Dans le projet MADFORWATER, le développement et l’adaptation en laboratoire des technologies de traitement des eaux usées et d’irrigation – réalisés au cours des deux premières années d’activité – ont été finalisés par une phase de démonstration au cours des deux dernières années. Le projet a développé et validé les technologies sélectionnées grâce à quatre installations de démonstration dans lesquelles le traitement des eaux usées et la réutilisation de l’eau traitée en agriculture sont intégrés de façon efficace. Le choix des technologies à développer dans chaque installation de démonstration reposait sur leurs performances techniques, l’analyse coûts-avantages (ACA), l’analyse du cycle de vie (ACV) et les commentaires recueillis au cours de plusieurs ateliers de consultation des parties prenantes, organisés à Agadir (Maroc), au Caire (Égypte) et à Tunis (Tunisie) en 2017 et 2018. Différents types d’eaux usées sont traités et réutilisés dans les installations de démonstration de MADFORWATER: les eaux usées municipales, les eaux usées textiles et les eaux de drainage. Le schéma 1 montre l’emplacement géographique des 4 installations de démonstration.
Schéma 1. Emplacement et principales caractéristiques des 4 installations de démonstration MADFORWATER. P1: eaux usées municipales; lieu: station d’épuration municipale de Chotrana, Ariana, Tunisie. P2: eaux usées textiles; lieu: industrie de Gwash, Nabeul, Tunisie. P3: eaux usées municipales; Lieu: Agadir, Maroc. P4: eau de drainage; Lieu: Lac Manzala, Égypte.
Installation de démonstration pour le traitement et la réutilisation des eaux usées municipales à Chotrana, Ariana, en Tunisie
Face à la pénurie croissante d’eau, les décideurs des pays d’Afrique méditerranéenne s’intéressent de plus en plus aux ressources en eau non conventionnelles, telles que les eaux usées municipales traitées. Malgré les avantages apparents de ces eaux, peu de pays ont réussi à développer des projets de réutilisation extensive, efficace et sûre des eaux usées en agriculture. En fait, un faible volume des eaux usées traitées générées dans les pays d’Afrique méditerranéenne est actuellement réutilisé. Dans le cas tunisien, seulement 23% des eaux usées traitées sont recyclées, alors que ce volume est légèrement inférieur dans le cas égyptien et marocain (18% et 10%, respectivement). Ceci est principalement dû à la qualité des eaux usées traitées, qui ne respectent pas les limites imposées par les normes nationales et ISO pour leur réutilisation en irrigation. En effet, le traitement des eaux usées municipales dans les pays d’Afrique méditerranéenne est principalement limité au processus secondaire, utilisant principalement le procédé à boues activées aérobies conventionnelles, tandis que le traitement tertiaire fait défaut dans la plupart des cas.
Schéma 2. L’installation de traitement des eaux usées municipales de Chotrana (Ariana, Tunisie): site de l’installation de démonstration consacrée au traitement des eaux usées municipales de MADFORWATER
La section de traitement des eaux usées de l’installation de démonstration consacrée au traitement des eaux usées municipales sera établie à l’installation de traitement des eaux usées de Chotrana, à Ariana, en Tunisie (schéma 2). L’installation de démonstration, d’une capacité d’environ 10 m3/j, est constituée d’un ensemble multiple de technologies de traitement intégrées, à savoir: (i) un lit bactérien nitrifiant assurant le traitement secondaire des matières organiques et de l’ammoniac, (ii) un décanteur secondaire pour la sédimentation des boues, (iii) un marais artificiel pour l’élimination des métaux lourds et des éléments nutritifs restants, (iv) une unité de désinfection chimique et (v) un système de déshydratation des boues secondaires en excès (schéma 3). La mise en place et la mise en service de cette installation pilote sont en cours.
