Introduction
La valorisation des boues est souvent aléatoire et leur évacuation constitue presque toujours une charge d’exploitation importante. Sur le plan économique le but à atteindre est en réalité de limiter les frais de leur transport. (Koller, 2004)
Du fait de leurs caractéristiques, plusieurs voies d’élimination sont possibles selon que l’on souhaite mettre en valeur leur caractère fertilisant ou énergétique.( la mise en décharge(25%), l’incinération(15%) et en fin l’épandage agricole(60%).
III.4.. Les voies d’élimination des boues résiduaires
III.4.1. La mise en décharge (25%)
La mise en décharge est une mauvaise solution pour l’élimination des boues de STEP. Dans la mesure du possible, on lui préféra la valorisation, ou à défaut, l’incinération. Ces derniers ne sont pas toutefois pas toujours possibles, soit que les quantités ou qualités des boues ne se prêtent pas à leur valorisation en l’agriculture, soit que les installations d’incinération présentent des insuffisances de capacité ou des interruptions d’exploitation.
La mise en décharge des boues avec les déchets ménagers est également une pratique courante et sans risque pour l’environnement. (Koller, 2004)
Dans les centres d’enfouissement technique (C.E.T) moderne, les déchets sont confinés dans des alvéoles étanches et recouverts de terre végétale. La fermentation qui se déclenche dans ces alvéoles, produit au bout de quelque mois, et pendant une dizaine d’années, un gaz riche en méthane .celui-ci est aujourd’hui capté par les réseaux de canalisation et peut être utilisé comme combustible sur des moteurs thermiques . (Koller 2004)
III.4.2.Incinération
L’incinération conduit non seulement à l’élimination totale de l’eau industrielle, mais également à la combustion des matières organiques des boues .c’est le procédé permettant d’obtenir des résidus dont la masse est la plus faible. (Koller 2004).
L’incinération n’est pratiquée généralement que sur des boues ayant déjà subi un premier stade de déshydratation le plus poussé possible (par filtration ou centrifugation).
L’incinération des boues d’épuration peut se faire de plusieurs manières :
-Dans un four spécifique autothermique, car elle nécessite le plus souvent un apport d’énergie complémentaire.
-Conjointement avec les ordures ménagères (co-incinération).l’incinération des boues déshydratées mécaniquement est possible mais l’on préfère des boues séchées thermiquement (65 à 92% de MS).
-En four cimentier ; après séchage à 92%MS, les boues sont généralement introduites avec le combustible par injection dans la tuyère.
Sur le plan technologique, les principaux types de fours utilisés en incinération des boues urbaines sont les à soles, à lits fluidisés et plus rarement les fours sécheurs rotatifs et les fours à pulvérisation.( A. Dudkowski. 2000)
III.4.2.1.L’oxydation par voie humide (OVH)
L’oxydation par voie humide (incinération sans flamme) est un traitement qui s’apparente à
l’incinération dans le sens qu’elle a pour but la minéralisation de la boue. Cependant, au lieu
d’effectuer cette combustion sous forme d’une flamme ouverte, l’OVH réalise la réaction entre les matières organiques et l’oxygène en phase liquide à des températures très élevées.
Lors de cette incinération sans flamme dans l’eau, les matières organiques (MO) sont décomposées de la manière suivante : MO+O2→CO2+H2O+∆H (chaleur).
III.4.3.La valorisation agricole (60%)
L’utilisation agricole est la solution la plus satisfaisante sur le plan de l’environnement, et la plus économique. Cependant pour une utilisation optimale ou pérenne, le produit doit être attrayant, le plus homogène possible.
