etude de l’influence des matieres en suspension sur …
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ETUDE DE L’INFLUENCE DES MATIERES EN SUSPENSION
SUR LES SOLS IRRIGUES PAR LES EAUX USEES TRAITEES
MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR DE
L’EQUIPEMENT RURAL
Présenté et soutenu publiquement le 1ér
Juillet 2008
Par
Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Travaux dirigés par : Dr Hamma YACOUBA, Enseignant, UTER GVEA.
Mariam SOU, Doctorante environnement (EPFL/2IE)
Jury d’évaluation du stage :
Président : Dr Hamma YACOUBA
Membres et correcteurs : Harouna KARAMBIRI
KEITA Amadou
Promotion 2007/2008
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
DEDICACES
A mon Dieu Tout Puissant, mon bienfaiteur et ma forteresse,
Qui exerce mes mains au combat, mes doigts à la bataille,
Que ton nom soit bénit à jamais.
«Le sarment s’il n’était pas rattaché au cep ne porterait jamais de
fruits ». A la mémoire de ma feu mère Abada Rose Abessolo.
A mon père Réné Enoa Nomo, pour son attachement à mon
éducation et pour les sacrifices consentis au cours de ma formation,
A vous qui avez toujours été au coté de mes Frère et moi, Vous qui
avez consentis des sacrifices pour assurer notre éducation, je ne
saurai vous exprimez toute ma reconnaissance.
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réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
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REMERCIEMENTS
Au moment où ce mémoire marque un terme à ma formation au sein du 2iE, il me parait juste
d’exprimer à travers cette modeste page, l’expression de ma sincère gratitude à l’endroit de tous ceux
qui, d’une manière ou d’une autre ont œuvré pour que cette formation puisse connaître un
aboutissement heureux :
Qu’il me soit d’abord permis de remercier Mlle
Mariam SOU Doctorante EPFL/2iE, daigne trouver ici
toute ma reconnaissance pour votre disponibilité et vos conseils à mon égard,
Je suis particulièrement touché par l’honneur que me font Dr. H. HACOUBA, Dr.H. KARAMBIRI, et
M. KEITA Amadou, enseignants au 2iE, en acceptant la lourde tâche d’être les membres de Jury de ce
travail. Je voudrais qu’ils acceptent tous mes remerciement et ma profonde gratitude.
A MM Samuel YONKEU et Joseph WETHE, enseignant-chercheur au 2iE qui ont accepté avec
spontanéité de juger mon travail,
A MM Mathieu KABORE, OUEDRAOGO Moustapha et Pierre KABORE, exploitant du site
expérimental agricole et de la station d’épuration du 2iE, pour leur collaboration lors du montage de
cette étude,
Je remercie l’ensemble du corps enseignant du 2iE pour l’attention accordé durant cette étude.
A MM Adolphe BEBOULE et Aimé DARAKOUM, pour le soutien et le courage donc vous n’avez
cessé de m’apporter durant la période de mes études au Burkina Faso, acceptez toute mes
remerciements et ma gratitude.
A ma famille du Bon Berger, à mes sœurs et à mes frères dans le Seigneur, à tous ceux qui mon aidé
par leur soutien moral et par leur amitié à mener à bien ce travail, j’adresse un vif remerciement.
Mes remerciements vont également à l’endroit de toute la communauté camerounaise de
Ouagadougou, pour des moments fraternels que nous avons su partarger ensemble au Burkina Faso.
A tous les étudiants de la 37ème
promotion, pour des moments que nous avons passé ensemble.
A M Jean lazare COLY pour ton soutien et ton amitié, reçoit mes remerciements.
A vous mes sœurs et mes frères, je ne saurai vous oubliez, mille fois merci.
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réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
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LISTE DES ILLUSTRATIONS
LISTE DES FIGURES
FIGURE I. 1:DIAGRAMME DE LA METHODOLOGIE GENERALE DE NOTRE PLAN DE TRAVAIL .............................................................. 7
FIGURE I. 2:SYNOPTIQUE D’UN LAGUNAGE ................................................................................................................................. 12
FIGURE I. 3:INFILTRATION DE L’EAU DANS LE SOL ...................................................................................................................... 17
FIGURE II. 1:SCHEMA DE FONCTIONNEMENT DE LA STEP DE KOSSODO ..................................................................................... 22
FIGURE II. 2: ZONE DE PRELEVEMENT DES EUT A LA SORTIE DE LA STEP .................................................................................... 23
FIGURE II. 3: COUPE LONGITUDINALE DES BASSINS .................................................................................................................... 23
FIGURE II. 5: INFILTROMETRE A MEMBRANE ............................................................................................................................... 29
FIGURE II. 6: DISPOSITIF EXPERIMENTAL « LE PERMEAMETRE ..................................................................................................... 33
FIGURE III. 1: GRAPHIQUE DE L’EVOLUTION DU FLUX D’INFILTRATION EN FONCTION DU TEMPS. .................................................. 39
FIGURE III. 2: ACCROISSEMENT DU FLUX D’INFILTRATION EN FONCTION DE LA SUCCION. ............................................................ 40
FIGURE III. 3: EVOLUTION DU VOLUME D’EUT EN FONCTION DU TEMPS ..................................................................................... 42
FIGURE III. 4: CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE MOYENNE SUIVANT LES MESURES EFFECTUEES IN SITU ET AU LABORATOIRE ........... 45
FIGURE III. 5: EVOLUTION DE LA DCO ET DES MES AVANT ET APRES PERCOLATION .................................................................. 46
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU I. 1: NORMES DE REJET DES EAUX USEES TRAITEES D’UNE STATION D’EPURATION ................................ 13
TABLEAU I. 2: DIRECTIVES DE QUALITE DES EAUX USEES POUR L’IRRIGATION EN CHYPRE ................................... 13
TABLEAU II. 1: CHARGES DE DIMENSIONNEMENT .................................................................................................. 20
TABLEAU II. 2: PERFORMANCES EPURATOIRES ATTENDUE .................................................................................... 20
TABLEAU II. 3: DENOMINATION DES SOLS SELON LE TRIANGLE TEXTURAL FAO ................................................... 25
TABLEAU II. 4: SYNTHESE DES PARAMETRES (DCO, DBO5, MES), METHODES ET MATERIELS UTILISES .............. 35
TABLEAU III. 1: VALEURS MOYENNES DES KSAT MESUREES SUR LES DIFFERENTS SOLS. ....................................... 40
TABLEAU III. 2: RESULTATS DE L’ANALYSE STATISTIQUE DES VALEURS DE KSAT SUR LES DIFFERENTS SOLS. ...... 41
TABLEAU III. 3: PARAMETRES DES MATIERES EN SUSPENSION, MATIERES OXYDABLES ET/OU MATIERES
ORGANIQUES A LA SORTIE DE LA STEP DE KOSSODO .................................................................................. 43
TABLEAU III. 4: CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE A SATURATION SUIVANT LES TYPES D’EAU UTILISES ................... 44
TABLEAU III. 5 : RESULTAT DE L’ANALYSE STATISTIQUE DES KSAT MESURES AU LABORATOIRE .......................... 44
TABLEAU III. 6: EVALUATION DE LA QUANTITE DES MES DANS LE SOL AU COURS D’UN CYCLE ........................... 47
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iv
LISTE DES ABREVIATIONS
Les termes qui demandent une explication et qui sont fréquemment employés dans le
mémoire doivent être regroupés dans cette rubrique. Ils sont listés par ordre alphabétique.
