à protéger la
santé des consommateurs avant que les aliments irrigués au moyen d’eaux usées n’atteignent
leur assiette. Cette approche peut inclure la combinaison des éléments suivants: le traitement
des eaux usées, la restriction des cultures, les techniques d'irrigation, le contrôle de
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
7
l'exposition aux eaux usées ainsi que le lavage, la désinfection et la cuisson des produits.
(OMS,2006)
Tableau 1: Recommandations microbiologiques révisées de l’OMS (1989) pour la réutilisation en agriculture des eaux usées (OMS, 1989)
(a)Dans certains ces particuliers, les facteurs épidémiologiques, socioculturels et environnementaux devront être pris en compte, et les recommandations modifiées en conséquence. (b)Moyenne arithmétique du nombre d’œufs/l. Les espèces sont Ascaris, Trichuris et l’ankylostome ; la recommandation correspond aussi à une protection contre les protozoaires parasites. (c)Moyenne géométrique du nombre/100m. La moyenne géométrique(G) est définie comme étant la racine Néime du produit des N termes d’une série statistique. (d)Une limite plus restrictive (≤200 coliformes fécaux/100mL) est appropriée pour les pelouses publiques, comme des pelouses d’hôtels, avec lesquelles le public peut avoir un contact direct.
(e)Cette limite peut être augmentée à ≤1 œufs/l si (i) il fait chaud et sec et que l’irrigation de surface n’est pas pratiquée ou (ii) le traitement de l’eau contient aussi des traitements chimiothérapiques anti-helminthes. (f) Dans le cas des arbres fruitiers, l’irrigation doit s’arrêter deux semaines avant la récolte, et aucun fruit ne doit être récolté au sol. L’irrigation par aspersion ne doit pas être utilisée.
Catégories Conditions de réutilisation Groupes exposés Technique d’irrigation
Nématodes intestinaux
Coliformes fécaux
Traitements recommandées pour atteindre le niveau de qualité microbiologique
A
Irrigation sans restrictions A1 pour les cultures maraichères consommées crues. Les terrains de sports.les parcs publics
Travailleurs, Consommateurs, public
Toutes ≤ 0.1 ≤ 103 Série de bassins de stabilisation bien conçus. Réservoir de stockage et de traitement remplis séquentiellement, ou traitement équivalent. (ex : traitement secondaire conventionnel suivi soit d’un lagunage tertiaire soit d’une filtration et d’une désinfection).
B
Irrigation restreinte. Céréales, cultures industrielles, fourragères, pâturage et foret.
B1 Travailleurs (mais pas les enfants < 15 ans), populations alentours B2 comme B1 B3 Travailleurs dont les enfants < 15 ans, population alentour
Par aspersion Par agricole d’infiltration ou par gravité Toutes
≤1
≤ 1
≤ 0.1
≤ 105
≤ 103
≤103
Série de bassins de rétention dont un bassin de maturation ou un bassin séquentiel ou un traitement équivalent (ex : traitement secondaire conventionnel suivi soit par des lagunages tertiaires soit une filtration) Comme pour la catégorie A Comme pour la catégorie A
C
Irrigation localisée sur des cultures de la catégorie B s’il n’y a pas d’exposition des travailleurs ou public
Aucun Goutte-à-goutte, micro-jet, etc.
Pas de norme Pas de norme
Prétraitement nécessaire pour des raisons techniques liées à l’irrigation, mais pas moins qu’une sédimentation primaire
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
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Les normes de qualité bactériologiques des eaux d’irrigation peuvent être différentes d’un pays à
l’autre comme illustré dans le tableau 2.
Tableau2 : Normes bactériologiques appliquées dans certains pays et préconisées par des organisations
(Lavison et Moulin, 2007)
Pays /Organisation Recommandations
Maroc (niveau A)
<1000 coliformes fécaux /100 ml + Absence de nématodes intestinaux
OMS (niveau A)
1000 coliformes thermo-tolerant/100mL 1+1 œuf d’helimnithe/L
US EPA
< 1 ou 200 coliformes thermo-tolérants/100mL selon culture
(Californie) 2,2 ou 2,3 coliformes totaux/100mL selon cultures + filière de traitement agréée
France (CSHPF, niveau A)
1000 coliformes thermo-tolérants/100mL + 1 œuf d’helminthe/L + contrainte techniques Particulières
Afrique de Sud
1 ou 1000 coliformes thermo tolérants/100mL selon culture + filière imposés
Japon
1 E. coli/100mL + résiduel de chlore total > 0,4 mg/L
Koweït
100 ou 10000 coliformes totaux/100mL selon culture + effluent oxydé + filtré et désinfecté
II.2.2- Critères de qualité chimique des eaux d’irrigation (FAO, 1985)
D’autres organismes ont établi des recommandations complémentaires pour quelques
paramètres chimiques pour une eau d’irrigation. Ces mêmes recommandations ont été adaptées aux
eaux usées. Ainsi, la FAO a émis des classes de qualité d’eau d’irrigation et les restrictions
d’usage pour les différentes classes d’eaux d’irrigation (tableau 3).
Ces classes de qualité sont définies en se basant particulièrement sur les risques de salinisation des
sols (EC, SAR) et sur le risque de la salinité pour les cultures (Na, Cl-,) en
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
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Plus des paramètres pouvant avoir un effet sur les rendements agricoles tels que le bore (Bo),
l’Azote, les bicarbonates et le pH).
