Réutilisation des eaux usées (Reuse) à la Réunion

L'article de synthèse du projet : Feder, Frédéric. « Irrigation with Treated Wastewater in Humid Regions: Effects on Nitisols, Sugarcane Yield and Quality ». Agricultural Water Management, 2021, 11.

État des lieux de la réutilisation d’eaux usées épurées en France et dans le monde

Les eaux usées sont les eaux rejetées par les collectivités et les industries. Elles transitent par le réseau des égouts jusqu'à une station d'épuration où elles sont traitées. Sans réutilisation des eaux, elles sont rejetées dans le milieu naturel après des traitements de performance variable. La réutilisation des eaux usées traitées (Reuse) consiste à court-circuiter ce rejet en faisant éventuellement subir un traitement supplémentaire aux eaux usées (décontamination) avant de s'en servir pour un nouvel usage. L'usage prépondérant de Reuse est essentiellement l'irrigation agricole. L'irrigation d'espaces verts et la recharge d'aquifère sont également en fort développement. La Reuse pour l'eau potable reste anecdotique à ce jour. La fonction de production, associée à la notion de rendement, distingue la Reuse de l'épandage dans lequel on considère simplement le sol comme un moyen d'évacuation et d'épuration des eaux usées, traitées ou non.

   

Ainsi, la Reuse permet de limiter les rejets dans l’environnement, de satisfaire des besoins (production agricole par exemple) par un approvisionnement complémentaire en eau entrainant ainsi une préservation de la ressource en eau conventionnelle.

En France

La réutilisation d’eaux usées épurées reste peu développée à l’échelle du territoire français. En effet, les besoins en eau sont globalement satisfaits grâce à une abondance de la ressource : sur les régions les moins arrosées, la pluviométrie ne descend guère en dessous de 600 mm par an. Par ailleurs, la réglementation autorisant la Reuse est récente (arrêté du 2 août 2010). Néanmoins, on observe de fortes disparités régionales donnant lieu à des situations locales de pénurie ou de surexploitation des nappes souterraines qui justifient l’intérêt de la réutilisation d’eaux usées épurées. Par ailleurs, outre l’accroissement de la ressource en eau, la Reuse permet de limiter les rejets d’eaux usées dans un milieu récepteur sensible, ce qui représente notamment un intérêt pour les agglomérations littorales.

En Europe

On distingue assez nettement deux types de situations. Les pays du nord de l’Europe jouissant d’abondantes ressources en eau n’ont guère développé la réutilisation d’eaux usées. En revanche, les pays du bassin méditerranéen qui souffrent de sécheresses régulières pratiquent couramment la Reuse. Ainsi, en Espagne, 408 millions de m3 d’eaux usées traitées sont réutilisés ; en Italie des projets ambitieux voient le jour (22 000 ha de cultures maraîchères sont irrigués avec une eau usée traitée provenant d’une station d’épuration avec une capacité de plus d’un million d’équivalents habitants). Enfin, Chypre a l’objectif le plus ambitieux : réutiliser 100 % des eaux usées traitées (Lazarova et Brissaud, 2007).

Si la Reuse reste principalement de nature agricole, on observe cependant le développement d’usages industriels de l’eau usée épurée dans les pays les moins sujets aux sécheresses, comme la Belgique (industries textile et chimique, refroidissement de centrales thermiques) ou le Royaume-Uni (refroidissement de centrales thermiques, lavage de voitures).

Dans le reste du monde

La Reuse est une pratique très répandue dans les régions du monde affectées par des pénuries de ressources en eau. Elle est, par exemple, très développée aux États-Unis, au Mexique et dans plusieurs pays d’Amérique du Sud, en Australie, en Afrique du Sud, au Japon, en Chine ou encore dans les pays du Golfe Persique. Le bassin méditerranéen est l’une des régions du monde où la Reuse est la plus pratiquée. Elle est largement systématisée en Israël ou en Tunisie.

Selon le rapport publié le 31 mai 2005 par l’Institut Global Water Intelligence, (Water reuse markets 2005-2015: A global assessment and forecast), la Reuse est promise à un bel avenir : « Sur les 369 milliards de mètres cubes d’eaux usées collectés dans le monde chaque année, 7,1 sont réutilisés. [...] D’ici 2015, le volume d’eau réutilisée devrait connaître une croissance de 180 %. Le dessalement de l’eau de mer, autre méthode alternative, enregistrerait « seulement » une augmentation de 102 %. La Chine et la zone Moyen-Orient/Afrique du Nord sont les principales régions qui devraient voir leur capacité installée augmenter pour [la Reuse], respectivement de 29 % et 12 % d’ici 2015. ».

Le projet de Reuse de la Cinor à la Réunion

La Cinor (Communauté intercommunale du nord de la Réunion) a élaboré en 2000 et 2001 son schéma directeur des systèmes d’assainissement de l’agglomération nord. Elle a décidé de construire une station d’épuration intercommunale des eaux usées sur le site du Grand Prado à Sainte-Marie, intégrant les systèmes de transfert amont et aval des eaux usées en provenance des communes de Saint-Denis et de Sainte-Marie, l’ouvrage de rejet en mer et le système de traitement des boues. Les eaux traitées de cette station d’épuration seront de qualité « eau de baignade ». Les boues produites par cette station seront valorisées en agriculture. La Cinor souhaite également mettre en œuvre la réutilisation des eaux traitées de la station au profit notamment de l’irrigation des parcelles agricoles.

