Etude de l'effet de la salinité des eaux usées domestiques sur ...

REPUBLIQUE DU BENIN

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE

SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI

ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

DEPARTEMENT DE GENIE DE L’ENVIRONNEMENT

Etude de l’effet de la salinité des eaux usées domestiques

sur la croissance et les performances épuratoires de trois

macrophytes flottants : Eichhornia crassipes Mart.

Solms, Pistia stratiotes L., Spirodela polyrhiza L.

SUPERVISEUR

Pr. Martin Pépin AÏNA

Maître de Conférences des Universités

(CAMES)

TUTEURS DE STAGE

Ir. Nadine KPONDJO

Ir. Onésime AKOWANOU

PRESENTE PAR :

Olayèmi Naomie AFOUDA

7ème

promotion

Année Académique 2013-2014

RAPPORT DE FIN DE FORMATION

Pour l’obtention du diplôme de Licence Professionnelle

Dédicace

Rédigé par Olayèmi. Naomie AFOUDA I

DEDICACE

A mes parents Joël AFOUDA et Jeanne BABATOUNDE pour

l’éducation reçue, pour les investissements dans mes études, mon

bien être et surtout pour les prières, exhortations et conseils. Que le

Seigneur vous garde. Je vous aime.

Remerciements

Rédigé par Olayèmi. Naomie AFOUDA II

REMERCIEMENTS

- C’est une grâce de se savoir presque à la fin d’une formation de trois années d’étude

universitaire avec une parfaite santé malgré les différents challenges. Ainsi, il m’est important

de porter premièrement ma reconnaissance à mon créateur, le maître suprême, le Dieu Tout

Puissant, pour son amour, sa protection et ses promesses qu’il concrétise dans ma vie.

- Mes remerciements sont ensuite adressés à mon superviseur, le Professeur Martin Pépin

AÏNA qui m’a donné l’opportunité de travailler avec lui. Je le remercie aussi pour son

implication, sa supervision et pour m’avoir mise, durant tout mon stage dans de bonnes

conditions de travail tant sur le terrain qu’au laboratoire. Que Dieu vous élève davantage.

Amen.

- Je suis reconnaissante envers toute l’équipe de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi

(EPAC), pour la qualité de la formation qui m’y a été donnée. Plus spécifiquement, je

voudrais distinguer la contribution active du corps professoral du Département Génie de

l’Environnement dans mon éducation relative aux questions environnementales, en particulier

son Chef de département le Professeur Daniel CHOUGOUROU.

Je remercie :

- mon encadreur Madame Nadine KPONDJO pour avoir accepté travailler avec moi malgré la

distance ; pour avoir financé les travaux de recherche et donné les bagages intellectuels

nécessaires pour mener à bien ce stage en vue d’une bonne rédaction du rapport de fin de

formation ;

- mon encadreur, Monsieur Onésime AKOWANOU pour ses explications, ses encouragements,

sa disponibilité, sa patience et pour avoir su aussi coordonner les travaux sur le terrain malgré

ses diverses occupations ;

- Mesdames Flora AGBOMENOU, Justine DEGUENON, Reine MAHOUNON, Nadia AZON

et Messieurs Mohamed DAOUDA, Belfrid DJIHOUESSI et Arcadius DEGAN, pour

l’assistance durant tout le stage, pour les conseils et encouragements. Toutes vos actions en

ma faveur ont été d’un très grand intérêt.

- Monsieur Elias POGNON du Laboratoire de Contrôle de qualité des Eaux et Aliments, pour

sa collaboration et pour son aide.

Je marque un point particulier de reconnaissances à toute ma famille, particulièrement à :

Remerciements

Rédigé par Olayèmi. Naomie AFOUDA III

- mes grandes sœurs Carole, Josiane, Mireille, et mon grand frère Josué, pour leur soutien et

surtout pour avoir mis à ma disposition tout le matériel nécessaire à l’évolution rapide de mes

travaux et la rédaction de ce rapport de fin de formation. Que l’amour fraternel qui nous

caractérise demeure toujours. Soyez bénis ;

- mes grands-parents, tantes, oncles, cousins et cousines ;

- mes beaux-frères Christian HOUNDJO et Juste AGONSE pour les conseils et les

encouragements ;

- mes adorables neveux et nièce : Daniel, Ariel, Yathirah.

Enfin, je voudrais également remercier :

- la famille SEHLIN pour son hospitalité et ses encouragements ;

- Messieurs Amen DOVI, Martin ZOUNON, Alain AGUE pour leur disponibilité et leur

précieuse aide durant mes investigations d’ordre technique sur le terrain. Que le seigneur vous

fortifie. Amen ;

- tous ceux qui, de près ou de loin ont été pour moi d’une source de bénédictions.

Résumé

Rédigé par Olayèmi. Naomie AFOUDA IV

RESUME

Dans le souci de fournir des éléments de réponses pour l’optimisation du traitement des eaux

usées par un système de lagunage à macrophytes flottants en fonction de leur qualité physico-chimique,

une étude intégrant un projet de recherche a été réalisée dans le Centre Technologique et Pratique pour

l’Eau Potable et l’Assainissement de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi. Elle a servi de base

pratique pour notre stage et était intitulée l’effet de la salinité des eaux usées domestiques (EUD) sur la

croissance et les performances épuratoires de trois macrophytes flottants : Eichhornia crassipes Mart

Solms, Pistia stratiotes L., Spirodela polyrhiza L. Pour parvenir à des résultats probants, il a été réalisé la

caractérisation des milieux de culture à différentes gammes de conductivité électrique (CE) préalablement

définies pour la croissance de la jacinthe d’eau, la laitue d’eau et la lentille d’eau ainsi que l’appréciation

de leur réactivité dans cet environnement artificiel que constituaient ces EUD. Des essais en mode batch

avec duplication des bacs par valeur de CE déterminée au départ et pour chaque espèce végétale étaient à

cet effet réalisés pour une durée de 12 jours. Le temps de séjour ainsi fixé, était propice à la croissance et

au développement de ces plantes. Ce stage nous a permis d’analyser l’évolution de la qualité physico-

chimique des effluents domestiques et par conséquent les performances épuratoires des plantes ; des

paramètres in situ et périodiques ont été mesurés et déterminés ; il s’agissait de : température ; potentiel

redox ; CE ; potentiel d’hydrogène ; turbidité ; orthophosphates ; ammonium et azote Kjeldahl pour la

physico-chimie et les taux de croissance des macrophytes flottants calculés sur la base des masses

humides et sèches évaluées par les méthodes gravimétriques. Les résultats ont montré l’influence de la

salinité des EUD sur l’aptitude des plantes à contribuer efficacement à la dépollution. En effet,

l’inhibition du développement de la lentille d’eau commençait à partir d’une CE supérieure à 1381 µS/cm

pour un taux de croissance de la masse sèche (µMS) de 0,1193 j-1

; toutefois, pour des CE inférieures à

1381 µS/cm, ce taux était proportionnel à la valeur de CE impliquée. Nous avons ainsi obtenu les taux de

croissance élevés à la fois sur les masses sèches et humides à une conductivité électrique de 926 µS/cm,

soient respectivement 0,1276 j-1

et 0,1964 j-1

. Par contre, la laitue d’eau et la jacinthe croissent très bien à

une conductivité électrique approximativement inférieure à 1030 µS/cm. Les rendements épuratoires ont

montré que la jacinthe d’eau épurait mieux les orthophosphates et l’ammonium pour des eaux usées

domestiques de CE inférieures à 1030 µS/cm. Mais à des CE supérieures à cette valeur, les plantes étaient

moins performantes.

MOTS CLES : Eaux usées domestiques, macrophytes flottants, salinité, croissance.

Abstract

Rédigé par Olayèmi. Naomie AFOUDA V

ABSTRACT

In order to provide some answers for the optimization of wastewater treatment by a floating

macrophytes lagoon system according to their physicochemical quality, a study incorporating a research

project was carried out in the Technological Centre convenient for Drinking Water and Sanitation of the

Polytechnic School of Abomey. It was the basis for our practice course and was titled the effect of salinity

of domestic wastewater (WCG) on growth and purification performance of three floating macrophytes:

Eichhornia crassipes Mart Solms, Pistia stratiotes L., Spirodela polyrhiza L. to achieve positive results,

it was carried out the characterization of the culture media at different electrical conductivity ranges (EC)

previously defined for the growth of water hyacinth, water lettuce and duckweed and the assessment of

their reactivity in this artificial environment that constituted the WCG. Tests in batch mode with

duplication trays value of EC initially determined for each plant species were made for this purpose for a

period of twelve days. The residence time fixed was conducive to the growth and development of these

plants. This internship has allowed us to analyze the evolution of the physico-chemical quality of

domestic effluents and therefore treatment performance of plants; in situ parameters and periodicals were

measured and determined; they were: temperature; redox potential; EC; potential hydrogen; turbidity;

orthophosphate; ammonium and Kjeldahl nitrogen for physical chemistry and the growth rates of floating

macrophytes computed on wet and dry masses evaluated by gravimetric methods. The results showed the

influence of salinity WCG on the ability of plants to help clean effectively. Indeed, inhibition of the

development of duckweed starting from a higher EC 1381 µS/cm for a growth rate of the dry mass (μMS)

of 0,1193 j-1

; however, for EC below 1381 µS/cm, the rate was proportional to the value of EC involved.

We obtained the highest growth rates in both wet and dry masses to an electrical conductivity of 926

µS/cm, are 0,1276 j-1

and 0,1964 j-1

, respectively. For against, water lettuce and water hyacinth growing

very well in electrical conductivity approximately less than 1030 µS/cm. The purification yields showed

that water hyacinth better was refining orthophosphate and ammonium for domestic wastewater EC

below 1030 µS/cm. But greater than this value EC, plants were less efficient.

KEYWORDS: Domestic sewage, floating macrophytes, salinity, growth.

Sommaire

Rédigé par Olayèmi. Naomie AFOUDA VI

SOMMAIRE

DÉDICACE ....................................................................................................................................... I

REMERCIEMENTS........................................................................................................................... II

RÉSUMÉ ....................................................................................................................................... IV

ABSTRACT .................................................................................................................................... V

SOMMAIRE ................................................................................................................................... VI

LISTE DES FIGURES ................................................................................................................... VIII

ABRÉVIATIONS ET SIGLES ........................................................................................................... IX

INTRODUCTION .............................................................................................................................. 1

PARTIE I: ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE ET CADRE INSTITUTIONNEL DU STAGE ........................... 3

1.1 ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE ....................................................................................................... 3

1.2 PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL ET DU CADRE D’ETUDE ...................................... 13

PARTIE II : MATÉRIEL ET MÉTHODES .......................................................................................... 16

1.1 MACROPHYTES FLOTTANTS ETUDIES ET MILIEUX DE CULTURE ................................................. 16

1.2 MESURES DES DIFFERENTS PARAMETRES ET ANALYSES DE DONNEES ....................................... 18

PARTIE III: RÉSULTATS ET DISCUSSION ...................................................................................... 22

1.1 CARACTERISATION DES MILIEUX DE CULTURE .......................................................... 22

1.2 CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES MILIEUX DE CULTURE POUR LA CROISSANCE DES

MACROPHYTES FLOTTANTS ETUDIES : STATISTIQUES DESCRIPTIVES ET EVOLUTIONS TEMPORELLES DES

PARAMETRES MESURES IN SITU .............................................................................................................. 23

1.3 REACTIVITE DE TROIS MACROPHYTES FLOTTANTS DANS LES MILIEUX DE CULTURE DE

DIFFERENTES CONDUCTIVITES ELECTRIQUE : EVALUATION DE L’EFFET DE LA SALINITE SUR LEUR

CROISSANCE ET LEURS PERFORMANCES EPURATOIRES .......................................................................... 31

CONCLUSION ET PERSPECTIVES .................................................................................................. 39

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ............................................................................................... 41

ANNEXES ..................................................................................................................................... 45

TABLE DES MATIÈRES.................................................................................................................. 49

Liste des tableaux

Rédigé par Olayèmi. Naomie AFOUDA VII

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1: Synthèse de quelques travaux sur les performances épuratoires des

macrophytes flottants ........................................................................................................ 8

Tableau 2 : Milieux de culture ........................................................................................ 17