DBO5 : Demande Biologique en Oxygène après 5 jours
DCO : Demande Chimique en Oxygène
EP : Eau Potable
EUT : Eau Usée Traitée
EUC : Eau Usée Traitée Centrifugée
ER : Eau de Référence
Ksat : Conductivité Hydraulique à Saturation
MES : Matières En Suspension
ONEA : Office National de l’Eau et de l’Assainissement
STEP : Station d’Epuration
TRIMS : Triple Rings Infiltrometer at Multiple Suctions
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Sommaire
1
SOMMAIRE
LISTE DES ILLUSTRATIONS ................................................................................................................................. III
LISTE DES ABREVIATIONS ................................................................................................................................... IV
SOMMAIRE ................................................................................................................................................................... 1
INTRODUCTION GENERALE ................................................................................................................................... 3
CONTEXTE D’ETUDE .............................................................................................................................................. 3
HYPOTHESES, OBJECTIF ET DEMARCHE ADOPTEE ........................................................................................ 5
I. ETAT DE L’ART ........................................................................................................................................................ 9
I.1 DEFINITIONS ...................................................................................................................................................... 9
I.2. TRAITEMENT DES EAUX USEES .................................................................................................................. 10
I.3. LES FACTEURS INFLUENÇANT LE COLMATAGE PHYSIQUE DU SOL. ................................................. 13
I.3.1. LES MATIERES EN SUSPENSION ............................................................................................................. 14
I.3.2. LES PROPRIETES PHYSIQUES DU SOL .................................................................................................. 15
I.3.3. IMPACT DU COLMATAGE PHYSIQUE SUR LA Ksat DU SOL. ............................................................... 16
II. MATERIELS ET METHODES ............................................................................................................................. 19
II.1 PRESENTATION DU SITE EXPERIMENTAL ................................................................................................ 19
II.2 MESURES DE LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE A SATURATION ..................................................... 26
II.2.1 MESURE IN SITU. ...................................................................................................................................... 26
II.2.2 MESURE AU LABORATOIRE .............................................................................................................. 31
III. RESULTATS ET INTERPRETATIONS ............................................................................................................ 39
III.1. RESULTATS DE LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE A SATURATION. ....................................... 39
III.1.1. RESULTATS DES MESURES In situ ........................................................................................................ 39
III.1.2. RESULTATS DES MESURES AU LABORATOIRE. ................................................................................. 42
III.1.3 Comparaison des résultats du Laboratoire et celle in situ ........................................................................ 45
III.1.4 Evaluation quantitative des MES retenues par filtration dans le sol. ........................................................ 46
IV. DISCUSSION ET ANALYSES ............................................................................................................................. 49
IV.1 LE COLMATAGE DU SOL PAR LES MES. ............................................................................................................ 49
IV.2. LE MEILLEUR INDICATEUR DE COLMATAGE DU SOL DANS UNE EAU. .............................................................. 50
IV.3. LE COLMATAGE PHYSIQUE, PHENOMENE DE SURFACE ................................................................................... 51
CONCLUSION ET PERSPECTIVES ........................................................................................................................ 54
OUVRAGES ET ARTICLES ...................................................................................................................................... 58
ANNEXES ..................................................................................................................................................................... 61
RESUME/SUMMARY ............................................................................................................................................. 97
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Introduction générale
2
INTRODUCTION GENERALE
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Introduction générale 3
INTRODUCTION GENERALE
CONTEXTE D’ETUDE
Les eaux utilisées en irrigation sont communément issues des eaux de surface ou des
réservoirs souterrains. Cependant, dans les pays de la bande Sahélienne, la raréfaction de ces
ressources conventionnelles, associée à la pression démographique, ont conduit à un intérêt
croissant pour la réutilisation des eaux usées (traitées ou non) en agriculture. Ces eaux sont
valorisées comme une ressource hydrique, mais également pour leur valeur fertilisante
(Bouwer et Chaney, 1974). Cependant, leur utilisation en agriculture implique qu’elles
répondent aux normes et valeurs guides relatives aux eaux d’irrigation. Ces normes servent
essentiellement à assurer d’une part, un minimum de protection sanitaire et d’autre part à
préserver l’environnement. Sur ce second aspect, l’irrigation par les eaux usées traitées (EUT)
peut effectivement et entre autres, avoir des incidences sur la capacité d’infiltration de l’eau
dans le sol : c’est le phénomène de colmatage dit physique. Selon de Vries (1972), se
phénomène résulterait de l’accumulation des matières dissoutes et/ou en suspensions et des
micro-organismes qui se développent dans les milieux poreux. Ainsi, le Transport et la
rétention des particules solides en milieux poreux est d’un grand intérêt tant dans la recherche
fondamentale que dans les sciences appliquées.
Dans le transport de masse en milieux poreux, beaucoup d’études sont consacrées aux
éléments dissous et aux colloïdes, mais peu de travaux concernent le transport des particules
en suspension. En outre les littératures existantes ne couvrent pas la totalité des types de sol,
ce qui ne permet pas de bien appréhender l’effet des matières en suspensions présentes dans
les eaux usées pour un type de sol donné.