Tableau3 : recommandation de la FAO pour une eau d’irrigation (FAO, 1985)
Problèmes potentiel Degré de restriction à l’usage en irrigation unité aucun légers a sévère modéré
salinité ECw
dS/m <0.7 0.7 – 3.0 >3.0 ou TDS mg/l <450 450-2000 >2000 infiltration SAR2 = 0-3 et ECw = dS/m >0.7 0.7-0.2 <0.2 =3-6 = >1.2 1.2-0.3 <0.3 =6-12 = >1.9 1.9-0.5 <0.5 =12-20 = >2.9 2.9-1.3 <1.3 =20-40 = >5.0 5.0-2.9 <2.9 Toxicité spécifique des ions Sodium(Na) Irrigation de surface SAR < 3 3 – 9 > 9 Irrigation par aspersion méq/l < 3 > 3 Chlorure(Cl) Irrigation de surface méq/l < 4 4 – 10 > 10 Irrigation par aspersion méq/l < 3 > 3 Bore(B) mg/l < 0.7 0.7 - 3.0 > 3.0 Effets divers Azote mg/l < 5 5 – 30 > 30 Bicarbonate méq/l < 1.5 1.5 - 8.5 > 8.5 pH Gamme normale 6.5-8.4
ECw signifie la conductivité électrique en deciSiemens paramètre à 25°C. SAR signifie le taux d'adsorption de sodium (sodium adsorption ratio). NO3-N signifie l'azote sous forme de nitrate rapporté en termes d'azote élémentaire. NH4 Net N-organique devraient être également examinés dans les eaux usées.
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
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L’effet de la salinité de l’eau d’irrigation sur les plantes dépend énormément de leur
tolérance au sel comme le montre le tableau (4).
Tableau4 : Tolérance à la salinité de quelques plantes cultivées (FAO, 1985)
Conductivité électrique de l'eau d'irrigation (dS/m et mg/l)*
<2 <1280
2-3 1280-1920
3-4 1920-2560
4-5 2560-3200
5-7 3200-4480
>7 >4480
Citrus Figues Sorgho Soja Carthame Coton
Pommes Olives** Arachide Palmier dattier***
Blé Orge
Pèche Brocoli Riz Phalaris aquatique
Betterave sucrière
Agropyre
Raisins Tomates Betteraves Trèfle Rye grasse
Fraise Concombre Fétuque Artichauts Orge des rats
Pomme de terre
Cantaloup Chiendent pied de poule
Poivrons Pastèques Sudax (sorgho hybride)
Oignons Vesce commune
carottes Epinards
Haricot Sorgho du soudan
Maïs Luzerne * 1dS/m= 640 mg/l * * des niveaux de EC beaucoup plus élevés ont été rapportés (jusqu'à 6 dS/m) pour des olives en Tunisie * * * des niveaux plus élevés de EC ont été également rapportés pour des palmiers dattiers en Algérie (jusqu'à 7-8 dS/m).G. Abdel-Gawad, Acsad
La FAO a également fixé les teneurs limites des éléments traces métalliques dans les
eaux usées traitées destinées à l'irrigation et qui tient compte de la durée d’usage des eaux
(Tableau 5)
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
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Tableau 5 : Limites recommandées en éléments traces (mg L-1) dans les eaux usées épurées (FAO, 2003)
Eléments Utilisation à long terme
Utilisation à court terme
Aluminium 0.5 20 Arsenic 0.1 2 Béryllium 0.1 0.5 Bore 0.75 2 Cadmium 0.01 0.05 Chrome 0.1 1 Cobalt 0.05 5 Cuivre 0.2 5 Fluor 1 15 Fer 5 20 Plomb 5 10 Lithium 2.5 2 Manganèse 0.2 10 Molybdène 0.01 0.05
Nickel 0.2 2
Sélénium 0.02 0.02 Vanadium 0.1 1 Zinc 2 10
II.3- Réutilisation des eaux usées dans l’agriculture au Maroc
La production des eaux usées à l’échelle du Maroc est estimée à 640 millions de m3/an en
2010. Ce volume atteindra 1039 millions de m3 à l’horizon de 2030 dont plus de 50% de cette
production rejetée dans le littorale. Avec une capacité de traitement actuelle de 13% (PNAL 2007).
En plus du potentiel hydrique, les eaux usées constituent une ressource importante en
éléments fertilisants (N, P, K …) qui peut permettre aux agricultures d’économiser les frais de
fertilisation.
Tableau 6: projection de la production des eaux usées au Maroc (PNAL, 2007)
Au Maroc, la demande en eau augmente rapidement et l’agriculture est soumise à une
pression croissante pour partager les ressources en eau avec les autres secteurs économiques. Les
pouvoirs publics encouragent l’utilisation des eaux usées traitées en agriculture par des
2010 2015 2020 2030
Production des eaux usées
brutes en Millions de m3 /an 640 750 870 1039
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
13
investissements lourds dans les stations de traitement des eaux résiduaires et par des subventions
allouées aux agriculteurs, Les volumes annuels des rejets des eaux usées ont fortement augmenté
au cours des trois dernières décennies.
Selon le (tableau 6_Fig1) la production des eaux usées brutes a passés de 48 millions à 600
millions de m3 entre 1960 et 2005 pour atteindre 640 millions en l'an 2010. Selon les prévisions, ces
rejets continueront à croître rapidement pour atteindre 1039 millions de m3 à l'horizon 2030. (PNAL
2007).
Figure 1: production des eaux usées brutes (PNAL, 2007)
Le tableau ci dessous fait part de la superficie irriguée par les eaux usées dans certaines villes du
Maroc.