Tableau 3 : Caractéristiques des bacs utilisés ................................................................. 18

Tableau 4 : Paramètres mesurés ...................................................................................... 19

Tableau 5 : Caractéristiques des fosses septiques choisies ............................................. 22

Tableau 6 : Caractéristiques physico-chimiques des bacs à lentille d’eau ..................... 24

Tableau 7 Caractéristiques physico-chimiques des bacs à laitue d’eau .......................... 26

Tableau 8 : Caractéristiques physico-chimiques des bacs à jacinthe d’eau .................... 29

Tableau 9 : Masses humides et sèches des trois macrophytes flottants au début et à la fin

des essais ......................................................................................................................... 31

Tableau 10: Présentation des conductivités électriques et des taux de croissance des

masses humides et sèches des lentilles d’eau ................................................................. 32

Tableau 11 : Présentation des conductivités électriques et des taux de croissance des

masses humides et masses sèches de la jacinthe d’eau ................................................... 35

Liste des figures

Rédigé par Olayèmi. Naomie AFOUDA VIII

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Différents types de lagunages à macrophytes .................................................. 5

Figure 2: Photo de lentille d'eau ....................................................................................... 6

Figure 3 : Photo de laitue d'eau ......................................................................................... 7

Figure 4 : Photo de jacinthe d'eau ..................................................................................... 7

Figure 5: Situation géographique du Laboratoire des Sciences et Techniques de l'Eau

sur le Campus Universitaire d'Abomey-Calavi .............................................................. 15

Figure 6: Présentation des bacs utilisés .......................................................................... 18

Figure 7 : Profils temporels des différents paramètres physico-chimiques dans les bacs à

lentille d’eau ................................................................................................................... 25

Figure 8 Profils temporels des différents paramètres physico-chimiques dans les bacs à

laitue d’eau ...................................................................................................................... 27

Figure 9 : Profils temporels des différents paramètres physico-chimiques dans les bacs à

jacinthe d’eau .................................................................................................................. 30

Figure 10 : Evolution du taux de croissance des masses humides et sèches de la lentille

d’eau en fonction de la conductivité électrique des EUD des bacs ................................ 32

Figure 11 : Evolution du taux de croissance des masses sèches de la laitue d’eau en

fonction de la conductivité électrique des EUD des bacs ............................................... 34

Figure 12 : Evolution du taux de croissance des masses humides et sèches de la jacinthe

d’eau en fonction de la conductivité électrique des EUD des bacs ................................ 35

Figure 13 : Rendements épuratoires de la laitue d’eau relatifs aux composés azotés et

phosphorés durant les essais ........................................................................................... 37

Figure 14 : Rendements épuratoires de la jacinthe d’eau relatifs aux composés azotés et

phosphorés durant les essais ........................................................................................... 37

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Abréviations et sigles

Rédigé par Olayèmi. Naomie AFOUDA IX

ABREVIATIONS ET SIGLES

CECURI : Centre Cunicole de Recherche et d’information

CTEPA : Centre Technologique et Pratique pour Eau potable et Assainissement

CV : Coefficient de variation

CNERTP : Centre National d’Essais et de Recherche des Travaux publics

DBO5 : Demande Biochimique en Oxygène pendant 5 jours

DCO : Demande Chimique en Oxygène

DEA : Diplôme d’étude approfondie

DESS : Diplôme d’Etude Supérieur Spécialisé

DG Eau : Direction Générale de l’eau

EAA : Eau et Assainissement pour l’Afrique

EH : Potentiel redox

EPAC : Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi

EUD : Eau Usée Domestique

FSA : Faculté des Sciences Agronomiques

LCQEA : Laboratoire de Contrôle de Qualité des Eaux et Aliments

LERGC : Laboratoire d’Essais et de Recherches en Génie Civil

LSTE : Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau

MH : Masse humide

MS : Masse sèche

NH4+ : Azote ammoniacal

Nt : Azote total

NTK : Azote Kjeldahl

O2 : Oxygène dissous

Abréviations et sigles

Rédigé par Olayèmi. Naomie AFOUDA X

pH : Potentiel d’hydrogène

PNUD : Programme des Nations Unies pour le Développement

P-PO43-

: Orthophosphates

Pt : Phosphore total

PSA : Production Santé Animale

RH : Pouvoir oxydant ou réducteur

SONEB : Société Nationale des Eaux du Bénin

STEP: Station d’Epuration

UAC : Université d’Abomey-Calavi

Introduction

Rédigé par Olayèmi. Naomie AFOUDA 1

INTRODUCTION

La gestion des eaux usées est l’une des préoccupations inhérentes au développement

du Bénin et au mieux-être de sa population. Signataire de plusieurs conventions

internationales dont le Sommet de Rio donnant naissance à l’Agenda 21, le Bénin s’est

engagé à mettre au point une stratégie nationale d’assainissement des eaux usées en milieu

urbain. Cependant, d’après les rapports d’étude du Programme des Nations Unies pour le

Développement (PNUD), les tendances d’évolution des différents indicateurs ne sont pas

bonnes. Près de 78% des ménages jettent leurs ordures dans la nature et moins de 8% de la

population utilisent les services d’une voirie pour évacuer les ordures (PNUD, 2009). En

effet, l’assainissement de base n’est pas assuré. Les eaux usées domestiques rejetées dans le

milieu naturel ne subissent aucun traitement au préalable. Et ce phénomène est rehaussé par la

démographie croissante des populations et l’absence de réseaux d’assainissement.

Concernant les expériences béninoises en matière de traitement des eaux usées, au

plan national, on répertorie trois stations d’épuration relativement fonctionnelles de type

lagunage : celle de la Société Industrielle Béninoise d’Equipement et d’Assainissement

Urbain (SIBEAU) mise en place depuis 1994 à Ekpè (commune de Sèmè Kpodji) est

rapportée dans la bibliographie comme surexploitée et donc peu performante (GBAGUIDI,

2003) ; celles de Tokpa Zoungo (commune d’Abomey-Calavi) et du marché Arzéké

(commune de Parakou).

Ainsi, dans une perspective de contribution, en termes d’appui scientifique et

technique pour le choix de procédé efficace de traitement des eaux usées et de propositions de

supports techniques d’assainissement, il a été engagé depuis 2011, des essais de lagunage à

macrophytes flottants à l’Université d’Abomey-Calavi (UAC) sur une mini station pilote.

Au cours de notre stage de fin de formation au Laboratoire des Sciences et Techniques

de l’Eau de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi et soumise aux réflexions scientifiques

qui y sont développées, nous avons sous la direction du superviseur choisi de travailler sur un

thème afférent aux plantes flottantes précitées et qui s’intègre dans un projet de recherche. Il

s’intitule : Etude de l’effet de la salinité des Eaux Usées Domestiques (EUD) sur la croissance

et les performances épuratoires de trois macrophytes flottants : Eichhornia crassipes Mart.

Solms (jacinthe d’eau), Pistia stratiotes L. (laitue d’eau), Spirodella polyrhiza L. (lentille

d’eau).

Introduction


Pour aborder ce thème, nous avons fixé des objectifs spécifiques qui sont les suivants :

déterminer les caractéristiques physico-chimiques des eaux usées domestiques ;

apprécier la réactivité des macrophytes flottants dans les milieux de culture de différentes

conductivités électriques.

Notre document en dehors de l’introduction, de la conclusion et des perspectives est

structuré en trois parties suivantes :

La première partie expose la présentation de la structure d’accueil et la synthèse

bibliographique relative aux performances et limites du lagunage à macrophytes flottants.

La deuxième partie présente les conditions opératoires des différentes expériences

effectuées et les méthodes analytiques.

La troisième partie présente les résultats des informations issues du traitement des données

recueillies sur le terrain et au laboratoire, ainsi que l’analyse de ces résultats obtenus.

Partie I : Cadre institutionnel du stage et analyse bibliographique


PARTIE I: ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE ET CADRE INSTITUTIONNEL DU STAGE

1.1 ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE

1.1.1 Clarifications conceptuelles

Cette section présente la définition de différents termes relatifs au traitement des eaux

usées domestiques par lagunage à macrophytes flottants.

Eaux Usées Domestiques : les Eaux Usées Domestiques (EUD) sont les eaux polluées

provenant des ménages. Elles sont constituées d’eaux grises (provenant des cuisines, salle de

bain) et d’eaux vannes (provenant des rejets des toilettes : excrétas et urines et des fosses

septiques).

Fosse septique : cuve enterrée en béton, polyester ou polyéthylène qui reçoit les eaux

usées de l’habitation (eaux ménagères), pour un premier traitement. Les matières, sous l’action

des bactéries qu’elles contiennent, subissent un processus de fermentation qui tend à les

liquéfier. (CALVALT, 2009)

Traitement des eaux usées : le traitement des eaux usées fait référence aux différentes

opérations réalisées afin de s’assurer qu’une eau polluée (par l'Homme ou les activités

industrielles) est sans risque pour l’environnement, lorsqu’on la rejette dans le milieu naturel.

Lagunage : c’est un procédé de traitement écologique des eaux usées, qui utilise un

matériel végétal - animal (plantes - micro-organismes). Il permet la réutilisation des différents

sous-produits obtenus (SENE, 2009).

Macrophytes flottants : Ce sont des hydrophytes qui ont leur racine immergée

superficiellement dans l’eau avec en particulier, un organe qui assure leur flottation

(KPONDJO, 2O11).

1.1.2 Généralités sur le lagunage à macrophytes flottants

1.1.2.1 Lagunage à macrophytes flottants

Plusieurs systèmes d'épuration collective des eaux usées ont déjà été testés ou sont en

cours d'expérimentation en Afrique de l'Ouest et du Centre. D’après KONE (2002), ces

systèmes d’épuration se sont montrés trop coûteux en frais d'investissement, d'exploitation et de

gestion et elles sont tributaires de pièces de rechange parfois indisponibles sur le marché local.



Au regard de ces différents constats, plusieurs chercheurs proposent une épuration par les

procédés écologiques qui utilisent un matériel végétal ou animal (plantes ou micro-

organismes). Ce procédé n’est rien d’autre que le lagunage qui, comparativement aux autres

procédés répond parfaitement aux conditions climatiques des zones tropicales, offre de

meilleurs rendements épuratoires (germes pathogènes, composés carbonés, azotés et

phosphorés) comparativement aux systèmes intensifs. Le mode de fonctionnement est simple,

une faible technicité est nécessaire pour la gestion et la maintenance, ce qui prend ainsi en

compte les réalités socio-économiques des Pays en développement (PED) (KENGNE

NOUMSI, 2000).

Pour un type particulier de lagunage, on utilise des plantes aquatiques pour le traitement

des pollutions. Il s’agit du lagunage à macrophytes flottants. Tout comme les autres procédés

de traitement des EUD, le lagunage à macrophytes flottants présente des spécificités en ce qui

concerne son fonctionnement qu’il est nécessaire de bien appréhender avant une possible

utilisation (AKOWANOU, 2012). Le lagunage à macrophytes (ou plantes aquatiques de grande

taille) est un procédé de traitement des eaux usées domestiques utilisant les propriétés

intrinsèques des plantes aquatiques pour le traitement des eaux usées ; les plantes jouant un rôle

prépondérant dans l’élimination des polluants (KENGNE NOUMSI, 2000).

Selon la classification de BRIX (1991), on distingue quatre catégories de lagunage :

lagunage à macrophytes flottants ;

lagunage à macrophytes émergents ;

lagunage à macrophytes entièrement immergés ;

systèmes combinés suivant que les plantes utilisées sont flottantes, émergentes,

entièrement immergées ou lorsque les différents types de plantes suscitées sont utilisées

en association sur le même site (KPONDJO, 2011).



Figure 1 : Différents types de lagunages à macrophytes

Source : BRIX (1991) cité par KPONDJO (2011)

1.1.2.2 Espèces flottantes fréquemment utilisées en lagunage

Le lagunage à macrophytes flottants utilise des plantes à un système racinaire flottant

librement, telles que E. crassipes, P.stratiotes, Salvinia sp., Ipomoea aquatica, Enydra

fluctuans, Hydrocotyle umbellata, L. minor (DIANER, 2003 cité par KPONDJO, 2011). Notre

étude se basera sur la lentille d’eau, la laitue d’eau, et la jacinthe d’eau. Chacune de ces espèces

a sa particularité.

a

d

c

b

Légende : a = macrophytes flottants ; b = macrophytes émergents (écoulement d’eau en surface) ;c =

c = macrophytes émergents (écoulement d’eau dans le sol) ; d = macrophytes immergés.