Schéma 3. Le procédé de traitement des eaux usées municipales développé par MADFORWATER
La qualité des eaux usées traitées dans l’installation de démonstration est comparée aux limites d’autorisation nationales tunisiennes (NT106.03) avant d’être réutilisées pour l’irrigation de certaines céréales. Le terrain expérimental pour la réutilisation agricole des eaux usées traitées est situé à l’Institut supérieur de biotechnologie de Sidi Thabet, Université de Manouba (ISBST-UMA), Sidi Thabet, Tunisie (schéma 4). Les eaux usées traitées sont régulièrement transférées de l’installation de Chotrana à l’installation de démonstration consacrée à l’irrigation. Les partenaires de MADFORWATER ont déployé des efforts importants pour améliorer l’efficacité de l’irrigation et développer des technologies d’irrigation adaptées à l’utilisation avec les eaux usées traitées. Plusieurs technologies d’irrigation sont testées dans le cadre du projet de démonstration de Sidi Thabet: une buse calibrée innovante; un modèle de calendrier des irrigations prenant en compte les caractéristiques spécifiques des eaux usées traitées; et la fourniture de bactéries favorisant la croissance des plantes. Les performances d’irrigation et de croissance des cultures, obtenues avec les eaux usées municipales traitées, sont comparées aux valeurs correspondantes obtenues avec les eaux douces.
Schéma 4. Photo aérienne du site d’irrigation avec les eaux usées municipales traitées (ISBST-UMA)
Installation de démonstration consacrée au traitement et à la réutilisation des eaux usées textiles dans l’industrie de Gwash (Nabeul, Tunisie)
La situation actuelle du traitement des eaux usées textiles dans les pays d’Afrique méditerranéenne est très diverse. En Tunisie, certaines entreprises textiles ont déjà intégré les procédés internes de traitement des eaux usées dans leurs processus, dans le but de réutiliser jusqu’à 60% des eaux usées traitées dans les processus de production. Les eaux usées traitées restantes sont déversées dans le réseau d’égouts municipaux. La coagulation est un processus largement appliqué en tant que prétraitement avant le traitement principal par boue activée, oxydation ou membrane. La coagulation vise à éliminer les particules colloïdales et les substances organiques. L’efficacité des procédés actuels est généralement instable compte tenu de l’importante variation quotidienne et saisonnière du débit des effluents et de la charge organique et minérale. Un processus adéquat capable de tolérer des pics occasionnels en matière de volume d’effluent et de charge organique doit être utilisé. Dans certains cas, les effluents textiles sont rejetés directement dans le réseau d’égouts municipal sans aucun traitement préalable.
L’installation de démonstration MADFORWATER consacrée au traitement et à la réutilisation des eaux usées textiles est mise en place dans l’industrie textile de Gwash, située dans le gouvernorat de Korba (Nabeul, Tunisie) (Schéma 5).
Schéma 5. Industrie de Gwash (Korba, Nabeul, Tunisie): site de l’installation de démonstration consacrée au traitement et à la réutilisation des eaux usées textiles
La section de traitement des eaux usées de l’installation de démonstration (10 m3/j) comprend la chaîne de traitement suivante: (i) une unité de prétraitement par coagulation / floculation, (ii) un clarificateur primaire, (iii) un bioréacteur à lit mobile aérobie, (iv) un clarificateur secondaire, (v) un filtre d’adsorption de colorant placé sur les résines pour éliminer davantage la couleur restante, et (vi) un lit de séchage pour la déshydratation des boues (Schéma 6). La mise en place et la mise en service de cette installation de démonstration sont en cours.
Schéma 6. Le procédé de traitement des eaux usées textiles développé par MADFORWATER
La qualité des eaux usées textiles traitées sera comparée aux limites d’autorisation nationales tunisiennes (NT106.03) avant d’être réutilisée comme eau d’irrigation pour évaluer la croissance et le développement de certaines cultures fourragères. Des expériences d’irrigation seront menées dans un champ expérimental proche de l’industrie de Gwash à l’aide d’une buse calibrée innovante développée par les partenaires de MADFORWATER. Les performances d’irrigation et de croissance des cultures obtenues avec les eaux usées textiles traitées seront comparées aux valeurs correspondantes obtenues avec les eaux douces.
Installation de démonstration consacrée au traitement et à la réutilisation des eaux usées municipales à Agadir, au Maroc
Au Maroc, dans la région de Souss-Massa, l’installation de démonstration consacrée au traitement des eaux usées municipales et à la réutilisation agricole reposera sur une installation de traitement des eaux usées existante au sein de la station M’zar à Agadir, d’une capacité de 75000 m3/jour. L’installation est articulée autour des sections de traitement suivantes: (i) une lagune anaérobie de 150 0003; (ii) 64 unités de filtration sur sable (la surface de chaque filtre est de 5000 m2; et (iii) une unité de désinfection aux ultraviolets. Ce schéma de traitement permet la production d’un effluent de haute qualité, avec une DBO égale à 17 mg/L, une concentration totale en azote de 22 mg/L et un niveau moyen de coliformes fécaux égal à 80 MPN/100mL. Le schéma 7 fournit une vue aérienne de l’installation de traitement des eaux usées de M’zar.