La zone de l’étude est située sur le site maraîcher du quartier de Kossodo, à 10 Km au Nord
Est de Ouagadougou. Ce site est à l’aval de la station d’épuration des eaux usées par lagunage
de Ouagadougou. Il a été aménagé par la commune de Nongr – Mâasom pour y recycler les
eaux usées traitées de la station de lagunage.
C’est une zone d’étude soumise à un climat de type sahélien humide, caractérisé par deux flux
d’air :
- L’harmattan, vent sec et chaud le jour, frais la nuit, de direction nord-est à sud-
ouest, provenant des hautes pressions sahariennes ;
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Introduction générale 4
- La mousson, vent humide, de direction sud-ouest à nord-est, provenant des
basses pressions océaniques, qui amène les nuages de la saison pluvieuse.
Ces deux types de vent déterminent un régime bi saisonnier très contrasté :
Une saison sèche d’une durée de 8 mois (Octobre à Mai) ; c’est durant cette période
que les quantités d’eau disponibles sont limitées et les eaux usées traitées fortement
sollicitées en agriculture urbaine, pour pallier ce manque.
Une saison pluvieuse d’une durée de 4 mois (Juin à Septembre). Le maximum mensuel
des pluies est atteint en Août et la pluviométrie moyenne annuelle considérée pour la
ville de Ouagadougou varie entre 500 et 900 mm. Durant la saison des pluies, les
cultures maraîchères de contre saison sont remplacées par les cultures de céréales (mil,
maïs…) Les eaux usées traitées sont alors peu ou pas utilisées durant cette période.
La présente étude s’inscrit dans le cadre du mémoire de fin d’étude de master au 2IE (Institut
International d’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement) Elle s’inscrit plus généralement
Dans le cadre d’une thèse (Sou, 2005-2009, données inédites) portant sur « l’impact du
recyclage des eaux usées traitées sur le sol et les cultures maraîchères : cas de la ville de
Ouagadougou ». Dans le volet impact environnemental de ce travail de thèse, deux
campagnes de mesures ont été effectuées en 2006-2007 et en 2007-2008 sur le site
agronomique de Kossodo. Des parcelles d’aubergine y sont irriguées selon deux traitements :
(1) EUT et (2) eau potable du réseau urbain. L’un des objectifs de la thèse (en relation avec ce
travail de mémoire) est d’étudier l’impact des eaux usées traitées de la STEP de Kossodo sur
la structure du sol pour tâcher de comprendre le changement spectaculaire des propriétés
hydrodynamiques observées en l’espace de deux années sur les parcelles irriguées avec les
EUT. Des mesures in situ ont en effet permises de constater une réduction importante de la
capacité d’infiltration de l’eau au niveau des parcelles irriguées avec les EUT. Deux
hypothèses peuvent expliquer ce phénomène : (1) un colmatage physique de surface induit par
l’accumulation des matières en suspensions (MES) des EUT à la surface du sol, ou (2) un
effondrement de la structure du sol, induite principalement par la qualité chimique des EUT,
notamment le déséquilibre Na/ [Ca +Mg]. La présente étude est destinée à la vérification de la
première hypothèse.
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Introduction générale 5
HYPOTHESES, OBJECTIF ET DEMARCHE ADOPTEE
La présente étude traite de l’ «Identification du phénomène à l’origine de la réduction
de la perméabilité d’un sol irrigués avec les eaux usées ». L’hypothèse d’étude retenue est
portée sur l’accumulation des matières en suspension des eaux usées traitées sur le sol. A cet
effet, l’apport des MES par les EUT va être au centre de notre étude quant à son influence sur
les sols.
Le dépôt des particules en suspension dans un milieu poreux dépend des mécanismes
liés à la taille et à la nature des particules ainsi qu’à la structure du milieu poreux (Silliman,
1995). La question de l’influence des matières en suspension sur les propriétés
hydrodynamiques du sol est et reste donc une problématique intéressante, qui mérite des
investigations complémentaires. La problématique de cette étude revient à résoudre la
question essentielle suivante :
Dans quelle mesure, l’apport des matières en suspension présent dans les eaux usées peut
contribuer à réduire significativement la conductivité hydraulique à saturation (Ksat) à la
surface du sol.
Pour tenter de répondre à cette question, un objectif est définit : vérifier l’hypothèse d’un
colmatage physique du sol, dû à l’accumulation des MES en surface.
Le principe méthodologique mise en œuvre s’articule autour à la rétention des MES à la
surface du sol, et aux interactions entre l’apport quantitative de ces MES et l’évolution du
colmatage, traduit ici par la mesure de la Ksat.
Les étapes méthodologiques se distinguent en deux volets :
Le premier est un état des lieux in situ, par la mesure de la Ksat sur trois types de parcelles : les
parcelles ayant été irriguées durant deux années consécutives avec les EUT, celles irriguées
durant la même période avec l’eau potable du réseau et enfin, des parcelles dites de référence,
jamais irriguées, qui sont des périmètres exploités pour les cultures pluviales situées au
voisinage du site maraîcher.
Le second volet est une série de mesure du pouvoir colmatant de trois types d’eau : (1) les
eaux usées traitées (de la STEP de Kossodo) (2) les eaux usées traitées sans MES (3) l’eau du
réseau d’eau potable, comme traitement témoin. Ces eaux sont testées au laboratoire sur des
échantillons de sol non remaniés prélevés sur les parcelles de référence.
Le dispositif de mesure est inspiré du perméamètre à charge constante de Beaudrey (AFNOR,
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Introduction générale 6
1973), qui permet de mesurer le Ksat de l’échantillon de sol selon la loi de Darcy.
Le présent document retranscrit le contenu de l’étude selon le plan suivant :
Un premier chapitre intitulé état de l’art, qui est consacré à l’état de connaissance sur le
phénomène de colmatage induit par les MES, notamment celles contenues dans les eaux
usées.
Le second chapitre, matériels et méthodes, décrit de façon détaillée la méthodologie de
l’étude et le matériel utilisé pour la mise en oeuvre des essais in situ et au laboratoire.
Le troisième Chapitre présente les résultats de l’étude. Il est suivi d’un quatrième chapitre,
d’analyse et discussion qui mets en perspective les résultats obtenus dans cette étude, avec
celles trouvées dans la littérature scientifique traitant du sujet.