Présentation de la lentille d’eau

Règne : Végétal

Embranchement : Phanérogames

Sous-Embranchement : Angiospermes

Classe : Monocotylédone

Sous-Classe : Arecidae

Ordre : Arales

Famille : Araceae

Sous-Famille : Lemnoideae

Genre : Spirodela

Espèce : polyrhiza L

Les lentilles d'eau sont de petites plantes aquatiques flottantes rencontrées dans les

cours d’eau. Ce sont des plantes vertes avec une structure très simple. Leurs feuilles et leurs

tiges ne sont pas distinctes comme pour d'autres plantes vasculaires ; elles sont fusionnées pour

former ce que l’on appelle «frondes». En effet, le nombre de frondes par plante varie

respectivement de 1 à 3 et 1 à 4, pour les lentilles d’eau communes (Lemna) et les lentilles

d’eau géantes (Spirodela). La taille des frondes varie de 2 à 5 mm pour Lemna, de 4 à 10 mm

pour Spirodela.

Figure 2: Photo de lentille d'eau

(Spirodela polyrhiza L.)

Source : AFOUDA (2014)



Présentation de la laitue d’eau

Règne : Végétal





Ordre : Arales

Famille : Araceae

Genre : Pistia

Espèce : stratiotes L.

La laitue d’eau est une plante aquatique vivace, flottant à la surface de l'eau, pourvue

d'un réseau de fines racines, de 50 cm de long, pendant dans l'eau et développant de longs

stolons en surface. Elle ne comporte pas de tige. Elles sont vert clair, grisâtres dessous, de 5-15

(20) cm de long, finement pubescentes, parcourues par 5-13 nervures presque parallèles,

fortement marquées et donnant un aspect côtelé. Les poils forment de petits paniers enfermant

une bulle d'air, aidant à la flottaison. Les graines sont brun clair et cylindriques.

Présentation de la jacinthe d’eau

Règne : Végétal





Ordre : Liliale

Famille : Pontederiaceae

Figure 3 : Photo de laitue d'eau

(Pistia stratiotes L.)

Source : AKOWANOU (2012)

Figure 4 : Photo de jacinthe d'eau

(Eichhornia crassipes Mart Solms)





Genre : Eichhornia

Espèce : crassipes Mart. Solms-Laub.

C’est une hydrophyte flottante sans tige, atteignant 0,5 m de haut et produisant par

stolons de nombreux plants. Elle possède des racines fasciculées pouvant atteindre 3 m de long.

Les stolons sont spongieux, épais et poussent à la surface de l'eau. Ces feuilles sont en rosette,

simples et épaisses, largement ovales à rondes et atteignant 10 cm. Ces plantes peuvent se

développer énormément entre 0,5 et 1,2 m de haut en bas. Les longues racines fournissent un

support fixe pour les bactéries qui dégradent à leur tour les matières organiques dans l'eau

passant à proximité.

1.1.3 Performances épuratoires du lagunage à macrophytes flottants

Les paramètres de dimensionnement et les performances épuratoires en Afrique de

l’Ouest des lagunes à macrophytes flottants sont connus KENGNE NOUMSI (2000) ; KONE

(2002) ; EFFEBI (2009). Les macrophytes souvent utilisés sont : la jacinthe d’eau (Eichhornia

crassipes Mart. Solms-Laub), la laitue d’eau (Pistia stratiotes L.), la lentille d’eau (Lemna

minor L.) ainsi que le jonc et les roseaux (OUESLATI et al., 2000). L’utilisation de la jacinthe

d’eau permet un grand abattement de la DCO et de la DBO5 (AINA et al., 2012). La laitue

d’eau comme la jacinthe d’eau permet un bon abattement de la DCO, DBO5 et de l’azote.

Cependant, la laitue d’eau ne supporte pas les charges supérieures à 500 Kg DBO5/ ha/Jr

KONE (2002). La lentille d’eau, est très efficace en traitement tertiaire, pour l’élimination de

l’azote, du phosphore, mais aussi des germes pathogènes (CHENG et al., 2002 ;

PAPADOPOULOS et al., 2011). Le tableau 1 présente les résultats d’expériences effectuées

par quelques auteurs sur des stations de traitement en utilisant des macrophytes flottants.

Tableau 1: Synthèse de quelques travaux sur les performances épuratoires des macrophytes flottants

(AKOWANOU, 2012)

Macrophytes étudiés Références Conclusions effectuées

Jacinthe d’eau YI et al. (2009) DCO : 44%, Nt : 63% Pt : 75%

JIANBO et al. (2007) DCO : 64,44%, Nt : 21,78% Pt : 23,02%

ORTH et SAPKOTA

(1988)

Augmentation des performances de la station

de plus de 50% après introduction de la

jacinthe d’eau sur la STEP

Laitue d’eau KONE (2002) DCO : 75%, DBO5 : 85% ; Nt : 44-60%

NYA et al. (2002) ; DCO : 90%, DBO5 : 85% ; Pt : 60%



FONKOU et al. (2002)

KENGNE NOUMSI

(2000)

DCO : 91,6%, DBO5 : 87% ; Nt : 54% Pt :

55%

Lentille d’eau PAPADOPOULOS et al.

(2011)

99,65 ± 1,46% pour l’élimination d’E. coli.

CHENG et al. (2002) Taux de réduction de 2,1g/m2 pour l’azote, et

0,6 g/m2 pour le phosphore due à l’utilisation

de la laitue d’eau.

CAICEDO et al. (2002) Amélioration des performances de la lentille

d’eau due à l’utilisation d’un bassin anaérobie

en amont.

Légende : Nt= Azote total ; E coli= Escherichia coli ; Pt= Phosphore total; DCO = Demande Chimique

en Oxygène ; DBO5 = Demande Biochimique en Oxygène pendant 5 jours.

1.1.4 Limites du lagunage à macrophytes flottants : les inhibiteurs de croissance

Les macrophytes flottants ont des exigences pour leur reproduction, leur croissance et

leur répartition. La salinité, la température et les nutriments sont considérés comme des facteurs

qui gouvernent la croissance des jacinthes d’eau en zone estuaire (WILSON et al., 2001, cités

par Mama (2010). D’après KONE (2002), LASFAR (2004), SOOKNAH et WILKIE (2004) les

paramètres suivants : la température, la salinité, la photopériode, les nutriments, les faibles

concentrations en oxygène dissous, les fortes concentrations en CO2 dissous et en matières

organiques influencent fortement le développement des macrophytes et donc les performances

épuratoires des systèmes de lagunage à macrophytes flottants. Egalement, la présence des

Eléments Traces Métalliques (ETM) dans certaines proportions peut causer une inhibition de

leur croissance.

1.1.4.1 Température

La température joue un rôle important dans la croissance des macrophytes flottants.

Pour les basses ou fortes températures, les macrophytes ont du mal à se développer. D’après

LASFAR (2004), la croissance de L. minor est inhibée à des températures inférieures à 8°C ou

supérieures à 35°C. Le développement de la laitue d’eau est optimal à 18°C. D’après l’étude de

MAMA (2010) sur la jacinthe d’eau, les valeurs de la température minimale, optimale et

maximale de croissance, sont respectivement 8 °C, 30°C et 40°C. La jacinthe d'eau et la laitue

d'eau sont sensibles à la température. En effet, des températures glaciales de plus de 24 heures

peuvent entraîner la mort des plantes. Pour pallier ce problème, les plantes tolérantes au froid

peuvent être utilisées en polyculture avec ces plantes sensibles. Par exemple, d’après les



expériences de CLOUGH et al. (1987) cités par SOOKNAH et WILKIE (2004), l’espèce

l’hydrocotyle à Ombelle peut être un homologue efficace pour la jacinthe d'eau en période

d'hiver. HAUSLER et al. (2006) cités par SOOKNAH et WILKIE (2004) montrent une

sensibilité spécifique à chaque espèce. La température de développement de la jacinthe d’eau

est de 5 °C à 40 °C, tandis que celles de la laitue d’eau et de la lentille d’eau sont

respectivement de 5 °C à 34 °C et de 15 °C à 30 °C.

1.1.4.2 Eléments nutritifs

Les éléments nutritifs sont nécessaires au métabolisme des végétaux, organismes

autotrophes capables de transformer la matière minérale en matière organique. Si la croissance

des végétaux n’est pas limitée par un facteur du milieu (lumière par exemple), un

accroissement de la quantité de nutriments apportée dans le milieu pourra leur permettre de se

développer davantage (MAMA, 2010). En effet, la concentration en nutriments biodisponibles

(phosphore, azote) joue un rôle important dans le développement et la répartition des

macrophytes aquatiques (TREMOLIERES et BARRAT-SEGRETAIN, 2008).

La croissance accrue de Lemnaceae dans des concentrations de sels de 0,83‰ à 3,33‰

relativement élevées suggère que les niveaux de sodium, de chlorure, ou les deux, sont

nécessaires pour une production maximale puisque l'importance de ces éléments dans la

croissance des plantes est connue (HALLER, 1974). Lorsqu’on place différentes espèces de

plantes dans un milieu enrichi en sodium, certaines ne grandissent pas pendant que d’autres

augmentent légèrement en taille (EVANS et SORGER 1966 cités par HALLER, 1974).

1.1.4.3 Influence de la salinité

La salinité est l’un des facteurs principaux pouvant bloquer le développement des

macrophytes flottants sur les stations de traitements. L’influence de la salinité varie en fonction

de l’espèce étudiée (AKOWANOU, 2012).

En effet, d’après HALLER (1974), une concentration en sels de 1,66‰ est toxique

pour la jacinthe d’eau et la laitue d’eau, tandis qu’une concentration de 16,65‰ l’est pour la

lentille d’eau. L’étude réalisée par DE CASABIANCA et LAUGIER (1995) cités par

SOOKNAH et WILKIE (2004) sur l'effet de la salinité dans la croissance de la jacinthe d'eau a

montré que cette croissance a diminué de manière drastique avec une augmentation de la

salinité de 2,1 à 2,9 g/L ; la croissance de la jacinthe est stoppée à plus de 6 g/L de salinité et la

mortalité totale de la plante a eu lieu pour des salinités supérieures à 8 g/L (MAMA, 2010). Les



travaux de DOVONOU (2005) montraient que les eaux brutes traitées par le système de

lagunage à macrophytes flottants du collège Père Aupiais et celui du Centre de Traitement des

Ordures Ménagères (CTOM) au Bénin ont des valeurs de conductivité électrique comprises

entre 855 et 955 µS/cm avec des performances épuratoires encourageantes enregistrées

(KPONDJO, 2011). Après des études réalisées sur la jacinthe d’eau au niveau du lac Nokoué,

MAMA (2010) montre qu’une différence de comportement des jacinthes d’eau est observée sur

le lac Nokoué (climat tropical) par rapport aux cas étudiés par (WILSON et al., 2005) aux Etats

Unis d’Amérique (zone tempérée). De cette analyse comparative, l’auteur débouche sur une

conclusion selon laquelle, le seuil de salinité à partir duquel les jacinthes d’eau meurent est

minoré de 5‰.

La variabilité des conditions climatiques et des interactions dans les différents

écosystèmes d’un point à un autre du globe, ne permet pas d’avoir dans la littérature des limites

précises de tolérance à la salinité des espèces flottantes en étude (AKOWANOU, 2012). Se

référant aux études réalisées au Bénin sur la salinité, KPONDJO (2011) a retenu une gamme

dans laquelle on observe la dégénérescence des plantes. En effet, pour la laitue d’eau,

l’intervalle de tolérance des sels dissous dans le milieu est de 472 µS/cm à 1126 µS/cm. La

jacinthe d’eau par contre tolère jusqu’à 1635 µS/cm. Les études réalisées par AKOWANOU

(2012) et WENDEOU et al. (2013) confirment et se rapprochent de ceux de KPONDJO (2011),

parce qu’il a été constaté que : la jacinthe d’eau et la laitue d’eau sont soumises à un grand

stress dans des milieux de conductivités supérieures ou égales à 1200 µS/cm ; tandis que la

lentille d’eau résiste mieux à la salinité et se développe dans des milieux de conductivité

électrique allant jusqu’à 2000 µS/cm (AKOWANOU, 2012). D’après WENDEOU et al.