Schéma 7. Installation de traitement des eaux usées municipales de M’zar (Agadir, Maroc): site de l’installation de démonstration consacrée au traitement des eaux usées municipales
Dans le cadre de MADFORWATER, les eaux usées municipales traitées par l’installation d’Agadir seront utilisées pour l’irrigation d’un champ d’oliviers situé au Golf de l’Océan (Agadir, Maroc) (Schéma 8). Dans cet essai pilote, les performances de croissance des cultures et d’irrigation obtenues avec une buse calibrée innovante seront comparées aux performances obtenues avec le système traditionnel d’irrigation goutte à goutte largement utilisé par les agriculteurs marocains.
Schéma 8. Photo aérienne du site d’irrigation avec les eaux usées municipales traitées (Golf de l’Océan, Agadir, Maroc)
Une installation de démonstration consacrée au traitement et à la réutilisation de l’eau des canaux de drainage près du lac Manzala (Égypte)
En Égypte, les eaux de drainage agricoles constituent une source d’eau précieuse qui est collectée et réutilisée pour l’irrigation par le biais d’un réseau bien développé de canaux de drainage et d’irrigation. Toutefois, les eaux usées municipales traitées et non traitées sont rejetées dans les canaux de drainage, lesquels, à leur tour, transportent des contaminants organiques, de l’azote et des agents pathogènes vers les principaux collecteurs. Aucun traitement n’est réellement effectué sur l’eau du canal de drainage avant son utilisation pour l’irrigation.
L’installation de démonstration MADFORWATER consacrée au traitement de l’eau des canaux de drainage a été installée en décembre 2018 dans une station expérimentale exploitée par le Centre national de recherche sur l’eau en Égypte, près du lac Manzala, en Égypte (Schéma 9). L’installation de démonstration, d’une capacité de 250 m3/j, est composée des éléments suivants: (i) un bassin de lagunage/sédimentation de 500 m3 et (ii) différents types de marais artificiels hybrides. Trois types de marais artificiels hybrides sont testés en parallèle et comparés: un marais artificiel hybride en cascade, un marais artificiel hybride séquencé et un marais artificiel à lit flottant. Les premiers résultats indiquent que le marais artificiel hybride en cascade est le plus efficace. En effet, la combinaison de lagunage et de marais artificiels hybrides en cascade conduit à un effluent de très haute qualité, avec des concentrations d’effluent égales à 18 mg/L pour la DBO, 3 mg /L pour l’azote ammoniacal, 2 mg/L pour le phosphate et 460 MPN/100mL pour les coliformes fécaux. Le modèle du marais artificiel hybride en cascade peut être appliqué à grande échelle pour réduire les charges de pollution avant déversement dans le lac Manzala en tant qu’outil de protection de la mer Méditerranée. L’eau traitée peut être recyclée en toute sécurité pour la culture de rente et la production halieutique.
Schéma 9. Photo aérienne du site du processus de démonstration et de traitement relatif à l’eau de drainage, développé par le projet MADFORWATER
Dans le cadre du projet MADFORWATER, les effluents traités sont réutilisés pour l’irrigation des cultures de coton et de betteraves à sucre dans la station expérimentale du Centre national de recherche sur l’eau située au lac Manzala, en Égypte, au moyen d’un tuyau à vannettes réglables. Les performances d’irrigation et de croissance des cultures obtenues avec de l’eau de drainage traitée seront comparées aux valeurs correspondantes obtenues avec de l’eau de drainage non traitée.
Conclusion et perspectives
Les résultats de MADFORWATER ont permis le développement et la sélection de technologies de traitement des eaux usées et d’irrigation en fonction de leurs performances élevées, de la réduction des coûts d’investissement, d’exploitation et de maintenance ainsi que de l’acceptation sociale. L’intégration et l’extrapolation des technologies efficaces sur les terrains de démonstration sont essentielles pour donner un bon aperçu de leur potentiel réel. Le prochain bulletin, qui sera publié en mai 2020, comprendra plus de détails sur la fiabilité et la validité des chaînes de traitement et des systèmes d’irrigation innovants à grande échelle.