 

Les objectifs du partenariat de recherche entre le Cirad et la Cinor

L’impact à long terme, en contexte tropical et volcanique, du recyclage des eaux épurées de stations d’épuration est non seulement peu documenté dans la bibliographie mais également particulièrement dépendant des caractéristiques des eaux épurées et surtout du milieu récepteur. Aussi, les objectifs de ce projet de recherche sont multiples puisqu’il s’agit :

– d’étudier les impacts agronomiques et environnementaux de l’apport des eaux épurées d’une station d’épuration sur différents compartiments de l’environnement (sol, eaux, plante) ;

– de déterminer les équivalences engrais de ces eaux épurées en conditions contrôlées sous serre ;

– d’évaluer au champ un itinéraire technique pour une valorisation optimale des eaux épurées ;

– d’élaborer, de caler et de valider un nouvel outil permettant la gestion de l’irrigation et de l’azote sur la base d’un logiciel opérationnel fonctionnant déjà en conditions réelles d’exploitation.

Tableau 1. Objectifs synthétiques et résultats attendus des différentes expérimentations.

OBJECTIFS	EXPÉRIMENTATIONS	RÉSULTATS ATTENDUS
Évaluer les risques d'accumulation dans le sol ou de lixiviation vers le sous-sol d'éléments potentiellement toxiques présents dans l'eau usée épurée ou initialement dans le sol	Colonnes de sol reconstitué au laboratoire en conditions contrôlées	Suivi des transferts d'eau et de solutés ; observation de modifications des caractéristiques du sol
Déterminer le coefficient d'équivalence engrais (NPK) de l'eau usée épurée	Pots avec culture test sous serre en conditions contrôlées	Courbe de réponse (rendement vs. quantité d'azote apportée) permettant de calculer un coefficient d'équivalence engrais
Étudier le devenir des populations microbiennes pathogènes dans un sol régulièrement arrosé avec de l'eau usée épurée	Pots sans culture recevant des apports réguliers d'eau usée épurée	Variation au cours du temps de la concentration en chaque espèce pathogène étudiée
Étudier les capacités de survie dans le temps des microorganismes pathogènes présents dans l'eau usée brute	Pots sans culture recevant un apport unique d'eau usée brute	Variation au cours du temps de la concentration en chaque espèce pathogène étudiée. T90 de chaque espèce pathogène étudiée, dans ces conditions expérimentales
Estimer les risques de drainage et de lixiviation d'azote dans les conditions locales	Au champ, avec une culture de canne à sucre	Itinéraire technique pour une valorisation optimale de l'eau usée épurée Outil opérationnel de gestion de l'irrigation et de l'azote

 Afin de répondre à ces objectifs, nous avons élaboré des protocoles expérimentaux qui permettent d’étudier à différentes échelles l’impact de la Reuse sur les sols, le transfert vers les eaux souterraines et les cultures (tableau 1). Nous avons proposé dans un premier temps d’étudier, au laboratoire, dans des conditions parfaitement maîtrisées, les transferts d’eau et de solutés après des apports répétés d’eau usée épurée. Pour cela, l’expérimentation a consisté à reconstituer du sol dans des colonnes en PVC, à réaliser des apports d’eau usée épurée et à suivre les changements des propriétés physico-chimiques et de la composition chimique de la solution du sol ; la caractérisation du sol en début et en fin d’expérimentation permettant de réaliser des bilans chimiques complets.

La seconde expérimentation consistait à déterminer le coefficient d’équivalence engrais pour l’azote, le phosphore et le potassium de l’eau usée épurée. Le dispositif expérimental en pots sous serre a été conduit sur la station de la Bretagne. Cinq modalités, avec cinq répétitions pour chaque modalité soit un ensemble de 25 pots au total, ont été mises en place simultanément :

– un témoin eau claire sans fertilisation (F0) ;

– trois niveaux de fertilisation (F1, F2 et F3) en azote encadrant la teneur attendue de l’eau épurée en azote total et irrigué avec de l’eau claire ;

– l’eau usée épurée (EUE).

Il a été réalisé trois coupes successives du ray-grass sur quatre mois afin de calculer la quantité d’éléments minéraux (NPK, Ca et Mg) mobilisés par la biomasse végétale pour les différents traitements. Ces mobilisations ont permis d’évaluer l’utilisation des formes minérales et organiques présentes dans les eaux usée épurées apportées, en comparant les résultats à ceux d’une série de pots ne recevant que de l’eau avec une fertilisation minérale classique.

L’objectif principal de la troisième expérimentation est d’étudier le devenir des populations microbiennes pathogènes dans un sol régulièrement arrosé avec de l’eau usée épurée non traitée. Pour cela, nous avons réalisé des apports réguliers d’eau usée non traitée sur des sols sous serre et en l’absence de culture.

La quatrième expérimentation avait pour objectif d’étudier les capacités de survie au cours du temps des microorganismes pathogènes présents dans l’eau usée brute non épurée (avant le traitement tertiaire de la station d’épuration). Cette expérimentation a été menée après un apport unique d’eau usée brute et nous avons suivi la variation au cours du temps de la concentration en chaque espèce pathogène étudiée.

La cinquième et dernière expérimentation (photographies ci-dessous) consiste en un essai au champ, en conditions réelles de culture de canne à sucre et d’irrigation par goutte-à-goutte. L’objectif principal est d’estimer les risques de drainage et de lixiviation d’azote dans des conditions représentatives mais également de confronter les résultats acquis aux échelles des colonnes de sol et des pots avec les résultats en plein champ. En outre, les données expérimentales ont été utilisées pour construire un outil opérationnel de gestion de l’irrigation et de l’azote sur la base d’un logiciel de gestion de l’irrigation déjà existant (Five-Core). Cette expérimentation a été mise en place en septembre 2010 et s'est achevée après deux cycles de canne à sucre fin 2012. La première coupe a été réalisée en novembre 2011. La seconde coupe a été réalisée en novembre 2012.