Le document se termine par une conclusion, quelques recommandations et des perspectives
d’étude sur le sujet.
L’organigramme de la Figure I.1 reprend les étapes méthodologiques de façon plus détaillée,
en les présentant dans un ordre chronologique pour permettre au lecteur d’avoir une vision
d’ensemble du déroulement de ces trois mois d’étude.
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Introduction générale 7
Figure I. 1:diagramme de la méthodologie générale de notre plan de travail
Phase expérimentale
Travaux de terrain
Mesure sur le dispositif expérimental au
laboratoire
Mesure des paramètres (MES, DBO5,
DCO) dans les eaux
Travaux en laboratoire
Sélection des trois (03) zones de mesure
Prélèvement des échantillons (sols, EU)
Mesure sur TRIMS : acquisition des
données
FIN
Recommanda
tion
Phase de rédaction
Dépouillement
des données
Analyse des
données
Interprétation
des données
Elaboration
des outils de
travail
Phase des travaux préparatoires
Prise de
contact avec
les encadreurs
Recherche
documentaire sur
la thématique
Synthèse
bibliographique
DEBUT
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Introduction générale 8
CHAPITRE I
ETAT DE L’ART
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Chapitre 1 : Etat de l’art 9
I. ETAT DE L’ART
L’utilisation des eaux usées en agriculture constitue à la fois une ressource en eau et une
source en éléments nutritifs nécessaire à la croissance des végétaux. Cependant, l’irrigation
par les eaux résiduaires peut avoir des incidences négatives de nature diverses et variées ; l’un
de ces impacts est la dégradation des propriétés physiques du sol.
L’apport de matières dissoutes, des matières en suspension, ou de micro-organismes via les
EUT, peut colmater le sol. Ce colmatage se traduit généralement par une diminution de la
conductivité hydraulique (Ksat) (Viviani et Lovino, 1999), une augmentation des phénomènes
d’érosion (Bissonnais et Souder, 1995 ; Bresson et Boiffin, 1990) et de manière irréversible,
une déstructuration du sol, induite par ce qui est convenu d’appeler le colmatage chimique
(Yacouba, 2007).
Il existe trois principales formes de colmatage : (1) le Colmatage chimique, dû à la
défloculation des argiles provoqués par la présence des ions sodium (Na+). Ce colmatage
entraîne la déstructuration du sol (Landberg, 1999), (2) le Colmatage biologique, caractérisé
par l’accumulation de matières organiques, de colloïdes minéraux et surtout de micro-
organismes, entraînant ainsi une obstruction des pores et une asphyxie du milieu (Bouma,
Ziebell et al. 1972 ; Frankenberger et al ,1979), et enfin (3) le colmatage physique, qui est
l’objet de cette étude.
I.1 DEFINITIONS
Le colmatage physique : selon De Vries, (1972) et Rice, (1974), le colmatage physique du
sol est dû à la filtration des particules en suspension par percolation de l’eau et leur
accumulation progressive sur la surface du sol. Le terme colmatage physique fait référence au
mouvement des particules en suspension dans le système porale du sol, et par conséquent à
l’obstruction progressive de ces pores.
Les eaux usées ou effluents : ce sont des eaux résiduaires d’origines domestiques,
industrielles, agricoles ou pluviales. Elles sont entre autres chargées de particules en
suspension susceptibles d’obstruer un milieu poreux par accumulation. La composition d’une
eau usée est extrêmement variable en fonction de son origine. Elle peut contenir de
nombreuses substances, sous forme solide ou dissoute, ainsi que de nombreux micro-
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Chapitre 1 : Etat de l’art
10
organismes en relation avec son aptitude à colmater un sol. A cet effet, les paramètres qui
permettent d’évaluer le pouvoir colmatant d’une eau en générale et d’une eau usée en
particulier sont :
o La demande biologique en oxygène après 5 jours (DBO5) : elle correspond à la
quantité oxygène nécessaire aux micro-organismes aérobies pour oxyder (dégrader)
les matières organiques, dissoute ou en suspension dans l’eau maintenu à 20°C à
l’obscurité pendant 5 jours. Ce paramètre constitue un bon indicateur de la teneur en
matières organiques biodégradables des rejets (http://www.ultime.unblog.fr/2007/04).
o la Demande Chimique en Oxygène (DCO) : il s’agit d’une mesure quantitative de la
quantité d'oxygène requise pour l'oxydation chimique des matières carbonées
(organiques) dans l'eau usée en utilisant des sels de dichromate ou de permanganate
comme oxydants, par un essai de deux heures (FAO, 2003). Elle permet ainsi
d’évaluer la charge polluante total des EU.
o Matières en suspension : Ce sont des matières solides contenues dans les eaux usées
et qui sont séparables par filtration ou par centrifugation. Elles sont exprimées en
poids de matières sèches. Les matières en suspension comportent des matières
organiques et minérales. Elles constituent un paramètre important qui marque bien le
degré de pollution d’un effluent (Bechac et al. 1987).
I.2. TRAITEMENT DES EAUX USEES
Les eaux usées constituent un milieu complexe chargé de matières présentes sous différentes
formes : physiques (en suspension, en solution, colloïdales) et de nature chimique ou
biologique. Lorsque ces eaux sont utilisées en l’état pour l’irrigation, les matières qu’elles
contiennent sont susceptibles de s’accumuler à la surface du sol et par conséquent, d’affecter
son réseau poral. Cela traduit la nécessité de traiter ces eaux avant leur réutilisation en
irrigation.
Le « nettoyage » des eaux usées obéit à une logique de préservation des ressources en eau et
de protection de l’environnement (FAO, 2003). Il a donc pour objectif de réduire la charge
polluante (entre autres, MES, DBO5) qu’elles véhiculent afin de rendre au milieu récepteur
une eau de qualité, respectueuse des équilibres naturels et d’éventuels usages futurs. En
d’autres termes, le traitement permet d’éviter au milieu récepteur de subir un
dysfonctionnement induit par un ou plusieurs substances contenues dans les eaux usées
brutes. Dans le cas de l’irrigation, cela permet assurément de limiter le colmatage induit par
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre 1 : Etat de l’art
11
les MES.
L’élimination de 80 à 90 % des MES assure une réduction de la charge organique exprimée
en DBO5 ou en DCO de, respectivement 60 à 70 % et 65 à 75 % (Bechac et al, 1987).