Tableau 7: Estimation des volumes d’eaux usées réutilisées en agriculture pour certaines villes continentales
(NAAMAN F., DENOEL A., SOUDI B. et CHIANG C. N., (1991)
Villes Volumes d’eaux usées Mm3/an
Superficies irriguées en Ha
Marrakech 15 3000
Meknès 14 1500
Fès 21 800
Béni Mellal 2,6 300
Khouribga 4 600
Sidi Bennour 1,1 300
A Marrakech, la valorisation des eaux usées est une nécessité compte tenu de l’aridité du
climat. Les eaux usées de la ville étaient utilisées depuis plus de 60 ans par les agriculteurs sur le
périmètre agricole de « El Azzouzia » pour l’irrigation de cultures. La maraîchères dont les produits
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
14
se mangent crus sont formellement interdites et que les eaux usées sont réservées uniquement à
l’irrigation des cultures fourragères. (SDNAL, 1998)
Il existe à l’heure actuelle une vaste gamme de technologies de traitement pouvant servir à
la récupération et à la réutilisation des eaux usées. Un grand nombre de ces technologies, ont été
mises au point et appliquées. Ils sont implantés avec les stations d’épurations afin d’avoir une
qualité d’eau épurée bien déterminé vu l’usage souhaité.
Les projets lancés dans la région Marrakech-Tensift-Al Haouz sont aujourd’hui bien avancés. Par
exemple la nouvelle station d’épuration de Marrakech adopte un procédé d’épuration dit «à boues
activées» suivi d’une filtration et d’une désinfection aux ultra-violets et au chlore. Une formule qui
permet de traiter les boues et les odeurs et de produire une eau de niveau «A», selon la classification
de l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS). Cette eau sera réutilisable, sans restriction, pour
l’irrigation, la recharge de la nappe phréatique et l’arrosage des espaces verts et des parcours de golf
(24 golfs en 2015) programmés dans le cadre des projets touristiques de la ville. « Web 4 »
II.4- Cadre réglementaire de la réutilisation des eaux usées au
Maroc :
Au Maroc, l’agriculture représente le plus gros consommateur des ressources en eau (plus
de 80%), Ces ressources, suivant les régions dont elles proviennent, et leur contact éventuel avec
des sources de pollution ont des caractéristiques très diversifiées. De plus, vu la diminution des
apports en eau constatée depuis plusieurs décennies, les agriculteurs, notamment dans les
régions continentales, s’intéressent à l’utilisation des eaux usées.
C’est ainsi que des normes de qualité des eaux destinées à l’irrigation ont été établies afin de :
– Protéger le public et les ouvriers agricoles ;
– Protéger les consommateurs des produits agricoles ;
– Protéger les ressources en eau superficielle et souterraine et les sols ;
– Protéger le matériel d’irrigation ;
– Maintenir des rendements acceptables.
-) La loi 10-95 sur l'eau se base sur des principes en relation avec la qualité de l'eau. Elle vise les
objectifs suivants :
La protection et la conservation des ressources en eau ;
La protection de la santé de l'Homme par la réglementation de l'exploitation, de la
distribution et de la vente des eaux à usage alimentaire ;
La réglementation des activités susceptibles de polluer les ressources en eau.
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
15
-) Le décret n° 2-97-787 du 4 février 1998
relatif aux normes de qualité des eaux et à l'inventaire du degré de pollution des eaux Ce
décret, conformément à l'article 51 de la loi sur l'eau définit les normes de qualité auxquelles une
eau doit satisfaire selon l'utilisation qui en sera faite.
-) Le décret n° 2-97-875 du 4 février 1998 relatif à l'utilisation des eaux usées
Ce décret, fixe les conditions de l'autorisation d'utilisation des eaux usées épurées délivrée par
l'Agence du Bassin Hydraulique ainsi que les modalités d'octroi du concours financier de l'état
lorsque l'utilisation de ces eaux permet de réaliser des économies d'eau et de préserver les
ressources en eau contre la pollution.
-) L'arrêté conjoint n° 1276--01 du 17 octobre 2002 portant fixation des normes de
qualité des eaux destinées à l'irrigation
Cet arrêté distingue entre les eaux naturelles et les eaux usées épurées destinées à l'irrigation et
précise les critères spécifiques pour l'octroi de l'autorisation d'utilisation des eaux usées épurées
par l'Agence de Bassin hydraulique. « Web5 »
II.5- Avantage de la réutilisation des eaux usées traitées :
II.5.1- Avantages environnementaux
En ce qui concerne le critère de l’environnement, la réutilisation des eaux usées traitées
assurera la protection des ressources en eau par la réduction des prélèvements d’eau à partir de la
nappe, en rendant l’eau plus disponible pour des fins agricoles au niveau local. En conséquence,
cela pourrait améliorer le bilan négatif causé principalement par des prélèvements d’eau excessifs
lors de l’irrigation, alors que les apports en eau demeurent insuffisants.
De plus, les analyses de l’eau épurée ont indiqué une valeur nutritive pour les terres agricoles
et les plantes à cause de la présence de l’azote et de phosphore en quantité importante dans
l’effluent final. En effet, cela pourrait réduire le risque potentiel de la contamination des nappes
d’eau vulnérables à l’utilisation des engrais minéraux en agriculture et même améliorer et préserver
la qualité du sol agricole.
II.5.2- Avantages économiques :
La réutilisation des eaux traitées en irrigation contribuerait à l’amélioration de la situation
économique auprès des agriculteurs. En fait, la disponibilité des eaux permettrait aux agriculteurs
d’oublier le risque de la sècheresse qui affecte souvent la récolte, pour ce qui est de l’agriculture
dite « classique » basée principalement sur les précipitations. L’augmentation des récoltes est
l’autre facette positive de cette réutilisation, en raison de la disponibilité des eaux pendant toutes les
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
16
périodes de l’année à cause de la production quotidienne des eaux usées, ce qui encouragerait les
agriculteurs à augmenter le niveau d’irrigation et les variétés de cultures. Un autre avantage est,
cette fois, en lien avec les coûts liés à l’utilisation des engrais. En fait, l’analyse environnementale
et économique a démontré que cette réutilisation permettrait aux agriculteurs de réaliser des
économies importantes en remplaçant l’achat d’engrais par la réutilisation des eaux, puisque ces
dernières représentent la même valeur agronomique que celle des amendements agricoles. De
même, la réutilisation et le développement du domaine agricole encourageraient le commerce des
équipements et des installations d’irrigation agricole dans la commune. En outre, la vente d’eaux
traitées permettrait à la station de couvrir ses dépenses et aux agriculteurs de sauver de l’argent.