(2013), pour une utilisation optimale de la lentille d'eau lors du traitement des eaux usées, la

conductivité de l'eau doit être de préférence entre 600 µS/cm et 1400 µS/cm.

De toutes les recherches effectuées, plusieurs conclusions ont été tirées. Au nombre de

celles-ci, nous avons : la mesure de la conductivité électrique qui pourrait être un outil simple

de suivi de la croissance et des performances épuratoires de la jacinthe d’eau (SOOKNAH et

WILKIE, 2004). Des travaux de WENDEOU et al. (2013), il est constaté que le développement

des macrophytes en considérant les masses humides est inversement proportionnel à la salinité

du milieu, soit pour la gamme de conductivités électriques de 1200 à 3000 µS/cm.



1.1.5 Paramètres d’évaluation de la croissance des macrophytes flottants

La croissance de plantes en présence de substrat suit d’après une analogie avec

l’équation de Monod, une loi logarithmique. OCDE (2006) a mis au point une ligne directive

pour étudier l’inhibition de croissance des espèces de lentille d’eau en présence de substances

toxiques. Il a été donc employé pour l’évaluation du taux de croissance lors des essais. Aussi,

pour exprimer en pourcentages le comportement des plantes sous l’influence ou non de la

substance toxique à tester, plusieurs autres estimations sont possibles telles que : le pourcentage

d'inhibition du taux de croissance et le rendement de production. Le taux de croissance (taux de

croissance spécifique moyen) est l’accroissement logarithmique de la biomasse durant la

période des essais. Par contre, le rendement est une variable étudiée et calculée d'après les

changements de masses sèches et humides chez les témoins et dans chaque groupe traité,

jusqu'à la fin de l'essai (OCDE, 2006).

Sur les stations de traitement des eaux usées domestiques, l’utilisation des macrophytes

flottants permet d’améliorer les performances épuratoires obtenues. Les performances

épuratoires varient suivant les macrophytes flottants étudiés. Par ailleurs, les conditions

environnementales des bassins influencent le développement des macrophytes et donc leur

efficacité dans le prélèvement des formes de polluants.

Eu égard à tout ceci, la présente étude a pour ambition de cadrer les différentes

investigations passées et en cours, relatives à l’influence de salinité des eaux usées domestiques

dans un système de lagunage à macrophytes flottants. Ceci permet d’avoir des informations

soutenables afin de résoudre les dysfonctionnements liés à la salinité qui sont constatés dans les

systèmes à plantes flottantes.



1.2 PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL ET DU CADRE D’ETUDE

1.2.1 Statut du Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau

Le Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau (LSTE) est une unité de recherche

scientifique mise en place dans le cadre du projet NUFFIC/NPT 151. Il a été créé le 26 juillet

2010 et est dirigé depuis cette date par le Professeur Martin Pépin AINA (Maître de

Conférences des Universités CAMES). Installé au département de génie civil de l’Ecole

Polytechnique d’Abomey-Calavi, c’est un laboratoire à la fois pédagogique, de recherche, et

de prestation de service. Il accueille des étudiants de divers niveaux de formation (Licence

Professionnelle, Ingénieur, Master, DESS, DEA et doctorat) pour leur recherche de fin de

formation.

Les domaines de compétences du LSTE sont la mécanique des fluides et le génie des

procédés de traitements des eaux (usées et potables) et des déchets. A ce titre, il est une

référence scientifique en eau et assainissement dont les recherches actuelles sont axées sur :

les contaminants : l’identification et la caractérisation des sources, le transport et le devenir

dans les unités de traitement et dans l’environnement ;

la valorisation des déchets solides et des matériaux locaux ;

la modélisation des écoulements de surface et souterrain, et l’étude des réseaux

hydrauliques.

Ces axes sont relatifs à l’utilisation des matériaux locaux dans la conception des

procédés de traitement de l’eau comme l’argile pour réaliser les filtres en céramiques, les sons

de riz et les coques des noix de coco pour la fabrication du charbon actif ; l’insertion des

procédés d’oxydation avancée dans l’élimination des polluants comme le procédé

d’électrocoagulation ; aux mécanismes réactionnels dans les réacteurs, la valorisation des

plantes aquatiques dans le traitement des eaux usées et l’extraction du potentiel de cette

biomasse pour la production du biogaz et du biocarburant, le développement d’une stratégie

analytique pour l’étude de la contamination des produits piscicoles par les pesticides utilisés

en milieu cotonnier et le transport des contaminants issus des activités agricoles et des

décharges dans les sols et aquifères du bassin de l’Ouémé. Face à une gestion intégrée des

ressources en eau, le laboratoire s’intéresse également à la résolution numérique, analytique



et à l’étude expérimentale des écoulements de surface et souterrain, la modélisation des

inondations et l’optimisation de schémas d’aménagement pour l’assainissement et l’eau.

Par ailleurs, les services du laboratoire LSTE sont sollicités par plusieurs grandes

structures de la place notamment le Ministère de l’Environnement, la Société Nationale des

Eaux du Bénin (SONEB), la Direction Générale de l’eau (DG Eau), l’Eau et Assainissement

pour l’Afrique (EAA), le Centre National d’Essais et de Recherche des Travaux publics

(CNERTP), le Laboratoire d’Essais et de Recherches en Génie Civil (LERGC), etc…

1.2.2 Localisation du LSTE et organisation du LSTE

Le laboratoire des sciences et techniques de l’eau est situé sur le campus d’Abomey

Calavi au département génie civil de l’Ecole Polytechnique d’Abomey Calavi. La salle

principale de ce laboratoire est mitoyenne à celle mutualisée d’informatique du master CUD-

UAC au département de Production et Santé Animale (figure 5).

Le personnel permanent du LSTE est essentiellement composé du responsable

principal, le professeur Martin Pépin AINA, des enseignants chercheurs collaborateurs et

membres, d’une technicienne permanente, l’ingénieur Flora AGBOMENOU

ADJAHATODE, et de doctorants.



Figure 5: Situation géographique du Laboratoire des Sciences et Techniques de l'Eau sur le

Campus Universitaire d'Abomey-Calavi

CTPEA

MASTER

CUD-UAC

Garde-

Vélo

EPAC

En allant à

la FSA

Bâtiments de

cours de

l’EPAC-Annexe

LSTE

Département

PSA

CECURI

Avenue

des

Nîmes

Département

Génie-civil

Partie II : Matériel et méthodes


PARTIE II : MATERIEL ET METHODES

Afin d’atteindre les objectifs qui ont été fixés pour l’étude, les différents essais effectués

ont suivi les étapes suivantes :

‐ caractérisation des eaux usées qui ont servi de milieux de culture pour suivre la croissance des

macrophytes flottants et réalisation du dispositif expérimental.

‐ évaluation de la réactivité et de la croissance des macrophytes flottants dans les milieux de

cultures de différentes conductivités électriques.

1.1 MACROPHYTES FLOTTANTS ETUDIES ET MILIEUX DE CULTURE

1.1.1 Macrophytes flottants étudiés

Les macrophytes flottants qui ont été utilisés au cours de l’étude sont : la jacinthe d’eau,

la laitue d’eau et la lentille d’eau. Ces espèces ont été choisies parce qu’elles ont fait objet de

recherche depuis 2011 au LSTE, mais laissait toutefois un peu d’équivoque quant à leur

écoéthologie dans un biotope artificiel à savoir : les eaux usées domestiques. C’est d’ailleurs

pour y répondre que le projet dans lequel s’intègre ce présent travail a été rédigé. .

Les jacinthes d’eau et les laitues d’eau utilisées ont été collectées au niveau du collecteur

XX d’AGLA à Cotonou (dans le Sud du Bénin). Les lentilles d’eaux utilisées ont été récupérées

sur la station de traitement des déchets liquides se situant sur le Centre Technologique Pratique

pour l’Eau Potable et l’Assainissement (CTPEA) du Campus Universitaire d’Abomey-Calavi

(CUAC) au Bénin.

Etant donné que la réponse des macrophytes flottants peut dépendre du milieu dans lequel

ils ont été immédiatement prélevés pour les expériences, les macrophytes ont été tous maintenus

pendant quelques jours dans un même milieu de culture : les eaux usées domestiques.

1.1.2 Milieux de culture

Cinq différentes eaux usées domestiques (EUD) ont été utilisées et considérées dans ce

cas comme des milieux de culture. Ces milieux ont donc été obtenus en faisant le mélange ou la

dilution de différentes EUD provenant de fosses septiques et du milieu naturel. Le tableau 2

présente les différents milieux de culture (Témoin, M1, M2, M3, M4), leur répétitions (Témoin,

M1’, M2’, M3’, M4’), et leurs compositions. Pour la composition de ces milieux, des

prélèvements d’eaux ont été effectués au niveau du milieu naturel des macrophytes flottants, puis



au niveau des fosses septiques des résidences universitaires pour avoir différentes gammes de

conductivités électriques. Les informations relatives aux différents milieux de culture sont

résumées dans les tableaux 2. Il est aussi mis en annexes les coordonnées géographiques

permettant de localiser les différents points de prélèvement d’échantillons d’eaux de

l’écosystème et des fosses septiques et la collecte du matériel végétal. .

Tableau 2 : Milieux de culture

Milieux de culture Composition

Témoin Mélange de l’eau de l’écosystème de la jacinthe et de la laitue d’eau

M1 et M1’ Eaux usées de la fosse septique BIDA

M2 et M2’ Eaux usées de la fosse septique C perso

M3 et M3’ Mélange d’eaux usées de la fosse septique BID C et celle du BID D

M4 et M4’ Dilution d’eaux usées de la fosse septique MK2

1.1.3 Dispositif expérimental

Les essais ont été réalisés en mode batch pour les trois espèces avec les 30 bacs mis tous

en parallèle à raison de 10 bacs par espèce (duplicata effectué). En effet, les 10 bacs sont répartis

de la manière suivante :

- 1 bac×2 (2 bacs) correspondant à une eau de conductivité électrique connue ;

- 5 différentes valeurs de conductivité électrique représentées par le témoin (eau de

l’écosystème) et les quatre fosses septiques.

Deux catégories de bacs ont été utilisées, des bacs de contenance 1 L et 30 L. Les bacs de

contenance 1 L ont été utilisés pour la lentille d’eau à cause de leur petite taille et ceux de 30 L

pour la jacinthe d’eau et la laitue d’eau, parce qu’elles sont grandes morphologiquement. Les

caractéristiques de ces bacs sont inscrites dans le tableau 3 ci-dessous.



Tableau 3 : Caractéristiques des bacs utilisés

Nombres de bacs Longueur

(cm)

Largeur

(cm)

Hauteur

(cm)

Contenance

utilisée (L)

10 bacs de contenance 1L 17,5 12 8,5 0,5

20 bacs de contenance 30L 50 30 20 14

Les bacs ont été disposés de telle manière que pour chaque espèce présente dans un

milieu donné, qu’il y ait sa répétition juste à côté. La figure 4, présente les deux catégories de

bacs utilisés lors des essais.

Figure 6: Présentation des bacs utilisés

1.2 MESURES DES DIFFERENTS PARAMETRES ET ANALYSES DE DONNEES

1.2.1 Méthode de collecte

Les données ont été collectées au démarrage des essais, au cours et à la fin des essais de

la manière suivante :

Avant et à la fin des essais, des paramètres que sont : la température, le pH, le potentiel

redox (EH), la Conductivité Electrique (CE), le total des sels dissous(TDS), la turbidité (Turb),

la Demande Chimique en Oxygène (DCO), l’ammonium (NH4+), les orthophosphates (PO4

3-),

l’Azote Kjeldahl (NTK), ont été mesurés sur chaque eau usée domestique et eaux des

écosystèmes utilisées. De même, les masses humides et sèches des macrophytes flottants ont été

mesurées et déterminées afin d’évaluer leur croissance.