Les boues sont épandues dans les champs, directement sous forme liquide ou pâteuse (après déshydratation), puis enfuies. cette pratique est la plus commune et doit être sauvegardée surtout pour toute les petites collectivités locales. (Koller ,2004)
III.4.3.1.Définition de l’épandage
L’épandage implique la dispersion et la diffusion d’un élément sur une surface relativement
étendue dans un but de fertilisation du sol. Ces produits peuvent être des produits chimiques
comme des herbicides, ou des pesticides, ou bien des engrais chimiques, des produits naturels,
comme des excréments animaux ou des boues d’épuration urbaines ou bien des effluents liquides ou des boues d’origine industrielle. (R. Philippe et Just, 1994).
III.4.3.2.Historique de l’épandage
En 1864, les premiers épandages des eaux usées brutes ont commencé sur des sols réservés aux cultures maraîchères (sols sableux peu fertiles) dans la région parisienne créant ainsi une alternative au déversement de ces eaux dans la Seine. Cette pratique, qui a perduré jusqu’en 1992 dans certaines zones, a été rendue illégale par la réglementation établie dans les années 70-80.
C’est L. Pasteur qui a dénoncé la présence de microorganismes indésirables dans les poireaux
D’Achères crus vendus aux halles et provenant de sols épandus par des eaux usées brutes. Si au début du siècle, les eaux usées étaient peu chargées en polluants chimiques. Le développement de l’industrie et de la consommation des ménages dans les années 60 a contribué à l’enrichissement des eaux usées en polluants organiques et inorganiques.
III.4.3.3. L’application des boues sur le sol
Selon le traitement appliqué aux boues, on trouve à la sortie de la station d’épuration des boues liquides, pâteuses, pelletables ou en poudre, elles présentent aussi une stabilité plus ou moins grande selon qu’elles ont été stabilisées ou non. (D.Lewis, 1976)
III.4.3.3.1. Le transport
Le choix dépond non seulement de la nature des boues mais aussi de la quantité à transporter et du coût unitaire du transport. En effet, les boues liquides, à poids égal de substances nutritives sont bien plus volumineuses que celles qui sont plus sèches, mais elles se prêtent mieux au remplissage des citernes et aux transports par tuyaux. Les boues séchées reprennent difficilement l’humidité, c’est un inconvénient pour le sol .on dispose, selon les cas, de plusieurs moyens :
-camions citernes, camions ordinaires pour les boues solides ou transports hydrauliques.
III.4.3.3.2.Le phénomène saisonnier
L’épandage des boues liquides ne peut pas être effectué pendant toute l’année mais seulement pendant la période végétative des cultures, alors que la production des boues est régulières, ceci suppose soit une mise en réservoir de celles-ci dans des fosses à purin ou des lagunes à boues, soit autre utilisation (incinération ou digestion (Gril , 1977).
III.4.3.3.3.Le mode d’épandage
Les techniques agricoles classiques permettent avec un minimum de mise au point l’épandage des boues. S’il s’agit de boues liquides, un canon d’arrosage rotatif ou une tonne à lisier permettent de répartir assez régulièrement la boue sur le terrain.
Dans le cas de substances pelletables ou pulvérulentes, on peut utiliser un système d’épandeur à fumier ou une tonne à lisier enfouisseuse,ce qui permet l’application en surface ou en pro fendeur ( 20cm environ) des boues.( Smith,1976) .
Quel que soit le mode d’application, on préconise toujours un retournement préalable du sol pour faciliter le mélange boue-terre, éviter la création d’odeurs désagréables et favoriser l’introduction des germes et des parasites dans le sol. (INRA ,1976).
III.4.3.3.4.Conditions d’utilisations
III.4.3.3.4.1. Utilisation direct des boues résiduaires
A l’heure actuelle, l’épandage agricole des boues reste en Europe la principale filière d’élimination. En 2002, environ 62% des boues d’épuration domestiques étaient valorisées en agriculture en France par ce biais.
L’épandage des boues ne peut être pratiqué que si celles-ci respectent le principe “d’intérêt agronomique” et soient exemptes de grandes teneurs en polluants inorganiques ou organiques. L’application des boues doit suivre des lois et des règles :
L’arrêté du 08 janvier1998 relatif à l’épandage des boues impose : Des distances minimales
– d’épandage vis à vis des berges, des sources, des puits, des habitations en évitant une percolation rapide vers les eaux superficielles , souterraines ou de ruissellement.