Pour atteindre cet objectif, plusieurs étapes de traitement sont nécessaires :
le prétraitement.
Il consiste à enlever des éléments de tailles relativement importantes (débris organiques ou
minéraux, etc…). Il est subdivisé en trois parties : le dégrillage, le tamisage, et le
dégraissage.
le traitement primaire.
C’est un traitement qui consiste à faire décanter dans un bassin (appelé décanteur primaire),
circulaire ou rectangulaire, les eaux prétraitées suivant un temps de séjour d’environ 2 heures
à une vitesse de surverse1 de l’ordre de 1 à 2 m/h. il a pour objectif la séparation des matières
en suspension de densité différente de celle de l’eau ;
le traitement secondaire.
Encore appelé traitement biologique, cette étape du traitement favorise l’élimination de la
pollution organique. Principalement constituée de matières colloïdales et dissoutes, cette
fraction de la charge polluante des eaux usées est généralement très peu éliminée au cours des
étapes de traitement physique (prétraitement, traitement primaire). Cette opération consiste
donc à éliminer la DBO5 et la DCO. Elle peut être associée dans certains procédés de
traitement par un apport d’oxygène pour favoriser l’activité microbienne, qui est l’élément
moteur de cette étape de traitement.
Il existe plusieurs procédés de traitement, mais en général, ils respectent tous les trois phases
de traitement ci-dessous. Ces procédés sont de type physique, chimique ou biologique.
Parmi les procédés de traitement biologique dits naturels, il convient de présenter brièvement
le lagunage à microphytes, qui est l’un des procédés les plus utilisés dans la sous région ouest
africaine pour le traitement des eaux usées. A l’image de la station de traitement de Kossodo,
le lagunage à microphytes comprend trois étapes de traitement, qui constituent à elle seule un
traitement secondaire. Les traitements sont effectués dans des bassins disposés en série où
l’eau usée transite en écoulement gravitaire. Ces bassins sont par ordre chronologique de
traitement :
les bassins anaérobies, de profondeur comprise entre 2 et 5 m, ils sont utilisés
pour dégrader la matière organique et assurer une bonne décantation de la matière
1 La vitesse de surverse est le rapport du débit maximal (Qmax en l/h) sur la surface réceptrice (S en m²)
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre 1 : Etat de l’art
12
solide des eaux usées qui se décante pour former une couche de boues au fond du
bassin. Ces bassins reçoivent des charges organiques très importante (> 100g
DBO5/m3/j). Ils fonctionnent comme des fosses septiques à ciel ouvert. Les
produits solubles dans les eaux usées passent aux bassins suivants après une
élimination de la DBO comprise entre 40 et 60% ;
les bassins facultatifs, ils sont généralement utilisés pour éliminer la DBO (entre
60 et 80%) et les germes pathogènes. A ce niveau, il se produit les phénomènes
suivants :
- les matières solides en suspension décantent au fond et forment la couche
anaérobie. Ces boues sont digérées par des bactéries anaérobies.
- La couche aérobie qui se forme dessus de la couche anaérobie, est le siége de
prolifération des algues qui par photosynthèse, produisent l’oxygène. Ces
algues se nourrissent à partir d’éléments nutritifs issues des sous produits de
l’activité des bactéries.
les bassins de maturation, ils permettent l’élimination des germes pathogènes au
fur et à mesure que les effluents s’écoulent lentement dans les bassins.
Essentiellement aérobie sur toute leur profondeur qui ne dépasse pas 1 mètre, les
bassins de maturation sont bien oxygénés et bien brassés.
Figure I. 2:synoptique d’un lagunage (www.univ-lehavre.fr/cybernat/pages/lagunatu )
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Chapitre 1 : Etat de l’art
13
l’issue du traitement des eaux usées, les paramètres de concentration maximale autorisée en
DBO5, DCO et MES par la réglementation française sont représentés dans le tableau I.1.
Tableau I. 1: Normes de rejet des eaux usées traitées d’une station d’épuration
paramètres
Concentration maximale autorisée
DB05 25 mg/l
DC0 125 mg/l
MES 35 mg/l*
* Pour les rejets dans le milieu naturel de bassins de lagunage, cette valeur est fixéeà 150 mg/l
(Source : www.cieau.com)
Les paramètres de concentration autorisée en DBO et MES pour l’irrigation des cultures en
Chypre sont représentés dans le Tableau I.2
Tableau I. 2: Directives de qualité des eaux usées pour l’irrigation en Chypre
Irrigation DBO (mg/l) MES (mg/l) Traitement requis
Toutes cultures2 A) 10 * 10 *
Secondaire, tertiaire et
désinfection
Les légumes
mangés cuits3
A) 10*
15**
10*
15**
Secondaire, tertiaire et
désinfection
Source : FAO (2003)
A : Méthodes de traitement mécanisé (boues activées, etc)
* : ces valeurs ne doivent pas dépassées dans 80% des échantillons par mois. Le
Nombre minimum des échantillons sont de 5.
** : valeur maximum autorisée.
I.3. LES FACTEURS INFLUENÇANT LE COLMATAGE PHYSIQUE DU
SOL.
Les travaux portant sur le colmatage physique du sol ont démontrées que le phénomène est
2 : Irrigation des légumes feuilles, bulbes mangés crus non autorisé.
3 : Pomme de terre, betteraves, colocasia.
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Chapitre 1 : Etat de l’art
14
intimement lié à la qualité de l’eau usée et aux propriétés physiques du sol.
Ce chapitre décrit les principaux facteurs des eaux usées traitées et du sol, qui influencent
significativement le colmatage physique.
I.3.1. LES MATIERES EN SUSPENSION
Le taux de matières en suspension est un paramètre important à prendre en compte lors des
études relatives au colmatage du sol. Le transport et la rétention des particules solides en
milieux poreux intéressent beaucoup de domaines traitant de l’érosion interne des sols, leur
colmatage et leur contamination.