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
17
CHAPITRE III : L’IRRIGATION FERTILISANTE «FERTIGATION»
III.1- Technique de fertigation :
La fertigation ou l’irrigation fertilisante est une façon pratique de faire un apport d’éléments
fertilisant , combinant irrigation et fertilisation.
Ce processus consiste à apporter à une plante ou un milieu de culture, tel le sol, les éléments
minéraux nécessaires au développement de cette plante.
La fertigation a pour but d’obtenir le meilleur rendement possible tenant compte des autres facteurs
qui y concourent (qualité du sol, climat, apports en eau, potentiel génétique des cultures, moyens
d’exploitation), ainsi que la meilleure qualité, et ce, au moindre cout. En outre (particulièrement en
agriculture durable) s’y ajoute l’objectif de préservation de la qualité de l’environnement.
III.2- Principe de la fertigation
En fractionnant et en dosant les apports d’engrais, la fertigation, permet d’éviter les effets
indésirables des apports massifs d’engrais; excès de croissance végétative, salinité, toxicité au bore
ou autre. Cette technique permet de surcroît de placer l’engrais dans la zone racinaire, et de
faciliter son utilisation par la plante en apportant des éléments déjà en solution, ce qui en
favorise l’absorption.
Pour se développer, les plantes utilisent de
l'eau, de la lumière, du carbone, de l'oxygène et
des éléments minéraux.
L'air fournit le carbone (sous forme de CO2) et
l'oxygène, qui sont fixés grâce à
la photosynthèse. Il fournit également, pour
certaines catégories de plantes (les
légumineuses), l'Azote, qui sera rendu disponible par
minéralisation par des organismes symbiotiques
(Azobacter).
Les éléments minéraux et l'eau sont fournis par le sol. Les principaux éléments minéraux
utilisés sont l'azote, le phosphore, le potassium, le magnésium, le calcium et le soufre. Des éléments
Figure 2 : différents besoins de la plante
(http://lump.pagesperso-orange.fr/ferti.htm)
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
18
mineurs, dit oligo-éléments sont également nécessaires en quantité moindre : le fer, le manganèse,
le zinc, le cuivre, le bore, le molybdène par exemple.
Les besoins de la plante évoluent au cours de son développement. Aux stades où ils sont
nécessaires, les éléments minéraux doivent pouvoir être prélevés par la plante dans le sol. Ils
doivent être disponibles en quantités suffisantes et sous une forme disponible. Si les éléments ne
sont pas disponibles au moment nécessaire, la croissance de la plante sera limitée et le rendement
final plus faible. (YELLE, 2006)
III.3- Fertigation et sol
Le sol est la couche de terre travaillée par les instruments aratoires. Il est caractérisé par son
épaisseur (sol superficiel ou profond) et par la nature du matériau qui le compose (sol argileux,
limoneux, sableux,…)
Le sol remplit trois rôles :
Physique : support des racines des plantes ; Chimique : nutrition minérale des plantes ;
Biologique : il se comporte comme un milieu vivant.
(Manuel des cultures maraichères en Algérie.)
C’est un mélange d’air, d’eau, de matière organique et de particules minérales (figure 3).
Les particules minérales et la matière organique donnent au sol ses deux plus importantes propriétés
: la texture et la structure. L’eau et l’air varient en proportion inverse : quand l’un diminue, l’autre
augmente. « Web 6 »
Figure3 : Les divers constituants du sol
(Conseil pour le développement de l’agriculture du Québec, 2005)
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
19
Il peut être considéré comme milieu physique défini par sa granulométrie, un milieu
chimique (ensemble d’éléments nutritifs azote N, potasse K, phosphore P…) plus ou moins acide
(pH) , c’est le siège d’une vie biologique intense (vers de terre, insectes, bactéries et
champignons …). C’est le lieu d’ancrage de la plante, mais aussi le réservoir des éléments
nutritifs et de l’eau disponibles. La connaissance de cette composition permettra, si besoin
est d’apporter les améliorations par des amendements et de bien choisir les travaux du sol et
d’entretien des cultures. (Figure 2)
Les facteurs et les conditions qui déterminent la fertilité d’un sol se rapportent à ses propriétés
physique, chimique et biologique. « Web7 »
Matière
Organique
Figure4 : Source de fertilité
(Conseil pour le développement de l’agriculture du Québec, 2005)
Remarque : Un sol fertile repose sur l’équilibre entre ses propriétés physiques, biologiques et chimiques.
L’application de la fertigation sur le sol peut lui fournir des éléments minéraux tél :
L’azote : dans le sol, il peut trouve sous forme organique(humus) ou minéral (NH4+,NO3-)
, c’est un éléments très soluble et peu retenu par le sol ce qui fait qu’il doit être apporté
autant que possible juste avant son absorption par la plante afin d’éviter le lessivage vers la
nappe phréatique.
