Traitement des eaux usées par lagunage

Le lagunage est un système de traitement des eaux qui se sert des mécanismes naturels de
l’environnement où l’eau est épurée par des communautés de micro-organismes variés.
L’épuration par lagunage naturel repose sur la présence de bactéries aérobies en cultures libres
et d’algues. L’oxygène nécessaire à la respiration bactérienne est produit par des végétaux en
présence de rayonnement lumineux.

Principe et Fonctionnement
Les bactéries présentent dans le système consomment la pollution dissoute dans l’eau pour
respirer. L’oxygène est produit grâce aux mécanismes photosynthétiques des algues qui
poussent et se développent grâce aux engrais qu’apportent les eaux d’égout.
Ces eaux traversent trois bassins successifs d’environ un mètre de profondeur.

-Lors de l’arrivée dans le premier bassin où les bactéries prolifèrent, la partie organique des
eaux usées va être dégradée pour produire des éléments nutritifs. Ces bactéries consomment
de l’oxygène et produisent du CO2. Les particules lourdes décantent dans ce premier bassin et
s’accumulent sous forme de boues au fond du bassin (à évacuer après 10ans, peut être épandu
dans les terrains agricoles).

-Lors de l’arrivée dans le second bassin, les eaux usées sont en présence de sels nutritifs, de
soleil et de CO2. Le phytoplancton se développe et produit ici de l’oxygène. Les bactéries
pathogènes sont éliminées.
-Le zooplancton se développe dans le troisième bassin. Il se nourrit avec le phytoplancton
produit dans le second bassin et de bactéries. Il consomme de l’oxygène. La clarification de
l’eau peut être assurée par le développement de petits crustacés.

Les Réactions
La dégradation et l’oxydation des matières polluantes s’effectue grâce aux actions de
l’oxygène, des algues et de la microflore :
eaux usées + oxygène => boues + effluent traité

La transformation aérobie se modélise comme suit :
acides aminés => CO2 + NH3 (ammoniac)
(CH2O)n + n O2=> n CO2 + n H2O
azote d’origine organique (N) => NH3 => NO2 (dioxyde d’azote) => NO3- (nitrate)
soufre d’origine organique (S) => SO42- (sulfates)
phosphore d’origine organique (P) => H3PO4 (acide phosphorique) => PO42-(phosphate)
Il existe deux zones dans la lagune qui détermine l’activité microbienne :
-La zone supérieure où la dégradation est facilitée (production de CO2, H2O, phosphates et
sulfates).

-La zone inférieure ou la matière organique se stabilise dans la couche sous-jacente à l’action
des bactéries anaérobies où elle sera dégradée en éléments simples qui remonteront dans la
partie supérieure.

Cinétique et Performance:
Les contraintes et domaines d’application aux collectivités et sur l’environnement se
définissent comme suit :
Pour les collectivités de 250 à 2000 EH (équivalent habitant) maximum
Seulement applicable aux eaux résiduaires domestiques uniquement et faiblement concentrées
(DB05 < 300mgO2/l).

Une nature de sol peu perméable
Espaces suffisants pour l’aménagement
Exploitations lourdes à prévoir (lors du curage par exemple)
En ce qui concerne les performances de la méthode, ici, le DB05 ne sera pas mesurable du fait
de la présence d’algues lors de la mesure du paramètre (même si l’eau est filtrée).
La matière en suspension (MES) sera inférieure à 150mg/l. L’élimination de l’azote global et
du phosphore seront en moyenne de 60 à 70% dépendant de l’âge de l’installation et de
l’accumulation des boues. Pour les germes pathogènes, on observe que le lagunage fournit
souvent une qualité bactériologique compatible à un rejet pour les eaux de baignade.

Le lagunage à macrophytes et le lagunage aéré
Pour le lagunage à macrophytes, on implante généralement des végétaux (roseaux,…) dans
les bassins deux et trois. Les performances sont généralement comparables à un lagunage
standard avec un opération annuelle sur les macrophytes à réaliser à la fin de chaque été par
des entreprises spécialisées.
Le lagunage aéré diffère du lagunage standard par un système d’aération électromécanique
installé dans le premier bassin pour faciliter le transfert de l’oxygène. Les deux autres bassins
étant ici des lagunes de décantation. Les performances obtenues sont légèrement supérieures à
celles d’un lagunage naturel.

Avantages et Inconvénients du lagunage

Avantages
Bonne élimination de la pollution bactériologique
Efficace sur des effluents peu concentrés
Bonne réactivité à des variations de charges polluantes
Très faible consommation énergétique
Bonne intégration paysagère
Exploitation simple

Inconvénients
Performances épuratrices faibles
Sensible aux effluents concentrés
Besoin en surface important
Entretien des berges des bassins
Curage tous les 10ans
Possibilité d’altération du traitement au cours du temps
Pas de maîtrise humaine du processus

Dimensionnement et Construction
On utilise le lagunage depuis 25 en France. Les observations basées sur ce retour d’expérience
nous aident dans la construction des lagunes. Il est recommandé une surface de bassin de
12m² par EH.
Les bassins doivent respectivement représenter 60, 20 et 20% de la surface totale. La
profondeur d’environ un mètre est nécessaire afin d’éviter la pousse des végétaux comme les
macrophytes, permette une oxygénation suffisante et éviter l’eutrophie des eaux et limiter la
stratification thermique.

La construction
Les digues doivent être assez larges pour permettre la circulation d’engins lourds (4m).
Un fossé de drainage des eaux de ruissellement tout autour du bassin est nécessaire.

On effectue un prétraitement afin de piéger les matières les plus grossières par un dégrilleur et
les flottants par une cloison (immersion de 30cm) placée à l’arrivée des eaux résiduaires.
On équipe chaque bassin de façon à ce qu’il puisse être curé
Chaque bassin devra posséder une canalisation de trop-plein.
L’entrée et la sortie de la station devront être équipées de dispositifs adaptés pour la mesure de
débits pour le calcul de rendement et le contrôle de l’étanchéité.
La géométrie des bassins doit être régulière afin de ne pas favoriser la présence de zones
mortes à cause de formes anguleuses.

On orientera les derniers bassins de préférence dans le sens du vent afin d’accumuler les
lentilles dans une zone du bassin pour faciliter leur extraction.
Des études préalables du sol devront être effectuées dont :
Un sondage du sol et de la proximité avec la nappe

Des mesures de perméabilité
La perméabilité du sol est un élément très important dans la conception des lagunes. Une trop
grande perméabilité pourra nuire au bon fonctionnement de l’épuration et pollué la nappe sous-jacente. On fixe une perméabilité maximale d’un fond de bassin à 10-8m/s. Afin
d’arriver à ce résultat on peut compacter le sol quand la situation le perme, utiliser des argiles
comme la bentonite, poser une géomembrane (coût important).
La mise en service des lagunes doit se faire après un remplissage avec de l’eau claire afin de
favoriser une prolifération des algues progressive et pour ne pas perturber le sol en place par
la pousse massive de végétaux.

Entretien:
Un système d’épuration par lagunage génère de faible contrainte d’entretien et ne nécessite en
aucun cas un personnel qualifié. Les tâches à effectuer sont :
Fauchage et faucardage des accès, des allées et des bordures de bassins
Surveillance de la prolifération des plantes aquatiques

Entretien des installations
Curage des bassins tout les 10 à 15 ans environ