Ces MES peut obstruer les pores et provoquer une forte réduction de la capacité d’infiltration
de l’eau dans le sol. La perturbation de l’infiltration due à l’obstruction des pores par les
particules (interceptées dans les milieux poreux) entraîne une augmentation de la perte de
charge et une diminution de la vitesse d’infiltration ; conséquence du phénomène de
colmatage. L’accumulation de ces particules affecte principalement la partie superficielle du
sol (De Vries, 1972 et Rice, 1974)
Le constat d’une imperméabilisation progressive des sols irrigués avec des eaux usées
chargées de MES a conduit Djedidi et Hassen (1991) à évaluer le pouvoir colmatant des eaux.
Ces auteurs confirment que la qualité de l’eau apportée sur un sol a une influence significative
sur son colmatage. Ils précisent que pour un milieu poreux donné, le volume d’eau infiltré
diminue lorsque la charge des matières en suspension provenant de l’eau augmente. Parmi les
matières en suspension, les matières organiques jouent un rôle non négligeable dans la mesure
où leur action biodégradatrice peut être à l’origine du phénomène de colmatage physique. Les
paramètres d’évaluation du pouvoir colmatant des eaux usées sont principalement les MES et
la DBO5 (Laak, 1970). Une étude menée par Rahaingomanana (1993) rapporte que l’apport
de matières biodégradables en excès par rapport à la capacité biodégradatrice du sol peut
provoquer des conditions anaérobies induisant un colmatage d’origine microbienne qui
représente environ 25% du colmatage physique (Börner et al 1998).
Les études menées par plusieurs auteurs rapportent que le colmatage physique est un
phénomène de surface. En effet, les études menées par Daniel et Bouma, (1974) ; Uebler et
Swatzendruber, (1982) et Vinten et al, (1983a) ont montré que la réduction de la
conductivité hydraulique à saturation d’un sol (Ksat), à la suite d’une accumulation de MES,
s’observe principalement sur les 5 à 10 premiers mm d’une colonne de sol étudié au
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Chapitre 1 : Etat de l’art
15
laboratoire. Ce type de colmatage est donc un phénomène localisé à la surface du sol. Cela est
confirmé par Djedidi et Hassen (1991), qui rapportent que la migration des fines particules
dans la masse du matériau granulaire (colonne de sol) ne dépasse pas 3 cm.
Les travaux in situ de Thomas et al, (1986) et Vaviani et Lovino (1999) sur le colmatage
physique des sols irriguées avec des eaux usées concourent aux mêmes résultats. Les premiers
concluent que la zone de colmatage physique du sol est localisée essentiellement dans les
premiers centimètres et entraîne une perte de charge de 87%. Les seconds précisent que la
distribution initiale des pertes de charge dans un sol irrigué avec des eaux usées n’est pas
linéaire suivant la profondeur. Selon ces derniers auteurs, le gradient de charge hydraulique
est faible dans la partie supérieure (0-20 mm) et élevé en dessous de 20 mm de profondeur.
Il est établit que le risque du colmatage est accru lorsque l’irrigation est pratiquée durant toute
l’année et/ou lorsque l’irrigation est pratiquée par les eaux usées brutes (Vaviani et Lovino,
1999).
Le volume de l’eau apporté est également un facteur déterminant. Djedidi et Hassen (1991)
indiquent que la réduction de la porosité par des particules solides en suspension est autant
plus importante que le volume d’eau écoulé est grand. Mais Vaviani et Lovino, (1999) nuance
ces propos en précisant toutefois que l’apport d’une eau usée peu chargée, sur une longue
période peut avoir les mêmes conséquences qu’un apport relativement ponctuel d’une eau
fortement chargée de MES.
I.3.2. LES PROPRIETES PHYSIQUES DU SOL
Les propriétés physiques du sol contrôlent le processus d’infiltration/percolation de l’eau et
des composés qu’elle contient. Ces propriétés physiques conditionnent donc les propriétés
hydrodynamiques et la capacité épuratoire du sol.
Comme il a été démontré dans le chapitre précédent, le colmatage physique est un phénomène
essentiellement mécanique d’accumulation de particules dans le réseau poral du sol. Le dépôt
des particules en suspension dépend de la taille et la nature de ces particules, mais aussi du
diamètre, de la forme et de l’organisation macroscopique de ces pores dans le sol, traduit par
la texture et la structure du sol. Ces derniers paramètres sont des facteurs qui interviennent
inévitablement dans l’appréciation de l’aptitude d’un sol au colmatage et la vitesse de ce
colmatage. (Silliman, 1995 ; De Vries, 1972).
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Chapitre 1 : Etat de l’art
16
Le sol est donc un milieu composé des pores dont la proportion dépend de la répartition des
particules en fonction de leur géométrie. L’uniformité des particules constituant un sol en
fonction de sa texture influence sur l’obstruction des pores (formation du colmatage) suite à
l’accumulation des MES. Suivant qu’il soit de texture grossière ou fine, un sol de particules
uniformes a une influence sur la formation du colmatage. C’est au sein même de ce massif
que vienne se loger les matières en suspension contenues dans les eaux suite à leur
accumulation à la surface du sol. Les études menées par Vinten et al (1983b) rapportent qu’un
sol de texture grossier présente une répartition plus uniforme des particules solides, ce qui
limite le colmatage et son impact sur le Ksat. Lefèvre (1988), confirme que plus le matériau
support est grossier, plus les matières en suspension pénètrent profondément, ce qui retarde le
colmatage, mais le rend plus épais. L’étude Djedidi et Hassen (1991) précise également que le
colmatage se fait en surface dans le cas des sols à texture fine et en profondeur lorsque les
sols sont plus sableux à la suite de la migration des matières en suspension. Cette précision
nuance quelque peu les affirmations précédentes sur la localisation de surface du colmatage
physique. Mais il convient de préciser que la majorité des sols irrigués sont rarement de
texture à dominante sableuse.
I.3.3. IMPACT DU COLMATAGE PHYSIQUE SUR LA Ksat DU SOL.
La conductivité hydraulique à saturation (Ksat) est la valeur limite du taux d’infiltration
pour un sol saturé en eau et homogène. Elle est exprimée en mm/h.
De façon générale, au cours du temps la quantité d’eau infiltrée augmente jusqu’à saturer le
sol (figure I.2) ; par conséquent la vitesse d’infiltration de l’eau arrivant sur le sol diminue
car l’eau a de plus en plus de peine à pénétrer dans le sol (Elie, 2008).
La conductivité hydraulique à saturation apparaît dans la loi de Darcy4 comme étant une
manifestation de l’effet de résistance à l’écoulement dû aux forces de frottement (Musy et
Soutter, 1991).