Les essais ont duré 12 jours, du 23 juin 2014 au 04 juillet 2014. Les paramètres

journaliers que sont : la température, le pH, l’EH, la CE, le TDS, la turbidité ont été mesurés

dans la matinée une fois par jour, au niveau de tous les bacs. En dehors de ces paramètres, le

nombre de pieds a été déterminé ainsi que l’effet de la salinité sur les variables telles que la

masse sèche; la masse humide.

1.2.2 Mesure des paramètres

Les paramètres que sont : la température, le pH, le EH, la CE, le TDS, la turbidité ont été

effectués in situ (sur le terrain). Les paramètres qui ont été mesurés au laboratoire sont les

suivants : l’ammonium (NH4+), l’Azote Kjeldahl (NTK), les orthophosphates (PO4

3-). Les

paramètres mesurés sont résumés dans le tableau ci- dessous.

Tableau 4 : Paramètres mesurés

Paramètres Matériel utilisé Précision Type de mesure

pH pH-mètre (pH 3110 SET 3 WTW) ± 0,01 In situ

EH pH-mètre (pH 3110 SET 3 WTW) ± 0,1 In situ

CE (µS/cm) Conductimètre (pH/EC/TDS waterproof

Family)

± 1 In situ

TDS (mg/l) Conductimètre (pH/EC/TDS waterproof

Family)

± 1 In situ

Température (°C) Conductimètre (pH/EC/TDS waterproof

Family)

± 0,1 In situ

Turbidité (NTU) Turbidimètre (Turbiquant 110 IR MERCK) ± 0,01 In situ

MH Balance de précision 1 mg Laboratoire

MS Etuve (VWR, Dry-Line 53 et balance de

précision)

1 mg Laboratoire

DCO Réacteur DCO (Méthode Volumétrique

norme NFT 90-101)

± 20 Laboratoire

NH4+ Spectrophotomètre (HACH, LANGE, DR

2800)

± 0,1 Laboratoire



NTK Distillateur et minéralisateur NTK (Dosage

après minéralisation selon la norme NF EN

ISO 13395)

± 1 Laboratoire

PO43-

Spectrophotomètre (HACH, LANGE, DR

2800)

± 0,1 Laboratoire

Légende, pH=Potentiel d’hydrogène, EH= Potentiel redox, CE=Conductivité électrique, TDS= total des sels dissous,

NH4+=Ammonium, PO4

3-= Orthophosphates, NTK=Azote Kjeldahl, DCO=Demande chimique en oxygène,

MH=Masse humide, MS=Masse sèche

Le paramètre qui a été calculé à la fin de l’expérience était, le taux de croissance

spécifique moyen dans chaque milieu utilisé pour les essais. Pour calculer ces paramètres, nous

avons assimilé la croissance des trois plantes à celle définie par OCDE (organisme de

normalisation pour les lentilles d’eau) (OCDE, 2006). :

Taux de croissance spécifique moyen (µ)

µ=

Avec :

µ, est le taux de croissance spécifique moyen du temps i au temps (j-1

)

Xi, est la masse sèche ou humide mesurée dans le bac témoin ou bac à EUD au temps i (g) ;

Xf, est la masse sèche ou humide mesurée dans le bac témoin ou bac à EUD au temps f (g) ;

t, est la période de temps comprise entre i et f (j).

1.2.3 Analyse de données

L’analyse et le traitement des données nous ont permis d’extraire les informations

exploitables pour l’évaluation des différents paramètres physico-chimiques et d’évaluation de la

croissance des macrophytes flottants étudiés. Les statistiques descriptives ont été effectuées à

partir du tableur Excel 2010 et ont concerné : la moyenne, l’écart type et le coefficient de

variation.

Moyenne arithmétique

La moyenne est une mesure caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle

exprime la grandeur qu'aurait chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques sans

changer la dimension globale de l'ensemble.



n

iix

nx

1

1

Avec :

: moyenne ;

: nombre de valeurs ;

: ième valeur.

Ecart type

L'écart type sert à mesurer la dispersion d'un ensemble de données. Plus il est faible, plus

les valeurs sont regroupées autour de la moyenne. Il se calcule suivant la formule :

2

1

)(1

1

n

i

i xxn

Avec :

écart type ;

nombre de variables ;

ième

variable.

: Moyenne

Coefficient de variation

Le coefficient de variation (en %) a permis de montrer le degré d’homogénéité des

mesures. Il a été obtenu par l’expression (CV = 100 σ /moy). Dans cette expression, σ est l’écart

type et moy, la moyenne arithmétique. D’après OSSEY et al. (2008) cités par AKOWANOU

(2012) si :

- CV < 2%, les mesures sont très homogènes ;

- 2% < CV < 30%, les mesures sont homogènes ;

- CV > 30%, les mesures sont hétérogènes.

Partie III : Résultats et discussion


PARTIE III: RESULTATS ET DISCUSSION

Il sera successivement abordé dans cette partie : la caractérisation prospective des

différents fosses septiques identifiées et écosystèmes, l’évolution des caractéristiques physico-

chimiques des milieux de culture au bout des 12 jours d’essais sur les macrophytes flottants et

enfin l’analyse de l’influence de la salinité réactivité de trois macrophytes flottants dans les

milieux de culture de différentes conductivités électriques.

1.1 CARACTERISATION DES MILIEUX DE CULTURE

Dans le but d’avoir une idée des constituants des différentes eaux prélevées, une

caractérisation a été faite. En dehors de la caractérisation présentée ci-dessous, une

caractérisation prospective avait été préalablement effectuée dans l’objectif de pouvoir choisir

les fosses, à utiliser pour les essais.

Tableau 5 : Caractéristiques des fosses septiques choisies

Témoin M1 M2 M3 M4

T (°C) 26,0 29,0 28,5 26,0 29,0

pH 6,78 6,66 6,05 6,62 7,64

EH (mV) 8,0 15,1 52,0 18,8 -43,8

RH (mV) 3,63 6,78 21,20 8,39 -22,55

CE (µS/cm) 629 1187 496 1162 3119

TDS (mg/L) 315 593 248 574 1559

Turbidité (NTU) 9,00 61,20 29,80 3,17 643,72

N-NH4+(mg/L) 0 6,5 1,4 1,6 82,77

PO43 (

mg/L) 1,5 31,2 4,8 5,3 53,4

NTK (mg/L) 0 74 0 11 245

DCO (mg O2/L) 55 164 55 73 219

Légende : T=Température, pH=Potentiel d’hydrogène, Eh= Potentiel redox, RH=Pouvoir oxydant, CE=

Conductivité Electrique, TDS=Total des sels dissous, NH4+=Ammonium, P-PO4

3-= Orthophosphates, NTK=Azote

Kjeldahl, DCO=Demande chimique en oxygène.

Les valeurs de la température obtenues pour chaque milieu sont supérieures à 20°C et

ainsi correspondent à l’optimum favorable au développement des microorganismes responsables

de la réduction de la pollution. La valeur du pH qui, même si n’appartenant pas à la gamme des



valeurs usuelles rencontrées dans les EUD (entre 7,5 et 8,5) selon REJSEK (2002) était propice

aux activités des microorganismes. Ces valeurs de pH répondent néanmoins aux normes de rejet

suivant la réglementation béninoise (pH compris entre 6 et 9).

Quant aux valeurs de la DCO et de NTK, elles répondent également aux normes de rejets

suivant la réglementation béninoise respectivement ( 125 mg O2/L) et 15 mg/L, dans les

milieux : témoin, M2, et M3. Les cinq milieux caractérisés étaient riches en éléments nutritifs

dont les plantes ont besoin pour bien s’accroitre et présentaient une très forte minéralisation en

référence à AÏNA (2010). En effet, les valeurs de la conductivité électrique (CE) étaient presque

toutes supérieures à 500 µS/cm.

Les valeurs du pouvoir oxydant (RH) nous montrent globalement que les milieux de

culture étaient anoxiques, très certainement favorables à l’oxydation des composés organiques ;

tandis que celles de la turbidité nous renseignent sur l’état trouble de l’effluent, de par la

présence des matières dissoutes et en suspension. En effet, un simple comparatif de ces valeurs

tendait déjà à sous catégoriser ces milieux, en montrant que le milieu 4 était plus turbide ; ce qui

probablement pourrait bien expliquer la valeur de sa DCO.

1.2 CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES MILIEUX DE CULTURE POUR LA

CROISSANCE DES MACROPHYTES FLOTTANTS ETUDIES : STATISTIQUES DESCRIPTIVES ET

EVOLUTIONS TEMPORELLES DES PARAMETRES MESURES IN SITU

Pour suivre l’évolution des conditions des bacs à lentille d’eau, à laitue d’eau et à jacinthe

d’eau quotidiennement, plusieurs paramètres physico-chimiques ont été mesurés à savoir : la

température, le potentiel redox, le potentiel d’hydrogène, la conductivité électrique, la turbidité

et le TDS. Ainsi, dans cette sous partie, il s’agira de présenter, pour tous les macrophytes

flottants étudiés en duplicata, quelques statistiques descriptives afférentes et l’évolution

temporelle de ces paramètres.

Les valeurs moyennes des paramètres physico-chimiques observées pour le duplicata

relatives à chaque espèce sont synthétisées dans les tableaux 6, 7 et 8.

1.2.1 Lentille d’eau

Le tableau 6 présente les valeurs moyennes des paramètres physico-chimiques observées

au niveau des bacs à lentille d’eau.



Tableau 6 : Caractéristiques physico-chimiques des bacs à lentille d’eau

Bassins Calculs

statistiques

pH T (°C) EH CE

(µS/cm)

Turbidité

(NTU)

Témoin Moyenne écart-

type

8,27

0,22

26,5

0,9

-86,78

17,87

1106

369

68,05

69,75

CV 2,68 3,2 -20,59 33 102,50

Min 7,81 24,6 -116,25 646 8,03

Max 8,67 28,3 -53,85 2240 273,93

M1 Moyenne écart-

type

7,85

0,32

26,5

1,0

-66,26

22,86

1358

347

15,29

7,61

CV 4,06 3,9 -34,51 26 49,77

Min 7,30 24,4 -141,2 1014 4,05

Max 8,21 28,5 -35,3 2365 44,55

M2 Moyenne écart-

type

6,67

0,66

26,5

1,0

-0,10

36,0

821,0

230

07,75

5,32

CV 9,95 3,7 -33,53 28 68,61

Min 5,77 24,3 -103,625 505 2, 06

Max 7,96 28 -68,75 1398 21,31

M3 Moyenne écart-

type

7,68

0,59

26,4

0,9

-41,81

35,72

970,0

264

10,66

8,99

CV 7,73 3,3 -85,42 27 84,34

Min 6,32 24,3 -127,525 644 1,87

Max 9,00 28,1 -44,45 1679 32,44

M4 Moyenne écart-

type

8,03

0,43

26,4

0,9

-73 ,226

21,88

4017

943

75,04

54,28

CV 5,30 3,2 -29,89 23 72,33

Min 7,49 24,4 -127,68 2921 22,13

Max 9,00 27,9 -46,7 6590 263,97

Légende: Min=Minimum; Max=Maximum, CV=Coefficient de variation, T°C=Température, ph=Potentiel

d’hydrogène, Eh= Potentiel redox, CE=Conductivité électrique, TDS=Sel total dissous

Les températures minimale et maximale obtenues à partir des moyennes du duplicata,

soient 24,3°C et 28,3 ont montré des variations raisonnablement basses qui restaient toujours

dans la marge optimale (20°C à 30°C) rapportée pour la croissance de la lentille d’eau (WEDGE

et BURRIS, 1982). Les plus grandes valeurs de CE et de turbidité ont été observées dans les bacs

à lentille d’eau ; cette augmentation pourrait s’expliquer par le phénomène d’évapotranspiration

d’après KPONDJO (2011).

Les évolutions temporelles de ces paramètres sont présentées à la figure 7 pour les bacs à

lentille d’eau.



Figure 7 : Profils temporels des différents paramètres physico-chimiques dans les bacs à lentille

d’eau

La température dans tous les bacs à lentille d’eau a varié de la même manière, en suivant

la même allure durant l’essai (figure 7). En effet, de 28°C dans tous les milieux, elle était passée

à 25°C à la fin des essais.