Texture
Structure
Drainage
Acidité
Réserve minérale
Saturation
phosphore/aluminium
CEC
Vers de terre
Micro-organismes
Minéralisation
Production d’humus
Propriétés PHYSIQUES
Propriétés CHIMIQUES
Propriétés BIOLOGIQUES
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
20
Figure5 : Le cycle d’azote (http://fsg.ulaval.ca/opus/scphus4/complements/datatio.shtml)
La fixation de l’azote atmosphérique : correspond à la transformation de l’azote
atmosphérique(N2) en azote utilisable par les plantes et les animaux. Cette transformation
est réalisée par des microorganismes du sol, on distingue d’une part la fixation libre d’azote
réalisée par des bactéries aérobies (Azotobacters, Clistridium.sp, Cyanophycées) la réaction
chimique type est :
2N2 (g) + 3 (CH2O) + 3H2O 4NH+4 + 3CO2
Dans les sols ou le pH est élevé, l’ammonium se transforme en ammoniac gazeux :
NH4+ + OH- NH3 (g) + H2O
Minéralisation de l’azote organique : elle correspond à la dégradation de la matière
organique du sol pour aboutir à des formes simples. Cette transformation est réalisée en
deux étapes : L’ammonification et la nitrification.
L’ammonification est la production d'ammonium ou d'ammoniac du fait d'une
activité biologique, à partir soit de matière organique en décomposition, soit par la
réduction de nitrates. Elle est assurée par une microflore très diversifiée (bactéries et
champignons)
La nitrification est réalisée en deux étapes :
o La nitritation ou nitrosation l’ion ammonium NH4+ est transformé en
nitrite NO2- par des bactéries du genre Nitrosomonas.
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
21
o La nitratation le nitrite NO2- est transformée en nitrate NO3
par des
bactéries du genre Nitrobacter.
Les pertes d’azote : L’azote dans le sol peut être perdu pour regagner l’atmosphère ou les
aquifères (lacs d’eau, eaux souterraines) par différents mécanismes :
La dénitrification ; il s’agit de la transformation du nitrite en azote moléculaire.
Elle se fait en deux étapes :
o Le nitrate est transformé en nitrite, cette réaction ne nécessaire pas de
microflore spécifique.
o La réduction des nitrites en azote gazeux (N2O puis N2) se fait par des
microorganismes du genre Pseudomonas et Agrobactérium très abondant
dans le sol. Ces bactéries aérobies facultatives peuvent utiliser NO2- en
conditions d’anaérobiose.
La volatilisation de l’ammoniac : c’est un processus physicochimique résultant
de l’évolution suivante :
NH4+ (fixé) NH4+ (solution) NH3 (solution) NH3 (gazeux)
Ce phénomène est variable en fonction des caractéristiques du sol (pH, CEC. Teneur en
eau ;…) et des conditions climatiques (précipitations, température, vitesse du vent,..) la
volatilisation de l’ammoniac est maximale dans les sols calcaire (pH alcalin) par temps chaud et
humide.
Les pertes par les eaux : les nitrates et nitrites ne sont pas fixés par les sols et
sont entrainés par les eaux de surface par ruissellement et aussi vers la nappe
phréatique par lixiviation. « Web 8 »
Le phosphore (P) : Le phosphore (P) est un élément nutritif essentiel de la nutrition
minérale des plantes. Il existe dans le sol sous les formes inorganique et organique (Fig. 2). Les
formes inorganiques sont associées à des composés amorphes ou cristallins d'aluminium et de fer
dans les sols acides et à des composés de calcium dans les sols alcalins. Les formes de P organique
sont associées à la matière organique du sol.
Des échanges continus ont lieu entre les différentes formes de phosphore dans le sol. Les
plantes absorbent du phosphore dissous dans la solution du sol. Ces prélèvements de phosphore par
les plantes diminuent le phosphore dissous dans la solution du sol. Cette réduction de phosphore est
accentuée par sa fixation sur les fines particules minérales du sol et par son utilisation dans les
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
22
activités microbiennes. La baisse de la concentration du phosphore dans la solution du sol
déclenche le relâchement du phosphore de ses formes minérales au profit de la solution du sol. En
outre, la minéralisation des résidus végétaux sous l'effet de l'activité microbienne augmente la
teneur du sol en phosphore assimilable (phosphore labile et phosphore dissous). Toutes les formes
de phosphore peuvent aussi être modifiées par l'apport d'engrais phosphatés ou de fumiers. Les
processus d'érosion du sol et de lessivage entraînent la diminution de toutes les formes de
phosphore dans le sol. « Web9 »
Figure 6 : Cycle de phosphore (www.gnb.ca)
Le potassium : Le potassium (K) dans le sol se trouve uniquement sous forme minérale. Il
provient soit de la décomposition de la matière organique et des minéraux du sol, soit des engrais.
Le magnésium : (Mg) il est surtout destiné à améliorer la structure du sol.
Le calcium : (Ca) C’est l’ion dominant dans presque tous les sols. Il est bien retenu par le
complexe échangeable mais c’est le plus lessivé avec l’eau et le drainage. Plus la fertilisation N-K
est importante et plus il est lessivé (par les nitrates, les chlorures et les sulfates).
Le soufre : (S) D'une façon générale, le soufre n'est que peu fixé dans les sols ; il peut donc
y avoir risque de perte par drainage. Le soufre peut être fourni par le fumier ou des engrais
minéraux, tels que le sulfate d'ammoniaque le superphosphate de chaux simple et le sulfate de
potasse.
Le chlore : (Cl) Le chlore n'est pas un élément fixé dans le sol, mais il arrive en permanence
sur les plantes et sur le sol par les aérosols, d'autant plus que l'on est proche de la mer.
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
23
III.4- Fertigation et plante
L’utilité de l’azote, le phosphore ainsi que le potassium se traduit chez la plante comme suite :
Azote : L'azote joue un rôle primordial dans
le métabolisme des plantes. C'est le constituant
numéro un des protéines, composants essentiels de
la matière vivante. Il s'agit donc d'un facteur de
croissance, mais aussi de qualité (teneur en
protéines des céréales par exemple).
Phosphore : Le phosphore intervient dans les
transferts énergétiques (ATP), dans la transmission des
caractères héréditaires (acides nucléiques), la photosynthèse et la dégradation des glucides. Cet
élément est essentiel pour la floraison, la nouaison, la précocité, le grossissement des fruits et la
maturation des graines.