4 La quantité d’eau dans un milieu est proportionnelle à la section totale traversée A, au coefficient de perméabilité K du
milieu et à la charge hydraulique h et inversement proportionnelle à la longueur l du milieu traversé (Source : http://www.u-
picardie.fr/beauchamp/cours.qge/du-7htm.
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre 1 : Etat de l’art
17
Figure I. 3:Infiltration de l’eau dans le sol (Source : Elie, 2008)
Afin de comparer les valeurs de Ksat d’un sol influencé par l’accumulation des EUT au cours
du temps, la conductivité hydraulique à saturation a été exprimée en terme de conductivité
hydraulique relative (Kr) par (Viviani et Lovino, 1999).
Il définit La conductivité hydraulique relative (Kr) comme étant le rapport entre la
conductivité hydraulique à saturation (Ks) et une conductivité hydraulique à saturation de
référence (Kso) correspondant à l’infiltration de 25 mm de hauteur d’eau (soit environ 50 %
du volume des vides d’un sol).
Les conséquences qui en découlent de l’obstruction des pores par les MES se traduisent par
une réduction de la conductivité hydraulique à saturation et d’une diminution de la
conductivité hydraulique relative de 80% par rapport à la valeur initiale sur un sol à
prédominance sableux (Viviani et Lovino, 1999).
Rice (1974) a observer une réduction de la vitesse d’infiltration dans le sol, en effectuant des
essais avec des eaux usées dont les teneurs en MES étaient de 10 mg l-1,
sur des sols sableux.
Au terme de cette étude, il ressort que les différentes recherches effectuées sur le colmatage
physique sont unanimes sur le fait que le phénomène dépend de la teneur en MES, mais
également des caractéristiques physiques du sol. La principale conséquence de ce colmatage
est la diminution de la conductivité hydraulique à saturation du sol.
Chapitre2 : Matériels et méthodes 18
CHAPITRE II
MATERIELS ET METHODES
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre2 : Matériels et méthodes 19
II. MATERIELS ET METHODES
Compte tenu des expériences et de l’évolution des paramètres à suivre pour cette étude,
plusieurs outils et méthodes ont été utilisés.
Les paramètres suivis et mesurés lors de cette étude sont :
- La conductivité hydraulique à saturation Ks sur le terrain,
- Les paramètres de pollution carbonés : MES, la DCO, la DBO5,
- La conductivité hydraulique à saturation Ks au laboratoire.
Afin d’atteindre cet objectif, nous avons juger que la connaissance de notre zone d’étude
s’avère indispensable.
II.1 PRESENTATION DU SITE EXPERIMENTAL
L’essentiel des études qui ont été menées dans le cadre de ce travail se concentre sur une
portion de Kossodo qui intègre le site maraîcher dont fait partir notre site expérimental. Nous
allons également nous intéresser à la station d’épuration de Kossodo, compte tenu du fait que
notre zone d’étude est alimentée en EUT et en EP provenant de ladite Step.
II.1.1 Station d’épuration de Kossodo
Description
La station d’épuration est située à Kossodo au Secteur 26 de Ouagadougou plus précisément
dans sa partie nord sur l’axe Ouagadougou-Kaya à 1100 m de la route nationale n°3. Le site
s'étend sur 10 ha et doit recevoir globalement par jour, par canalisation, 5 400 m3 d'eaux usées
en un premier temps en provenance des ménages, des hôpitaux et de la zone industrielle de
Kossodo. Le dimensionnement du système d’épuration par lagunage a été mené avec les
charges ci-dessous (Tableau II.1), et les critères de rejet autorisant une utilisation des
effluents issus de la station (Tableau II.2), pour une irrigation restrictive. Les performances
suivantes sont attendues pour les divers horizons :
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre2 : Matériels et méthodes 20
Tableau II. 1: charges de dimensionnement
USAGERS
Débit moyen 2010 Débit maxi 2010
Volume
(m3/j)
DBO5
(kg/j)
DBO5
(mg/l)
Volume
(m3/j)
DBO5
(kg/j)
DBO5
(mg/l)
Domestiques et
Administratifs 1 290 750 581 1 290 750 581
Gros Consommateurs
(Hôpital, Silmandé,
Indépendance, Marché
Central, BCEAO)
610 160 262 610 160 262
Matières de vidanges fosses
septiques) 40 100 2 500 40 100 2 500
Industriels
(Brasserie, Abattoir,
Tannerie)
3 200 2 560 800 3 850 3 050 792
TOTAL 5 140 3 570 700 5 790 4 060 700
(Source : Kiemdé (2006)
Tableau II. 2: Performances épuratoires attendue
PARAMETRE Unité Horizon 2005 Horizon 2010
DBO5 mg/litre 800 500
DBO5/DCO - 2 à 2.5 2
pH - 7 - 9 7 – 9
MES mg/litre < 500 < 500
(Source : Kiemdé (2006)
La station comprendra au final 430 parcelles privées raccordées, 3 stations de relevage, 8
bassins de lagunage, un laboratoire, deux bâtiments administratifs, 28 lits de séchage, une
hydrocureuse et une caméra d'inspection. Le volume total des bassins est de 180 000 m3. Le
temps de rétention des charges polluantes de 30 jours.
. Les effluents y arrivent par un réseau alternant écoulement gravitaire et stations de
refoulement (3 au total). Les effluents qui approvisionnent cette station proviennent entre
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre2 : Matériels et méthodes 21
autre des Brasseries BRAKINA, de l’abattoir frigorifique, du centre hospitalier universitaire
de Yalgado OUEDRAOGO, du Centre-ville et de l’Hotel SILMANDE (Passy-Foutou, 2007).
Les caractéristiques de la station d’épuration de Ouagadougou sont représentées dans le
Tableau II.3.
Tableau II.3 : Caractérisation de la station d’épuration de Kossodo.
Désignation BA5 BF BM1 BM2 BM3
Côte radier du bassin (m) 294.10 m 295.28 m 293.75 2.68 291.82
Côte de niveau d’eau normal (m) 298.10 m 297.08 m 295.75 294.68 293.82
Profondeur du bassin (m) 4.70 2.50 1.70 1.70 1.70
Profondeur d’eau (m) 4.00 1.80 1.20 1.20 1.20
Nombre de bassins (U) 3 2 1 1 1
5 Deux fonctionnes en permance et en parallèle, le 3
ième est utilisé en cas de vidange d’un des deux bassins
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées – réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre2 : Matériels et méthodes 22
Figure II. 1:Schéma de fonctionnement de la STEP de Kossodo
.