Durant tous les essais, les valeurs de pH fluctuaient ; le pH demeurait toujours alcalin

dans tous les milieux à l’exception du M2 qui était resté acide les neuf premiers jours de l’essai

avant de tendre vers l’alcalinité jusqu’à la fin des essais.

Du début jusqu’à la fin des essais, la conductivité électrique a connu une augmentation

progressive dans les bacs à lentille d’eau. Les valeurs maximales ont été enregistrées pour tous

les bacs les derniers jours des essais notamment, au douzième jour. Les essais réalisés

confirmaient cet état de choses puisqu’il a été constaté la diminution du volume de l’effluent

dans tous les bacs.

Dans la majorité des bacs à lentille d’eau, la turbidité a augmenté, sauf dans le milieu

témoin où il a été constaté une très grande augmentation ; en effet de 8,94 NTU, la turbidité était

passée à 277,93 NTU. Cette évolution était certainement due à celle de la conductivité électrique



(de 643 µS/cm au début à 2240 µS/cm à la fin) qui a causé la dégénérescence de quelques

frondes de lentille d’eau qui ont réagi à ce taux de salinité. En effet, les débris des lentilles d’eau

issus de la dégénérescence ont probablement favorisé cette turbidité de l’eau. Dans le milieu

témoin de 8,94 NTU, la turbidité passait de 277,92, ainsi que celle du M3, qui étaient 3,58 NTU

ait passée à 16,45NTU.

1.2.2 Laitue d’eau

Le tableau 7 présente les valeurs moyennes des paramètres physico-chimiques observées

au niveau des bacs à laitue d’eau.

Tableau 7 Caractéristiques physico-chimiques des bacs à laitue d’eau

Bassins Calculs

statistiques

pH T (°C) Eh CE

(µS/cm)

Turbidité

(NTU)


type

7,76

0,36

26,3

1,0

-62,60

15,62

783,0

67

10,47

5,76

CV 4,63 4,0 -24,95 9 49,27

Min 6,74 24,3 -88,4 678 3,68

Max 8,31 28,5 -32,05 905 27,53

M1 Moyenne écart-

type

7,47

0,17

26,2

1,1

39,06

8,51

970,0

264

19,04

17,48

CV 2,33 4,1 -21,80 27 91,79

Min 7,25 24,3 -86,5 644 2,80

Max 8,31 28,4 -28,8 1679 67,49

M2

Moyenne écart-

type

6,22

0,49

26,1

0,9

42,25

21,87

545,0

36

14,67

15,61

CV 7,91 3,6 51,77 7 106,46

Min 5,46 24,2 -4,675 487 1,39

Max 7,29 28,2 73,7 597 41,77

M3 Moyenne écart-

type

6,92

0,36

26,0

0,8

-10,17

17,37

647,0

7,0

2,75

01,73

CV 5,27 3,2 -170,78 1 62,84

Min 5,79 24,2 44,65 630 1,03

Max 7,60 28,2 36,035 657 8,67

M4 Moyenne écart-

type

7,74

0,06

26,0

0,8

29,43

1,27

4017

943

109,79

112,77

CV 0,82 3,2 -4,33 23 102,72



Min 7,66 24,2 -31,51 2921 10,36

Max 7,85 28,2 -25,53 6590 465,85

Légende: Min=Minimum; Max=Maximum, CV=Coefficient de variation, T=Température, pH=Potentiel

d’hydrogène, EH= Potentiel redox, CE=Conductivité électrique, TDS=total des sels dissous

Les températures minimales et maximales des milieux dans lesquels se trouvaient les

laitues d’eau ont respectivement varié de 24,2°C à 24,6°C et de 28,2°C à 28,5°C avec une

gamme globale des températures moyennes de l'eau de 26,2°C et 26,6°C. Les valeurs (moyenne,

minimale et maximale) du pH étaient comprises entre 6,22 et 7,85. La majorité des valeurs de la

conductivité était faible par rapport aux autres bacs à macrophytes flottants étudiés. Les valeurs

des turbidités ont subi de grandes fluctuations durant l’essai.


laitue d’eau.

Figure 8 Profils temporels des différents paramètres physico-chimiques dans les bacs à laitue d’eau

La température dans tous les bacs à laitue d’eau a varié de la même manière qu’au niveau

de la lentille d’eau à la seule différence que de 28,5°C au début, on était passé à 24,3°C à la fin

de l’essai.



Le pH du M2 est resté acide pendant tout l’essai, ainsi que celui de M3 à la seule

différence que cette acidité a été observée seulement les six premiers jours de l’essai. Le bac du

témoin, du M1, et du M4 par contre sont restés alcalin au cours de l’essai.

Les valeurs de la conductivité électrique (CE) au niveau des bacs à laitue d’eau

respectaient pour la plupart la gamme tolérable à la plante. En effet dans le bac témoin, les M1,

M2, M3, la CE variait de 487 µS/cm à 1125 µS/ cm ; ce qui n’était pas le cas pour le M4, parce

que les valeurs oscillaient entre 3002 µS/cm et 4377 µS/cm. Cette forte salinité a eu pour effet :

l’inhibition de la croissance et la disparition totale des pieds de laitues d’eau dès le deuxième

jour des essais. En ce qui concerne l’évolution de ces paramètres, il a été observé au niveau du

bac témoin et celui du M2 une augmentation de la conductivité électrique tandis qu’au niveau du

M1 et du M4 une diminution. Le M3 par contre variait entre 630 µS/cm et 657 µS/cm. En

conséquence, on pourrait dire que pour des valeurs inférieures à 1125 µS/cm, la CE augmentait

pendant que pour des valeurs supérieures, elle a tendance à diminuer. Les essais de KPONDJO

(2014) sur l’évaluation du bilan de masses des composés carbonés, azotés et phosphorés ont

aussi donné des résultats de diminution des valeurs de CE mais pour des CE supérieures ou

égales à 836 µS/cm. Cette explication trouverait assurément toute sa logique si on l’associait

aussi aux résultats obtenus pour les taux de croissance des plantes.

La turbidité a augmenté dans tous les milieux, sauf dans le M4.et cette augmentation de la

turbidité était due aux pieds morts de la laitue d’eau restés dans l’eau.

1.2.3 Jacinthe d’eau

Le tableau 8 présente les valeurs moyennes observées au niveau des bacs à jacinthe

d’eau.

Les températures des milieux dans lesquels se trouvaient les jacinthes d’eau, variaient

respectivement entre 23,9°C et 28,6°C. Les valeurs (moyenne, minimale et maximale) du pH

étaient comprises entre 6,22 et 7,85. Les valeurs des conductivités étaient dans la gamme

tolérable par la jacinthe d’eau soit 1200 µS/cm ; ce qui confirmait les travaux de KPONDJO

(2011) et AKOWANOU (2012) dans la plupart des milieux sauf le milieu M4 qui a pour valeur

maximale 4067 µS/cm et pour valeur minimale 2769 µS/cm. Les valeurs des turbidités ont

également varié comme dans les autres bacs à macrophytes flottants préalablement présentés.



Tableau 8 : Caractéristiques physico-chimiques des bacs à jacinthe d’eau

Bassins Calculs

statistiques

pH T (°C) EH CE

(µS/cm)

Turbidité

(NTU)


type

7,86

0,36

26,3

1,1

-63,41

22,16

708,0

37,0

5,14

00,88

CV 4,58 4,2 -34,94 5 17,21

Min 7,29 24,0 -101,95 644 3,42

Max 8,43 28,6 -23,3 777 6,70

M1 Moyenne écart-

type

7,30

0,12

26,5

1,0

-27,92

8,93

1358

347

15,29

7,61

CV 4,06 3,9 -32,53 26 49,77

Min 7,30 24,4 -61,05 1014 4,05

Max 8,21 28,5 23,56 2365 44,55

M2 Moyenne écart-

type

6,74

0,34

26,2

1,0

2,41

21,63

1035

39,0

03,15

0,74

CV 5 3,8 89,59 4 23,50

Min 6,36 23,9 -74 962 1,35

Max 7,95 28,2 29,05 1114 5,07

M3 Moyenne écart-

type

6,89

0,27

26,1

0,9

-5,7

15,08

641,0

06,0

02,84

1,75

CV 3,96 3,6 -264,693 1 61,66

Min 6,52 23,9 -49,775 630 1,04

Max 7,69 28,2 19,75 653 6,86

M4 Moyenne écart-

type

7,69

0,06

26,2

1,0

-49,01

8,57

3252

353

79,41

102,22

CV 0,75 3,6 -1749 11 128,73

Min 7,62 23,9 -55,85 2769 8,07

Max 7,79 28,2 1,35 4067 479,83

Légende: Min=Minimum; Max=Maximum, CV=Coefficient de variation, T°C=Température, ph=Potentiel

d’hydrogène, EH= Potentiel redox, CE=Conductivité électrique, TDS=total des sels dissous


jacinthe d’eau.



Figure 9 : Profils temporels des différents paramètres physico-chimiques dans les bacs à jacinthe

d’eau

La température lors de l’essai variait de 27,5° C à 23,9° C dans les milieux M1, M2, M3,

M4, et de 26° C à 24° C dans le milieu témoin.

Les pH des milieux M1, M4 et le témoin étaient restés alcalins durant les essais, tandis

que celui du milieu M2 était resté acide. Une variation du milieu M3 a été constatée.

Les conductivités électriques dans les milieux : témoin, M2, M3 ont augmenté

légèrement pendant les essais ; par contre une diminution de la conductivité électrique a été

observée dans les milieux M1 et M4.

Les valeurs de la turbidité des bacs à jacinthe nous montrent que l’effluent à été clarifié

par rapport à l’effluent du début. La turbidité a diminué dans les bacs Témoin, M1, M2, M4. En

effet, la turbidité était au début de 54,65 NTU, 3,87 NTU, 479,82 NTU respectivement dans les

milieux M1, M2, M4, et à la fin était passée à 7,83 NTU, 1,66 NTU, 16,37 NTU respectivement

dans les milieux M1, M2 et M4. Mais dans le M3 la turbidité a augmenté de 1,50 NTU au début

des essais à 3,45 NTU à la fin des essais.




DIFFERENTES CONDUCTIVITES ELECTRIQUE : EVALUATION DE L’EFFET DE LA SALINITE

SUR LEUR CROISSANCE ET LEURS PERFORMANCES EPURATOIRES

1.3.1 Evaluation de l’effet de la salinité sur la croissance des macrophytes flottants

1.3.1.1 Estimation des masses humides et sèches

Les masses obtenues à la fin des essais dans la majorité des bacs à lentille d’eau, à laitue

d’eau et à jacinthe d’eau ont augmenté. Les valeurs des différentes masses humides et sèches

nous montrent qu’il aurait pu y avoir probablement de proportionnalité. En effet, lorsque la

masse humide augmentait, la masse sèche aussi fluctuait. Le tableau 9 ci-dessous présente les

valeurs initiales et finales des masses humides et sèches.

Tableau 9 : Masses humides et sèches des trois macrophytes flottants au début et à la fin des essais

Milieux

de culture

LMHI

(g)

LMHF

(g)

LMSI

(g)

LMSF

(g)

LA MHI

(g)

LA

MHF (g)

LA MSI

(g)

LA MSF

(g)

JMHI

(g)

JMHF

(g)

JMSI

(g)

JMSF

(g)

M2 0,500 1,169 0,142 0,336 40,633 101,930 2,390 5,368 78,450 86,340 3,640 15,785

M3 0,500 3,906 0,142 0,479 68,562 105,070 2,320 7,767 113,000 166,340 3,640 11,199

Témoin 0,500 3,259 0,142 0,439 42,467 46,866 2,570 2,568 83,000 157,570 2,670 9,233

M1 0,500 3,312 0,142 0,522 46,660 62,674 2,460 4,299 135,000 105,340 4,340 8,089

M4 0,500 0,468 0,142 0,374 52,102 53,400 2,260 4,048 52,102 53,400 2,520 2,966

M2' 0,500 2,657 0,142 0,344 63,135 122,039 2,200 9,253 131,000 170,340 4,220 15,462

M3' 0,500 4,766 0,142 0,574 60,473 116,509 2,110 6,281 208,000 232,340 6,700 13,210

Témoin' 0,500 2,420 0,142 0,432 32,830 39,948 1,990 1,689 116,000 137,490 3,730 7,771

M1' 0,500 3,278 0,142 0,485 41,731 54,001 2,340 0,287 190,000 156,760 6,120 9,861

M4' 0,500 2,008 0,142 0,393 41,836 42,770 2,030 0,506 204,560 88,340 6,590 3,767

Légende LMHI= Masse humide de la lentille, LA MHI,=Masse humide de la laitue d’eau, JMHI=Masse humide de

la jacinthe d’eau, LMSI= Masse sèche de la lentille, LA MSI,=Masse Sèche de la laitue d’eau, JMSI=Masse sèche

de la jacinthe d’eau



1.3.1.2 Taux de croissance des macrophytes étudiés

Cette sous partie présente les résultats obtenus sur les taux de croissance de la lentille

d’eau, de la laitue d’eau et de la jacinthe d’eau en fonction des différentes conductivités

électriques.