– d’isolement d’au moins 3 mètres vis-à-vis des routes et fossés.
Interdiction d’épandage
– sur des sols gelés, de forte pente
– pendant les périodes de forte pluie et doit être en dehors des terres régulièrement travaillées (maraîchages).
Définition des délais minima
– avant la remise à l’herbe des animaux, et des cultures maraîchères.
– la durée du dépôt (inférieure à 48 heures), et seules sont entreposées les quantités des boues nécessaires à la période d’épandage considérée. Cependant, des problèmes et des obstacles économiques ou techniques à l’application des règles d’épandage surgissent, ceux-ci comprennent les possibilités de stockage et de transport, l’insuffisance ou l’inadéquation des techniques de stabilisation et de déshydratation.
D’autre part, du point de vue hygiénisation, la capacité d’épuration des sols est limitée dans certaines conditions. Ainsi, l’utilisation des boues sans hygiénisation préalable constitue en quelque sorte un retour à la pratique ancestrale de l’épandage des eaux usées brutes.
- Autres mesures réglementaires
Deux grandes périodes d’épandage : le printemps (mars à avril) et à la fin de l’été (Août à Octobre).
L’épandage est interdit à certaines périodes (gel, enneigement.) et dans les terrains à forte pente. Des modalités de stockage : le stockage des boues (6 à 9 mois) devient indispensable en dehors des périodes d’épandage.
Les boues liquides sont stockées dans des silos. Les boues pâteuses sont conservées dans des fosses ou autres dispositifs étanches. Les boues solides sont stockées à même le sol sur des dalles imperméables couvertes. Le stockage temporaire à même le sol est déconseillé et ne peut pas excéder 48 heures si les boues ne sont pas stabilisées
III.4.3.3.5.Action de l’épandage
III.4.3.3.5.1.L’action physico-chimique
Les pédologues indiquent que le sol assimile bien les boues du fait de ses propriétés Physiques( granulométrie, propriétés physico-chimiques.
III.4.3.3.5.2.l’échange d’ion
Les sols possèdent la propriété d’échanger les cations ce qui présente une grande importance pour la rétention des métaux contenus dans les boues qui sont échangés avec des ions plus labiles comme le sodium, le calcium ou l’aluminium. Par contre , les ions ne sont guère échangés et se retrouvent dans les couches inferieures comme les nitrates non utilisés par les plantes.
III.4.3.3.5.3.L’effet tampon
Le caractère amphotère des sols leur confère un pouvoir tampon, ceci implique un changement du pH des boues et, dans le cas du pH proche a la neutralité, la solubilité des métaux lourds est largement inhibée. On préconise d’éviter l’épandage des boues sur des terrains dont le pH est inférieur à 6. (E.P.A .1973).
III.4.3.3.5.4.la présence d’air dans le sol
L’air introduit par le labourage des sols ou par capillarité permet des réactions d’oxydation de substances contenues dans les boues par l’intermédiaire de microorganismes aérobies contenus dans le sol.(Kirkham,1974) .
III.4.3.3.5.5.la nitrification-dénitrification
Les substances azotées apportées par les boues représentent 2à6% de la matière sèche, il s’agit
essentiellement de matières organiques. Les bactéries contenues dans le sol utilisent l’azote
assimilable pour leur développement, et, par des mécanismes complexes assurent la minéralisation des composés azotés en ammoniac puis en nitrate et parfois même en azote gazeux .c’est le phénomène de nitrification-dénitrification qui à déjà été partiellement réalisé lors du traitement des boues, particulièrement dans la digestion des boues et en moindre proportion dans les boues activées.
L’azote minéral est cependant plus assimilable par les plantes qui en consomment au cours de leur vie végétative une part importante.(Sommer, 1976).
