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Irrigation agricole : utiliser des eaux usées, entre défis et solutions

Irrigation © B. Molle / Irstea

12/02/2014

Irriguer les cultures en utilisant les eaux usées, un défi pour demain ? Les chercheurs Irstea ont développé un tout nouveau distributeur d’arrosage,  breveté en copropriété avec la société Phytorem. Objectif ? Éviter le colmatage des distributeurs, causé par les particules présentes dans les eaux usées ou par le développement de biofilms. Explications.

Face à la demande croissante en ressources hydriques pour l’irrigation agricole, la réutilisation des eaux usées représente une belle alternative. Ces eaux, aussi appelées effluents, proviennent de nos usages domestiques, industriels, agricoles... Altérées, elles nécessitent généralement d’être épurées avant leur réutilisation. Or, s’en servir pour irriguer permettrait d’alléger la pression faite sur les ressources de surfaces et souterraines. Une solution donc, mais surtout un défi à la fois réglementaire [1], sanitaire, environnemental,… et technique.

Au Laboratoire d’études et recherches sur les matériels d’irrigation (LERMI – UMR GEAU) [2] d’Irstea, les chercheurs travaillent sur la durabilité et l’optimisation des équipements, notamment des distributeurs d’arrosage pour eaux usées épurées. Comme l’explique Bruno Molle, responsable du laboratoire, « en général, sur ce type de réseau, le problème réside dans un phénomène de vieillissement accéléré », causé par un colmatage de plusieurs origines :

  • Les particules, transportées et contenues dans les effluents plus ou moins traités, peuvent stagner, sédimenter et s’installer durablement dans ces « zones pièges ».
  • Le développement de biofilm [3], dans des parties où la vitesse de fluide est la plus faible, peut modifier fortement l’écoulement, pouvant aller jusqu’au colmatage.
  • Enfin, des phénomènes chimiques, principalement dus à la teneur en minéraux de l’eau, peuvent se produire : les sels minéraux précipitent, créant un dépôt qui peut obstruer le système.

La réponse des scientifiques à ces « bouchons» ? Elle tient en quelques lettres : DA-EU, signifiant Distributeur d’arrosage pour eaux usées épurées.

De la thèse au brevet

D’abord le résultat d’un travail de thèse [4] ayant permis l’élaboration d’un premier prototype, le projet s’est poursuivi afin d’aboutir à un dispositif dont l’objectif est bien de « distribuer des eaux usées chargées en nutriments et en particules de façon uniforme sur de grandes parcelles agricoles, en évitant tout risque de colmatage » précise Bruno Molle.

Membrane DA-EU © Bruno Molle / IrsteaLe dispositif repose sur une régulation du débit à l’intérieur d’une large gamme de pression, pouvant aller de 0,5 à 5 bars : l’enjeu étant d’uniformiser la distribution de l’eau. « Pour le moment, nous tournons autour d’une centaine de litres par heure, mais espérons descendre à une trentaine [5]. » Le secret ? Les chercheurs ont développé une membrane élastique (en silicone), capable de se déformer pour obstruer partiellement ou au contraire favoriser l’écoulement aval, qui fait office de régulateur.

Attention, le distributeur peut être utilisé avec des eaux usées sommairement traitées et, des effluents peu dangereux, c’est-à-dire sans risques sanitaires ni métaux lourds. Ces effluents sont décantés ou filtrés dans des bassins plantés de roseaux par exemple. Ils peuvent ensuite être épandus sur des parcelles de bambous ou de bois à croissance rapide, etc. « Le processus épuratoire est ainsi effectué par les sols (à partir du moment où l’activité biologique du sol permet de traiter les pollutions apportées par l’effluent), et les nutriments permettent une production (par exemple de bois, fibre, lin, fourrage ;... ». Ce procédé s’apparente à la fertigation (fertilisation + irrigation).

Les chercheurs comptent utiliser ce nouveau distributeur d’arrosage sur une expérimentation grandeur nature (en collaboration avec le centre Irstea de Lyon-Villeurbanne), programmée pour avril 2014 : imaginez 4 hectares ½ d’eucalyptus et de peupliers, à croissance rapide, arrosés avec des effluents de fosses sceptiques…

En attendant, le distributeur a été testé in-situ pendant 6 mois avec des eaux usées domestiques et les résultats ont été concluants. Le brevet français [6], en copropriété avec l’industriel Phytorem est déposé ainsi qu’un PCT (Patent Cooperation Treaty - Traité de coopération en matière de brevets) pour l’international.

Prototypes en 3D

Le dispositif DA-EU est au stade du prototype pré-industriel et poursuit sa route dans le cadre du projet européen W4C (Water for Crops [7]). Des tests sont prévus sur la résistance au colmatage par des fibres et au développement de biofilms,… « Actuellement, nous travaillons avec une entreprise spécialisée dans l’impression 3D sur différents aspects du dispositif : caractéristiques de la membrane, résistance, etc. ».  Une étape déterminante qui mènera prochainement à la fabrication d’un prototype industrialisable… À suivre.

Retrouvez notre offre technologique brevetée (également disponible en anglais).

Contacts

En savoir plus


[1] La France a publié une première réglementation spécifique (arrêté du 2 août 2010) sur l’utilisation des eaux usées traitées pour l’irrigation, très restrictive sur les usages et développement de projets. À la suite du rapport de l’ANSES publié en 2012 et rédigé par un groupe d’experts (auquel a participé Bruno Molle), la révision de cette réglementation est attendue en 2014.

[2] Équipe Irstea : Bruno Molle, Mathieu Audouard, Séverine Tomas et Jean Borgarino. Équipe Phytorem : Frédéric Panfili et Marion Delanoay.

[3] Agrégats de microorganismes (bactéries, algues et champignons) qui se développent le plus souvent dans l’eau. Plus d'infos sur notre site.

[4] Thèse menée par Julien Deborde, soutenue fin 2011 et cofinancée par Irstea, la Région Paca et l’industriel Phytorem.

[5] Équivalent à une irrigation localisée ; le goutte-à-goutte représente entre 8 et 10 L/h.

[6] Brevet PCT/FR2013/052056 et no. 12.58962 « Distributeur d’irrigation à débit autorégulé et son utilisation » (Irstea, Phytorem)

[7] Projet Water4Crops : Water Use Efficiency to Support the Green Economy in EU and India. Plus d'infos sur le site officiel.