Lentille d’eau

L’interprétation du taux de croissance de la lentille d’eau a été faite à l’aide du tableau 10

et la figure 10.

Le tableau 10 présente la conductivité électrique et le taux de croissance des masses

sèches et humides de la lentille d’eau.

Tableau 10: Présentation des conductivités électriques et des taux de croissance des masses humides

et sèches des lentilles d’eau

Légende CE=Conductivité électrique, µ MH=Taux de croissance de la masse humide, µ MS=Taux de croissance de

la masse sèche ; -= non renseigné.

La figure 10 ci-dessous présente l’allure du taux de croissance des masses humides et

sèches de la lentille d’eau en fonction de la conductivité électrique des EUD des bacs.

Milieux CE (µS/cm) µSMH (j-1

) µMS (j-1

)

M2' 805 0,1518 0,0807

M2 837 - 0,0807

M3' 926 0,1964 0,1276

M3 1017 0,1869 0,1120

T' 1114 - 0,1020

T 1118 0,1704 0,1041

M1' 1332 0,1709 0,1139

M1 1381 0,1719 0,1193

M4 3939 -0,0060 0,0893

M4' 4106 - 0,0938

Figure 10 : Evolution du taux de croissance des masses humides et sèches de la lentille

d’eau en fonction de la conductivité électrique des EUD des bacs



Pour les valeurs des masses humides de la lentille d’eau qui n’ont pas été affecté par les

des erreurs de lecture, le taux de croissance a pour valeur maximale 0,1964 j-1

à une conductivité

électrique de 926 µS/cm et pour valeur minimale -0,0060 j-1

à 3939 µS/cm.

A titre comparatif, le taux de croissance de la masse humide de Spirodela polyrhiza L. à

926 µS/cm était supérieur à celui maximal obtenu par WENDEOU et al. (2013). En effet, selon

les auteurs, le taux de croissance maximal était de 0,176 j-1

à une CE de 1200 µS/cm ; ce qui

restait semblable à ce que nous avons obtenu à une conductivité électrique se retrouvant presque

dans la même gamme, soit 1118 µS/cm (0,170 j-1

). Les masses de la lentille d’eau prises pour le

compte de chaque bac étaient uniformes et de 0.5 g.

WENDEOU et al. (2013) montraient qu’à une CE de 1400 µS/cm, le taux de croissance

de la plante (0,141 j-1

) semblait être la limite de tolérance à partir de laquelle, la croissance de S.

polyrhiza pouvait progressivement connaitre une inhibition. Nos résultats montraient que

l’inhibition était constatée pour des valeurs de CE supérieures à 1381 µS/cm.

De plus, en se référant à l’évolution variable des CE, soit que l’on se retrouve en dessous

ou en dessus de 1125 µS/cm, l’allure des résultats de taux de croissance obtenus sur les masses

humides corrobore celle constatée par WENDEOU et al. (2013). D’après les auteurs, le taux de

croissance des masses humides est inversement proportionnel à la conductivité électrique pour

des CE comprises entre 1400 et 3000 µS/cm voire plus (1400 ≤ CE ≥ 3000 µS/cm).

Les valeurs du taux de croissance des masses sèches dans les bacs dupliqués par milieu

(écosystème ou EUD) se rapprochaient. En effet, dans les M2 et M2’, les taux de croissance

étaient de 0,0807 j-1

. Par contre, lorsqu’on tentait de comparer les taux de croissance calculés sur

masses humides et sèches, on remarquait une disparité au niveau de l’évolution du taux de

croissances des masses humides ; ce qui pourrait poser une question fondamentale de la méthode

gravimétrique utilisée. Les résultats montrent clairement qu’il est plus indiqué pour une

exploitation rigoureuse des données relatives à la production de la biomasse macrophytique, de

se référer aux masses sèches qui donnent des valeurs constantes et donc non variables

(KPONDJO, 2014).

L’allure des courbes du taux de croissance des masses humides et sèches des lentilles

d’eau semblaient suivre une tendance logarithmique en présence d’inhibiteurs de croissance

(faibles ou fortes valeurs de CE). Etant donnée que, l’objet de notre étude ne se limite qu’à



évaluer de façon pratique l’effet de la salinité sur la croissance des trois plantes flottantes, un

diagnostic plus en détails ne pourrait se faire.

Les taux de croissance des masses sèches confirmaient aussi l’assertion de WENDEHOU

et al. (2013) précédemment abordée sur la croissance des lentilles d’eau qui était inversement

proportionnelle à la CE des eaux ayant des valeurs supérieures à 1381 µS/cm.

Laitue d’eau

La figure 11 ci-dessous présente l’allure du taux de croissance des masses sèche de la

lentille d’eau en fonction de la conductivité.

Figure 11 : Evolution du taux de croissance des masses sèches de la laitue d’eau en fonction de la

conductivité électrique des EUD des bacs

Il a été observé au niveau des bacs à laitue d’eau, des taux de croissance des masses

sèches, des valeurs de 0,0736 j-1

à 545 µS/cm ; 0,0992 j-1

à 642 µS/cm, 0,1098 j 1

à 652 µS/cm,

0,0507 j-1

à 1034 µS/cm et -0,1263 j-1

à 3525 µS/cm. La valeur maximale du taux de croissance

des masses sèches de la laitue d’eau a donc été enregistrée à une CE de 652 µS/cm, soit une

valeur de 0,1098 j-1

; pendant que sa valeur minimale et limitante supérieure l’a été à 3525

µS/cm, soit avec une valeur de -0,1263 j-1

. L’inhibition de la croissance de la laitue d’eau lors

des essais a progressivement été remarquée pour une CE supérieure à 1034 µS/cm.

Dans le milieu M3 de masse humide initiale 68,45 g et de masse humide finale 105,070 g,

le taux de croissance 0,038 J-1

était supérieur à celui trouvé par SOOKNAH ET WILKIE (2004)

qui était de 0,011 j-1

avec une masse humide de 90 g au début et de 120 g à la fin.

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

545 642 652 1034 3525µ M

S (

j-1

)

CE (µS/cm)



Jacinthe d'eau

L’interprétation du taux de croissance de la Jacinthe d’eau a été faite à l’aide du tableau 9

et de la figure 12. Le tableau 9 présente la conductivité électrique et le taux de croissance des

masses sèches et humides de la jacinthe d’eau.

Tableau 11 : Présentation des conductivités électriques et des taux de croissance des masses humides

et masses sèches de la jacinthe d’eau

Milieux CE (µS/cm) µMH (j-1

) µMS (j-1

)

M2'

M2

545 0,0239 --

562 0,0087 -

M3

M3'

632 0,0351 -

642 - -

T

T'

698 0,0580 0,1128

708 0,0150 0,0667

M1

M1'

1031 -0,0226 0,0566

1040 - 0,0434

M4

M4'

3200 - 0,0148

3303 -0,0763 -0,0508

Légende CE=Conductivité électrique, µ MH=Taux de croissance de la masse humide, µ MS=Taux de croissance de

la masse sèche ; - = non renseigné.

Figure 12 : Evolution du taux de croissance des masses humides et sèches de la jacinthe d’eau en

fonction de la conductivité électrique des EUD des bacs

Le taux de croissance de la masse humide de la jacinthe d’eau a eu pour maximum

0,0580 j-1

à 698 µS/cm pour minimum -0,0763 j-1

à 3303 µS/cm, tandis-que celui de la masse

sèche avait pour maximum 0,1334 j-1

à 562 µS/cm et pour minimum -0,0508 j-1

à 3303 µS/cm.



Il a été trouvé pour une masse humide initiale de 113 g et une masse finale de 166,40 g

une valeur du taux de croissance de 0,0351 j-1mais pour une masse humide initiale de 83 g et

une masse finale de 157,570 g, nous avions obtenu comme valeur du taux de croissance de

0,0580 j-1 dans le milieu témoin. Ces taux de croissance sont inférieurs à ceux présenté par

SOOKNAH WILKIE au terme de leurs expériences. En effet, pour une masse humide initiale de

283 g et de masse finale 1050 g et pour une masse humide initiale de 292 g, et de masse final de

1900 g, SOOKNAH et WILKIE (2004) ont trouvé respectivement des taux de croissance de

0,087 j-1

et 0,178 J-1

.

Les taux de croissance sur les masses sèches présentés à la figure 12 b concernaient juste

les conductivités électriques supérieures ou égales à 708 µS/cm. La courbe obtenue s’assimilait

bien à une décroissance qui probablement a pour significativité l’inhibition progressive des

masses sèches de la jacinthe d’eau au fur et à mesure que la CE augmente.

Les courbes du taux de croissance des masses humides et sèches en fonction de la

conductivité électrique montre que la croissance des jacinthes d’eau subit une réelle inhibition à

partir de 1031 µS/cm.

1.3.2 Performances épuratoires de la laitue d’eau et de la jacinthe d’eau

Cette sous partie présente les rendements épuratoires des composés azotés et phosphorés

étudiés dans les bacs à laitue d’eau et à jacinthe d’eau. Les données sur les lentilles d’eau n’ont

pas pu être collectées. Les composés étudiés étaient : l’azote Kjeldahl (NTK), l’ammonium

(NH4+) et les orthophosphates (PO4

3-).

1.3.2.1 Laitue d’eau

La figure 13 présente les rendements des composés azotés et phosphorés des bacs à laitue

d’eau, en mettant en exergue le duplicata.

Les rendements au niveau des bacs répétés à laitue d’eau étaient similaires. Pour la figure

13 (a), l’abattement des orthophosphates était de 66,66%, 27,54%, 91,25%, 89,81%, et 0%

respectivement dans le milieu témoin, M1, M2, M3, M4. De façon similaire pour la figure 13 b

on a respectivement pour les T’ (témoins), M1’, M2’, M3’, M4’ 53,33%, 17,69%, 94,16%,

89,05%, et -32,58% ; tout ceci montrait qu’il y a eu un abattement négatif du phosphore dans le

M4.



Légende : PO43-

= Orthophosphates ; NH4+ = ammonium ; NTK = Azote Kjeldahl, a= bacs non répétés ; b= bacs

répétés.

Figure 13 : Rendements épuratoires de la laitue d’eau relatifs aux composés azotés et phosphorés

durant les essais

Un enlèvement de l’azote Kjeldahl a été observé dans la majorité des bacs à laitue dans

une gamme de 87,27% à 100%. La laitue d’eau ne s’était pas seulement arrêtée à l’élimination

de l’azote Kjeldahl ; en effet, des abattements de phosphore et d’ammonium ont été remarqués

dans la majorité des bacs. Dans le M2’, l’élimination des orthophosphates était de 94,16 %.

1.3.2.2 Jacinthe d’eau

La figure 14 présente les rendements des composés azotés et phosphoré pour les bacs à

jacinthe d’eau, en mettant en exergue la duplication effectuée.

Légende : PO43-

= Orthophosphates, NH4+ = ammonium, NTK= Azote Kjeldahl, a=bacs non répétés, b= bacs répétés.

Figure 14 : Rendements épuratoires de la jacinthe d’eau relatifs aux composés azotés et phosphorés

durant les essais



Majoritairement, les valeurs des abattements des orthophosphates montrent réellement

qu’il y a un enlèvement du phosphore dans tous les milieux, à l’exception du M4’ dont

l’abattement était négatif. Il y a un très grand abattement du NTK dans les bacs à jacinthe d’eau.