III.5.l’action sur le milieu
III.5.1.L’atmosphère
Il s’agit essentiellement de la prolifération de mauvaises odeurs dans le cas des conditions anaérobies. Le transport d’aérosols contenant des germes pathogènes concerne principalement l’environnement immédiat du travail leur qui effectue l’épandage. (Elliott ,1977).
III.5.2.Le sol
L’apport d’azote, de phosphore et de substances étrangères (polluants minéraux ou organiques) et la présence de microorganismes pathogènes ou banaux et de parasites modifient les conditions biologiques initiales du sol. On dit généralement que le sol est un bon filtre mais il retient en surface des polluants et des microorganismes. (Edmonds ,1976).
III.5.3.L’eau
L’entrainement par percolation à travers le sol ou par ruissellement apporte une pollution non négligeable des eaux souterraines et superficielles, particulièrement dans le cas de l’azote et des micropolluants minéraux. Le risque d’entrainement des microorganismes est évident pour les eaux de surface mais pratiquement inexistant pour les eaux souterraines
III.5.4.L’action sur les cultures
III.5.4.1.Les éléments nutritifs
Les boues contiennent certains éléments utiles à la croissance des plantes, ce sont l’azote, le phosphore, le potassium ,la calcium et le magnésium.les quantités varient d’une boue à l’autre selon l’origine et le mode de traitement.( Pickforde ,1971).
Divers chercheurs et expérimentateurs dont nous empruntons certains résultants montrent que l’apport de boues contribue d’une manière remarquable à la nutrition minérale des cultures (notamment en azote et en phosphore) ; l’apport de boues provoque généralement un accroissement des concentrations en azote des tissus de végétaux tel que le ray gras (Ensala, 1976).Sabey et Hart en 1975, observent qu’un apport égal ou supérieur à 25T /ha de boues augmente significativement la teneur en azote du grain de blé et de triple à celle du sorgho par rapport au parcelles temoins.les expérimentation de Just et Solda en 1977 sur le mais ont fait apparaitre sur les parcelles ayant reçu les plus forte dose de boues 100T/ha de matière sèche) une teneur plus élevée des feuilles et des grains en azote et un très fort pourcentage de pied de talles.
III.6.Les risques liés à la valorisation agricole des boues
III.6.1. Les risques environnementaux
Selon Aprifel en 2001 ; jusqu’a maintenant la plupart des études sur la dynamique des éléments traces métallique apportées par épandage des boues dans les sols, avait pour objectif les transferts sol\ plante et pour finalité les risque de contamination de la chaîne alimentaire. C’est pourquoi en dispose de peu des données publiées.
Pour estimer les conséquences sanitaires chez l’homme de l’accumulation des polluants dans les sols à moyen et long terme. Il est importants de entraîne les différente voies de dispersion de ces contaminants et de pouvoir quantifier leur transfert d’un compartiment à l’autre (boue, sol ; micro-organisme du sol ; animal domestique ….etc)
Transfert sol \ animal
L’accumulation à la surface du sol d’éléments résultants de l’application de boue peut présenter un risque de contamination directe de la chaîne alimentaire lors du pâturage ; les animaux absorbent souvent un mélange de terre et déchets.
Transfert sol \ atmosphère
Certains micro-organismeanaérobie présents dans le sol et les boues sont capable de réduire certains éléments traces métallique (sélénium, mercure) en des formes volatiles qui peuvent être directement fixés par la partie aérienne des végétaux couvrant le sol.
III.6.2. Risque pour la santé humaine
La non maîtrise du plomb, mercure, cadmium entraîne parfois des risques pour la santé, évaluation de ces risques s’interprète par la prise en compte de plusieurs éléments tels que le niveau de contamination alimentaire par estimation des quantité ingérées (dose hebdomadaire tolérable à long terme), sans oublier les données métalliques (le foie; le tissu adipeux système nerveux….) (Summer et al ,1986 ; Aprifel, 2001)