Potassium : Il joue un rôle
primordial dans l'absorption des cations,
dans l'accumulation des hydrates des
protéines, le maintien de la turgescence de la
cellule et la régulation de l'économie en eau
de la plante. C'est aussi un élément de
résistance des plantes au gel, à la sécheresse
et aux maladies. Il est essentiel pour le
transfert des assimilât vers les organes de réserve
(bulbes et tubercules). Pour ces raisons, il est
particulièrement important pour les cultures de type pomme de terre, betteraves. « Web10 »
Figure7: l'azote pour la plante (http://lump.pagesperso-orange.fr/ferti.htm)
Figure8: cycle de potassium pour la plante (http://lump.pagesperso-orange.fr/ferti.htm)
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
24
Le tableau ci-dessous montre les besoins nutritifs en Azote, phosphore et potassium des
quelque variantes végétales.
Tableau 8: les besoins des quelques plante en élément fertilisants (kg d’élément/quintal de grain/ha)
(les sols vivants BIO, C. CHARBONNIER, septembre 2012)
Azote
(kg d’élément/quintal
de grain/ha)
Phosphore
(kg d’élément/quintal
de grain/ha)
Potassium
(kg d’élément/quintal
de grain/ha)
Blé tendre 3.0 1.1 1.7
Blé dur 3.5 1.8 1.8
Orge 2.1 1.0 1.9
Triticale 2.5 1.1 1.6
Seigle 2.0 1.3 1.8
Maïs grain 1.9 0.9 2.3
Colza 7.0 2.5 10.0
Tournesol 3.7 2.5 10.0
Pois protéagineux 5.0 1.1 3.9
Soja 7.1 2.2 6.5
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
25
CHAPITRE IV : REUTILISATION DES EAUX USEES EN FERTIGATION
IV.1- Fertigation par les eaux usées :
On peut parler de fertigation par les eaux usées car l’apport des éléments fertilisant se fait à
travers l’irrigation par ces eaux. Cependant les éléments fertilisant dans ce cas sont apportés d’une
manière continue avec l’irrigation et pendant toute la durée de l’irrigation. .
IV.2- Valeur fertilisante des eaux usées brutes
L'azote présent dans les eaux résiduaires d'origine urbaine, et dont la source principale est
l'urine, se trouve principalement sous formes ammoniacale et organique. L'industrie peut également
être une source de pollution azotée: azote ammoniacale (cokeries), azote nitrique (engrais), azote
organique (industries agro alimentaires). Les eaux pluviales peuvent entrainer, suite au lavage des
sols des toitures, une pollution azotée sous forme nitrique. Il est rejeté environ 13 à 15 g N/j par
habitant et par jour dont 1/3 sous forme ammoniacale et 2/3 sous forme organique.
Le phosphore contenu dans les eaux résiduaires à dominante urbaines provient pour
l’essentiel des rejets métaboliques (urines, fèces). Les autres apports de phosphore proviennent des
détergents pour lave-vaisselle, des eaux de vaisselle, des détergents lessiviels ménagers et le cas
échéant des produits de lavage dits «industriels» utilisés dans les laveries, restaurants, commerces,
industries agro-alimentaires,….la valeur du phosphore rejeté par individu est estimé entre 1.2 et 2.1
g P/j, l’essentiel provenant de l’urine les rejets moyens par Equivalent-Habitant réglementaire (fixé
à 60 g DBO5/j) sont estimés actuellement à 2.1 g P/j.
« Traitement des eaux usées, Ayse tosun-bayraktar »
EUB: Eaux usées brutes. EUE : Eaux usées
épurées. EPT: l’eau de puits témoin
Figure 9: Apport en éléments fertilisants majeur (N, P, K) par une dose de 1000 mm d’eau D’irrigation
(Projet MOR, 2007)
Le graphe ci-dessus nous montre qu’une eau usée brute est plus riche en élément nutritifs (N,
P, K) qu’une eau usée épurée, qui est à son tour plus riche que l’eau de puits
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
26
IV.3- Les fertilisants dans les eaux usées traitées
Les nutriments se trouvant en grandes quantités dans l’eau usée, et qui sont important en
agriculture et en gestion des paysages, sont : l’azote, le phosphore et parfois le potassium, le zinc,
le bore et le soufre. D’autre macro- et micronutriments peuvent également être présents.
La teneur en azote de l’eau usée urbaine après traitement secondaire varie de 20 à plus de
100 mg/l (FAO, 1992). L’azote dans les eaux usées traitée peut dépasser les besoins des cultures. La
connaissance de la concentration en azote dans l’eau usée et la gestion appropriée de la charge en
NPK sont essentielles pour surmonter les problèmes associés à une éventuelle Concentration élevée
en azote.
Le phosphore dans les eaux usées après traitement secondaire
o Il varie de 6 à 15 mg/l (15-35 mg/l P2O5) (FAO ,2003) à moins qu’un traitement tertiaire
l’élimine.
o L’évaluation du phosphore dans l’eau usée traitée devrait être réalisée en concomitance avec
les analyses de sol pour les conseils de fumure.
Le potassium contenu dans l’eau usée
Il n’occasionne pas d’effet nuisible sur les plantes ou l’environnement. C’est un
macronutriment essentiel qui affecte favorablement la fertilité du sol, le rendement des cultures et
leur qualité. La concentration en potassium dans l’eau usée traitée secondaire varie de 10 à 30 mg/l
(12-36 mg/KO) (FAO, 1992). Cette quantité doit être prise en compte pour préparer le programme
de fertilisation en fonction des besoins des cultures.