En effet la valeur minimale d’abattement du NTK est de 95,08% et la valeur maximale est 100%.

La jacinthe d’eau a permis un enlèvement considérable des milieux de l’ammonium avec un

abattement de 57,81%, 78,57%, 81,25% respectivement dans les milieux M1’, M2’ et M3’

(Figure 14 b).

Une comparaison des rendements épuratoires des deux plantes : laitue d’eau et jacinthe

d’eau montre que dans le T’ (témoin-bac répété), le pourcentage des orthophosphates était de 98

% dans le bac à jacinthe d’eau et 66,66 % dans le bac à laitue d’eau. Egalement, dans le milieu

M3, l’enlèvement de l’ammonium était de 75% dans le bac à jacinthe d’eau et 56,25% dans le

bac à laitue d’eau.

Au vu de ces résultats de performances épuratoires présentés ci-dessus, il est à signaler

que la jacinthe d’eau tendait à être plus efficace que la laitue et cette valeur intrinsèque pouvait

diminuer en fonction des valeurs croissantes de CE.

Conclusion et perspectives


CONCLUSION ET PERSPECTIVES

Les essais réalisés au Laboratoire des Sciences et Techniques de l’eau et plus précisément

au Centre Technologique Pratique pour l’Eau Potable et l’Assainissement (CTPEA) ont pour

substance l’étude de l’effet de la salinité des eaux usées domestiques sur la croissance et

l’efficacité épuratoire de trois macrophytes flottants : Eichornia crassipes Mart Solms, Pistia

stratiotes L., et Spirodela polyrhiza L.

Les eaux usées domestiques utilisées pour les essais respectent globalement les normes

de traitement des eaux usées avec des valeurs de pH comprises entre 6 et 9 pour l’activation des

métabolismes. Les valeurs de rH tendent aussi à le confirmer.

Les évolutions temporelles des paramètres physico-chimiques mesurés in situ montrent

que pour des conductivités électriques (CE) inférieures à 1125 µS/cm, pour les bacs

correspondants, les valeurs de CE augmentent sur les 12 jours d’essais mais inversement pour

des CE supérieures à 1125 µS/cm.

Au terme de l’évaluation de la croissance des macrophytes flottants étudiés sous

l’influence de différentes variantes de la conductivité électrique (ou de façon simplifiée la

salinité), il est à noter que :

- l’inhibition du développement de la lentille d’eau commence à partir d’une CE supérieure à

1381 µS/cm pour un taux de croissance de la masse sèche de 0,1193 j-1

; toutefois, pour des

CE inférieures à 1381 µS/cm, ce taux est proportionnel à la valeur de CE impliquée. Ainsi,

nous obtenons les taux de croissance maximale à la fois sur les masses sèches et humides à

une conductivité électrique de 926 µS/cm, soient respectivement dans l’ordre précédemment

évoqué 0,1276 j-1

et 0,1964 j-1

;

- la laitue d’eau et la jacinthe d’eau par contre croissent avantageusement à une conductivité

électrique inférieure à 1030 µS/cm environ (1034 µS/cm pour laitue d’eau et 1031 µS/cm

pour jacinthe d’eau). Pour la jacinthe d’eau, le taux de croissance maximal sur les masses

sèches est de 0,1128 j-1

à une CE de 698 µS/cm.

Les performances épuratoires des macrophytes flottants étudiés en fonction de la

conductivité électrique des eaux usées domestiques montrent que :

- la valeur intrinsèque caractéristique de chaque espèce est dépendante des conditions physico-

chimiques des effluents. Il ressort que la jacinthe d’eau est la meilleure plante pour

Conclusion et perspectives


l’élimination de quelques formes azotées et phosphorées (ammonium, orthophosphates).

Toutefois lorsque la CE tend à dépasser 1030 µS/cm, on constate que les rendements

diminuent.

Les essais effectués et les résultats obtenus demeurent partiels en ce sens que toutes les

activités prévues n’ont pas pu être réalisées du fait de plusieurs contraintes techniques sur le

terrain. Des études complémentaires sont à cet effet réalisées dans un autre environnement

(Belgique). Toutefois, pour un approfondissement des essais au Bénin, il est opportun de

poursuivre les investigations de manière à aborder des questions liées à :

- l’influence des nutriments de différentes teneurs contenues dans les eaux usées domestiques

sur la croissance et la réactivité des trois macrophytes flottants étudiés ;

- la réalisation d’une carte conceptuelle des scénarii comportementaux des trois plantes utilisées

dans un système de lagunage à macrophytes flottants déjà proposé comme une écotechnologie

décentralisatrice dans quelques communes du Bénin.

Références bibliographiques


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Annexes


ANNEXES

A1 Coordonnées des différents points de prélèvements

Lieux Coordonnées géographique Prélèvements effectués

Latitude Longitude

Lac Nokoué 6°23' 35.2"

2° 21' 21.5" Lemna minor

STEP 6°24' 50.0"

2° 20' 18.2" Spirodela polyrhiza

Collecteur XX d’Agla 6°22' 49.7"

2° 21' 51.0" Eichhornia crassipes

Collecteur XX d’Agla 6°22' 58.8"

2° 21' 33.1" Pistia stratiotes

BID A 6° 24' 46.4" 2° 20' 38.9" Eaux usées, des fosses

septiques, des différents

bâtiments

sBID C 6° 24' 42.1" 2° 20' 38.8"

BID D 6° 24' 40.6" 2° 20' 37.8"

BID E 6° 24' 38.4" 2° 20' 36.3"

BID F 6° 24' 37.3" 2° 20' 36.4"

GC/ EPAC 6 °24' 47.4" 2° 20' 21.0"

MK2 6°24' 43.3" 2° 20' 31.6"

C perso 6° 24' 45.0" 2° 20' 34.7"

D PIP 6° 24' 40.3" 2° 20' 32.2"

Annexes


A2: Rendements des composés azotés et phosphoré de la laitue d’eau

NTK NH4+ PO43-

Témoin 0 0 66,66

Bassin à Laitue d'eau M1 100 63,07 27,54

M2 0 64,28 91,25

M3 100 56,25 89,81

M4 100 96,37 0

Témoin' 0 0 53,33

M1' 100 49,23 17,69

M2' 0 56,25 94,16

M3' 87,27 56,25 89,05

M4' 95,43 95,77 -32,58

A3: Rendements des composés azotés et phosphoré de la jacinthe d’eau

NTK NH4+ PO43-

Bassin à Jacinthe

d'eau

Témoin 0 0 98

M1 95,08 79,68 47,69

M2 0 64,28 93,75

M3 100 75 97,16

M4 97,25 99,63 -0,0024

Témoin' 0 0 98

M1' 100 57,81 46,15

M2' 0 78,57 98,75

M3' 100 81,25 98,3

M4' 100 99,39 -105,84

Annexes


A4: Caractérisation prospective de quelques fosses septiques des résidences

Universitaires d’Abomey- Calavi

Paramètres ph EH CE TD

S

T

(°C)

Turbi

dité

NH

4+

PO4

3-

NTK DCO

Eco Jacinthe 5,72 69,

2

297 149 27 5,94

Eco Lai 6,89 0,6 868 434 20,9 66,83

Eco Ja Lai 6,78 7,9

5

629 315 26 9 0 1,5 511 39,0

4

Eco Lent 6,99 6,9 836 418 17,9 43,66

BID A 6,66 15,

1

1187 593 29 161,2 6,5 31,2 273,89

6

292,

8

C Perso 6,05 52 496 248 28,5 29,8 1,4 4,8 0 175,

68

BID C 6,5 24,

5

634 317 28,9 161,4 8 136,

64

BID D 6,56 21,

4

602 301 28,6 159,3 5 518,

4

D PIP 6,78 5,9 947 471 17,5 49,16 14 - 71,2

BID C-D 6,62 18,

8

1162 574 26 3,17 1,6 5,3 214,62 39,0

4

BID E 6,68 11,

6

961 482 20,7 371,1 46 - 3204

BID F 6,48 23,

6

521 261 20,1 331,1 5 - 747,

6

GC/EPAC 6,32 35,

6

554 276 28,4 7,05

MK2 7,64 -

43,

8

3118,6 155

9,3

29 643,7

15

82,7

7

53,4 245,88

4

263,

52

C perso 6,4 28,

6

544 271 15,3 88,15 4,5 - 498,

4

D PIP 6,78 5,9 947 471 17,5 49,16 14 - 71,2

Annexes


A5: Récolte des lentilles d’eau des milieux

de culture à la fin de l’essai

A6 : Récolte de la jacinthe d’eau

des milieux de culture à la fin de

A7 : Récolte de la laitue d’eau des

milieux de culture à la fin de l’essai

(

A8 : Pesé de 0, 5g de lentille d’eau A9 : Détermination de de la masse

sèche de 0,5 g de lentille d’eau

Table des matières


Table des matières

DÉDICACE ....................................................................................................................................... I

REMERCIEMENTS........................................................................................................................... II

RÉSUMÉ ....................................................................................................................................... IV

ABSTRACT .................................................................................................................................... V

SOMMAIRE ................................................................................................................................... VI

LISTE DES FIGURES ................................................................................................................... VIII

ABRÉVIATIONS ET SIGLES ........................................................................................................... IX

INTRODUCTION .............................................................................................................................. 1

PARTIE I: ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE ET CADRE INSTITUTIONNEL DU STAGE ........................... 3

1.1 ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE ....................................................................................................... 3

1.1.1 Clarifications conceptuelles ....................................................................... 3

1.1.2 Généralités sur le lagunage à macrophytes flottants ................................. 3

1.1.3 Performances épuratoires du lagunage à macrophytes flottants ............... 8

1.1.4 Limites du lagunage à macrophytes flottants : les inhibiteurs de

croissance ................................................................................................................ 9

1.1.5 Paramètres d’évaluation de la croissance des macrophytes flottants ...... 12

1.2 PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL ET DU CADRE D’ETUDE ...................................... 13

1.2.1 Statut du Laboratoire des Sciences et Techniques de l’Eau ..................... 13

1.2.2 Localisation du LSTE et organisation du LSTE ....................................... 14

PARTIE II : MATÉRIEL ET MÉTHODES .......................................................................................... 16

1.1 MACROPHYTES FLOTTANTS ETUDIES ET MILIEUX DE CULTURE ................................................. 16

1.1.1 Macrophytes flottants étudiés ................................................................... 16

1.1.2 Milieux de culture ..................................................................................... 16

1.1.3 Dispositif expérimental ............................................................................. 17

1.2 MESURES DES DIFFERENTS PARAMETRES ET ANALYSES DE DONNEES ....................................... 18

1.2.1 Méthode de collecte .................................................................................. 18

Table des matières


1.2.2 Mesure des paramètres ............................................................................. 19

1.2.3 Analyse de données ................................................................................... 20

PARTIE III: RÉSULTATS ET DISCUSSION ...................................................................................... 22

1.1 CARACTERISATION DES MILIEUX DE CULTURE................................................................... 22

1.2 CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES MILIEUX DE CULTURE POUR LA CROISSANCE DES

MACROPHYTES FLOTTANTS ETUDIES : STATISTIQUES DESCRIPTIVES ET EVOLUTIONS TEMPORELLES DES

PARAMETRES MESURES IN SITU .............................................................................................................. 23

1.2.1 Lentille d’eau ............................................................................................ 23

1.2.2 Laitue d’eau .............................................................................................. 26

1.2.3 Jacinthe d’eau ........................................................................................... 28


DIFFERENTES CONDUCTIVITES ELECTRIQUE : EVALUATION DE L’EFFET DE LA SALINITE SUR LEUR

CROISSANCE ET LEURS PERFORMANCES EPURATOIRES .......................................................................... 31

1.3.1 Evaluation de l’effet de la salinité sur la croissance des macrophytes

flottants .................................................................................................................. 31

1.3.2 Performances épuratoires de la laitue d’eau et de la jacinthe d’eau ....... 36

CONCLUSION ET PERSPECTIVES .................................................................................................. 39

RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ............................................................................................... 41

ANNEXES ..................................................................................................................................... 45

TABLE DES MATIÈRES.................................................................................................................. 49

Etude de l'effet de la salinité des eaux usées domestiques sur ...

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