IV.4- Evaluation des apports en eaux et des éléments
fertilisants en cas de fertigation par les eaux usées
IV.4.1- Détermination des besoins en eau de la culture
La quantité d’eau maximale dont la culture a besoin pour une croissance optimale est définie
par le produit de l’ET0 (évapotranspiration de référence) et du Kc (coefficient cultural). Ce
besoin est appelé évapotranspiration culturales (ETc).
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
27
-
-
-
-
-
-
Figure 10: besoins en eau pour la plante
(NADJIM, 2008)
IV.4.2- Détermination des apports en éléments fertilisant (N, P et K)
La concentration en azote, en phosphore et en potassium dans les eaux usées traitées peut
varier sensiblement selon la source d’eau usée primaire et le procédé de traitement. Les
concentrations en azote et en phosphore des installations de traitement conventionnelles, sont
habituellement plus élevées qu’en lagunages aérés et en fossés d’oxydation. En général, l’azote et le
phosphore sont réduits par le traitement mais la concentration en potassium reste
approximativement identique au niveau trouvé dans l’eau usée brute. Il est évident que pour avoir
une efficacité nutritive élevée, l’irrigation devrait être basée sur les besoins en eau des cultures.
« Web11 »
o Calcul du dosage des éléments nutritifs :
Eléments nutritifs du sol
+ = besoin des cultures + éléments nutritif en trop
éléments nutritifs ajoutés
L’apport d’eau d’irrigation amène des éléments N, P et K, en lien avec la concentration des
EUE en sortie de station d’épuration.
ETC = Kc * ET0
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
28
Pour l'évaluation correcte de la capacité nutritive de l'eau usée, basée sur son analyse
chimique, les valeurs reprises dans le tableau 9 pourraient être employées.
Tableau 9: Apport de nutriments pour diverses quantités d’eau d’irrigation appliquées
Eau d’irrigation m3/ha.an (FAO 1985)
Eau
d’irrigation
m3/ha.an
Concentration d’un nutriment dans les eaux usées (mg/l)
5 10 15 20 25 30 35 40 50
Quantité de nutriments ajoutée (Kg/ha.an)
1000 5 10 15 20 25 30 35 40 50
2000 10 20 30 40 50 60 70 80 100
3000 15 30 45 60 75 90 105 120 150
4000 20 40 60 80 100 120 140 160 200
5000 25 50 75 100 125 150 175 200 250
6000 30 60 90 120 150 180 210 240 300
7000 35 70 105 140 175 210 245 280 350
8000 40 80 120 160 200 240 280 320 400
9000 45 90 135 180 225 270 315 360 450
10000 50 100 150 200 250 300 350 400 500
IV.5- Comparaison des apports en éléments fertilisant des eaux
usées et des besoins de la plante:
Le tableau 10 compare les quantités totales moyennes apportées par les doses d’irrigation
appliquées aux besoins des cultures tels qu’ils paraissent dans la référence (SKIREDG, 2007)
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
29
Tableau 10: Apports en éléments fertilisants des eaux usées épurées par lagunage à Settat, par rapport
aux besoins des cultures (SKIREDG, 2007)
Il ressort de cette comparaison apports/besoins qu’une part importante des éléments
fertilisants majeurs va être apportée par les eaux d’irrigation. L’équilibre ne sera que rarement
atteint. On note un excédent d’azote pour de nombreuses cultures, en particulier pour les
légumineuses fixatrices d’azote atmosphérique (Luzerne, Bersim). IL y aura déficit modéré pour les
apports en phosphore, et déficit sévère pour les apports en potassium.
Ceci suggère qu’un déficit d’une fertigation par les eaux usées peut être compensé par un
complément de fertilisants traditionnels.
IV.6- Rendement de la fertigation par les eaux usées :
Dans la majorité des cas, les études portant sur l’influence des eaux usées sur les cultures
attestent d’une accélération de la croissance végétale et d’une augmentation significative du
rendement, associées très clairement à l’apport d’éléments fertilisants par les eaux usées.
Au niveau de la croissance végétale, (Manios et al. 2006) ont mené une étude sur la tomate et
le concombre, en testant trois traitements : (i) eaux usées à des concentrations décroissantes en
azote, (ii) solution nutritive optimale et (iii) traitement témoin avec l’eau du robinet. Les paramètres
de croissance retenus étaient la hauteur de tige, le nombre de feuilles, la biomasse sèche des feuilles
et des tiges, ainsi que la biomasse sèche des racines. Les résultats montrent que les paramètres de
croissance les plus élevés sont obtenus avec les eaux usées à plus forte teneur en azote et la solution
Cultures
Apport d’eau
annuel par
l’irrigation m3/ha
N P2O5 K2O
Blé 936 Déficit -70% Déficit-70% Déficit – 80 %
Luzerne 9750 Excédent +
1000% Equilibre Equilibre
Bersim 2602 Excédent+
400% Déficit-40% Déficit-50%
Artichaut 2777 Excédent +70% Déficit-30% Déficit-60%
Pomme de terre 2040 Equilibre Déficit-30% Déficit-70%
Mais fourrager 3378 Equilibre Déficit-30% Déficit-40%
Olivier 2943 Déficit-50% Déficit-60% Déficit-85%
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nutritive optimale. A contrario, les paramètres de croissance les plus faibles sont observés sur le
traitement témoin.
Les résultats de rendements présentés dans le tableau ci-dessous concernent des eaux usées
généralement de type domestique, non traitées ou ayant subi un traitement secondaire. Le type
d’irrigation appliqué est majoritairement l’irrigation de surface.
Tableau 11 : Rendement de culture irriguée avec des eaux usées
Culture Traitements Rendement (T / ha) Sources
Tomate EU /EUT/T 34.8/26.6/11 El Hamouri at al. (1996)
Navet EU/EUT/T 34.4/25.9/4 El Hamouri at al. (1996)
Chou-fleur EU/EUTP/EUTI/T 28.5/25/23/21 Kiziloglu et al.(2008)
Chou-rouge EU/EUTP/EUTI/T 46.9/41/40/32 Kiziloglu et al.(2008)
Laitue EUT/T 26.4 /27.4 Gaye et Niand(2002)
EUT : eaux usées traitées; EU : eaux usées (non traitées); EUTP : traitement préliminaire; EUTI : traitement primaire
T: eau témoin
Les traitements EU (eaux usées non traitées) aboutissement généralement à des rendements
plus élevés que les traitements T (témoin) : 3 fois plus élevés sur des légumes non racinaires comme
le chou-fleur (Kiziloglu et al. 2008) ou la tomate (El Hamouri et al., 1996) et jusqu’à 8.6 fois plus
élevés sur le navet (El Hamouri et al., 1996).
IV.7- Effet de l'irrigation par les EU sur les plantes cultivées :
Du fait de leur teneur en éléments nutritifs et de leur richesse en oligoéléments, les eaux usées
lorsqu'elles sont réutilisées pour l'irrigation, entraînent une amélioration des rendements des plantes
cultivées.
Les éléments traces qui sont généralement immobilisés dans les couches supérieures du sol
peuvent provoqués, à long terme, des risques pour le développement des plantes. En effet, certains
éléments traces (le bore, le fer, le manganèse, le zinc, le cuivre et le molybdène), peu nombreux,
sont reconnus nécessaires au développement des végétaux en très faibles quantités, (Faby et
Brissaud, 1997). L'irrigation, à partir d'eaux usées, va apporter ces éléments, mais aussi d'autres
oligo-éléments, non indispensables à la plante tels que le plomb, le mercure, le cadmium, le brome,
le fluor, l'aluminium, le nickel, le chrome, le sélénium et l'étain. La biodisponibilité des ces
éléments dans le sol peut engendrer leur accumulation dans les tissus des plantes et dans certains
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cas, les teneurs en ces éléments peuvent atteindre des seuils de phytotoxicité (Faby et Brissaud,
1997).
IV.8- Effet de l'irrigation par les EU sur les propriétés
physicochimiques du sol
Bien évidement, l'irrigation avec les eaux usées, affecte avec le temps certains paramètres du
sol. Ainsi, une légère diminution du pH est observée dans certains sols basiques, (Yadav et al.
2002; Abbass et al. 2006; Rattan et al. 2005; Solis et al., 2005; Herpin et al., 2007).
Cette diminution est expliquée par un lessivage par les eaux d'irrigation des calcaires actifs
qui sont responsables de l'alcalinité du sol (Soliset al. 2005). Les eaux usées, à travers leur pouvoir
fertilisant, entraînent également une augmentation du taux de la MO et des éléments nutritifs du sol
(Rattan et al., 2005; Yadav et al., 2002). Toutefois, ces éléments nutritifs stimulent l'activité
microbiologique du sol (Magesan et al. 2000, Ramirez-Fuentes et al., 2002), ce qui favorise la
minéralisation de la MO entraînant du même coup la diminution de la CEC du sol (Solis et al.,
2005; Herpin et al., 2007). Magesan et al. (2000), signalent également que, suite à l'irrigation par
les EU, cette intensification de l'activité microbiologique du sol diminue la conductivité hydraulique
du sol du fait de la formation de biofilms bactériens qui colmatent la porosité du sol.
IV.9- Avantage et inconvénients de la fertigation par les eaux
usées
IV.9.1- Avantages
- Augmentation du rendement
- Amélioration de la qualité de production
- Diminution de la main d’œuvre nécessaire pour l’irrigation et la fertilisation.
- Amélioration de l’efficience de l’irrigation (diminution du volume d’eau utilisée)
- Amélioration de l’efficience d’utilisation des engrais par les cultures.
- Application précise des engrais au sol
- Correction d’une déficience en phosphore au cours du cycle de la culture ce qui n’était
pas possible en fertilisation traditionnelle.
- Préservation de la qualité des eaux souterraines en limitant le lessivage des sels et des
nitrates.
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
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- Possibilité d’utiliser les terres marginales qui présentent une pente forte, une texture
grossière ou à forte porosité.
IV.9.2- Inconvénients
- Risques de Toxicité dans certains cas.
- Contamination de la nappe phréatique en cas d’excès des nutriments.
- Interaction entre les produits chimiques injectés et l’eau d’irrigation.
- Risque de corrosion.
- Consigne de sécurité.
- Investissement initial élevé.
- Problème si Mauvais fonctionnement de l’ensemble du système «IPI, 2004»
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Conclusion
Les eaux usées traités sont une ressource de valeur qu’il faudrait exploiter
partout où cela est possible, en prenant les mesures nécessaires pour protéger la santé
publique. Leur réutilisation représente de nombreux avantages ; elle permet de
réduire la pollution du milieu naturel et d’accroitre la production agricole. Ce devrait
être, autant que possible, la méthode préférée d’évacuation des eaux usées et elle
devrait être intégrée à la planification de l’exploitation des ressources en eau.
D’après le travail et la recherche qu’on a effectuée il c’est avéré que la
réutilisation des eaux usées traitées en agriculture permet une augmentation très
importante des rendements agricoles.
La réutilisation de l’eau usée traitée permet aussi la Préservation de la qualité
des eaux souterraines et éviter l’épuisement de la nappe phréatique ainsi que la
possibilité de réutilisation des terres marginales qui présentent des caractéristiques
défavorables au développement des plantes.
L’agriculteur, de sa part doit prendre en considération la spécificité des eaux
usées, tenant compte de la concentration de cette eau en éléments nutritifs et en
effectuant des calculs pour évaluer les besoins nutritifs de la plante.
Réutilisation des Eaux Usées en Fertigation 2012/2013
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