Bassin de
Maturation 1
Bassin de
Maturation 2
Bassin de
Maturation 3
Bassin
Facultatif 1
Bassin
Facultatif 2
Bassin
Anaérobie 1
Bassin
Anaérobie 2
Bassin
Anaérobie 3
Canal
Répartiteu
r
Lits deséchages Boues
de vidange
REGARD
D'HOMOGENISATION
(ARRIVEE E.B.)
Regard de
prélèvement
(Figure II.2)
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées – réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre2 : Matériels et méthodes 23
Figure II. 2: Zone de prelèvement des EUT à la sortie de la Step
Figure II. 3: Coupe longitudinale des bassins
Source : Kiemdé (2006)
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées – réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre2 : Matériels et méthodes 24
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre2 : Matériels et méthodes 25
II.1.2 Site agronomique
Il est situé à l’aval de la station de traitement des eaux usées, au cœur du site maraîcher de
Kossodo et alimenté gravitairement par des canaux non couverts. Le présent site est réalisé
sur une surface carrée de 23 mètres de coté. Il se compose de six (06) micro-parcelles qui
mesurent chacune 5x4 mètres et espacés des autres micro-parcelles des allées d’un mètre
réparties ainsi qu’il suit :
- trois (03) parcelles irriguées par les EUT,
- trois autres irriguées par l’eau de référence (eau potable de l’ONEA).
Le profil du sol a été décrit par Sou (2006, inédits) d’après le triangle textural FAO. Le
tableau II.3 présente les principales caractéristiques physiques du sol. L’horizon (0 – 20cm)
qui nous intéresse est un horizon limoneux sableux.
Tableau II. 3: dénomination des sols selon le triangle textural FAO
Dénomination du sol
suivant la profondeur
pourcentage profondeur
(cm) Sable Silt Argile
limon sableux 60,5 20,7 18,8 0 - 20
limon argilo-sableux 53,0 18,7 28,3 20 - 40
limon argilo-sableux 50,4 21,2 28,5 40 - 60
La période d’exploitation dudit site a été couverte par deux campagnes de culture d’aubergine
donc le cycle végétatif est compris entre 3 et 4 mois. Ces campagnes de mesures ont été
effectuées en 2005-2006 et en 2007-2008 sur le site agronomique de Kossodo. Des parcelles
d’aubergine y sont irriguées par deux types d’eau : (1) les EUT et (2) eau potable du réseau
urbain. A proximité du site expérimental du 2iE, se trouve un périmètre agricole de cultures
de mil qui est cultivé en période hivernale. Cette dernière constitue avec la zone non exploitée
du site agronomique du 2iE des parcelles jamais irriguées. La figure II.4 illustre la
disposition des différentes parcelles couvrant notre zone d’étude.
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre2 : Matériels et méthodes 26
Figure II. 4: plan schématique du site expérimental et de la parcelle de culture de mil.
II.2 MESURES DE LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE A
SATURATION
La caractérisation des sols et la compréhension de leur dynamique nécessitent des
observations et des mesures de terrain ainsi que des mesures et des analyses en laboratoire. A
cet effet la présente étude a permis de mettre en évidence deux types de dispositifs : l’un
portant sur le site expérimental au champ (méthode In situ) et un autre dispositif
expérimental en conditions contrôlées (laboratoire). Dans notre cas, cette étude doit nous
permettre de vérifier notre hypothèse de départ selon laquelle l’influence sur le devenir des
MES, dont la presque la quasi-totalité est retenue en surface du sol obstruant ainsi les pores et
entraînant comme conséquence la diminution de la conductivité hydraulique à saturation.
II.2.1 MESURE IN SITU.
Les mesures réalisées dans le cadre de l’expérimentation au champ ont été concentrées sur le
site expérimental de Kossodo et la parcelle réservée à la culture du mil. Le choix des
différents points de mesure a été fait d’une manière aléatoire sur les différents types de sol.
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre2 : Matériels et méthodes 27
Elles sont notamment portées sur trois types de sol. A savoir :
- Les sols de type 1 : constitués des parcelles jamais irriguées (parcelle affectée à la
culture de mil, et sol jamais utilisé) ;
- Les sols de type 2 : ce sont des parcelles irriguées par l’eau de référence (EP réseau
ONEA) ;
Les sols de type 3 : qui sont des parcelles irriguées par les EUT de la step de Kossodo.
-
II.2.1.1 MATERIELS UTILISES
Le dispositif expérimental schématisé en Figure II.5 est composé de trois parties principales
à savoir :
- (1) Un disque d’alimentation poreux muni d’une membrane à sa base en contact avec
le sol. Alimenté en eau par un réservoir d’alimentation gradué à partir d’un tube de liaison,
ce disque établit la continuité hydraulique avec le sol,
- (2) le réservoir principal (ou réservoir d’alimentation) qui se vide en fonction du flux
d’eau s’écoulant dans le sol,
- (3) le réservoir secondaire (encore appelé vase de Mariotte) permet de régler le
potentiel de l’eau au niveau de la surface du sol.
Les autres matériels utilisés sont :
- le chronomètre,
- le niveau à bulle d’air,
- un mètre de maçon,
- la truelle,
- récipients.
II.2.1.2 Le protocole expérimental
L’eau utilisée :
Les différentes mesures ont été effectuées avec des eaux distillées donc la température était
susceptible de varier au cours de la journée à cause d’un défaut de conservation. Cette
initiative a été prise dans l’optique de pallier à la formation des bulles d’air contraignant au
cours du déroulement de l’infiltration.
La préparation de la surface du sol :
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre2 : Matériels et méthodes 28
La mesure par TRIMS est réalisée à la surface du sol, sur un lit de sable fin (ayant traversé le
tamis de 0,08) qui aplanit la surface et permet de réaliser des mesures sans destruction de la
surface. Ces dispositions permettent d’assurer le meilleur contact hydraulique possible entre
la membrane et le sol à caractériser. La mesure intègre les premiers centimètres du sol et une
surface circulaire de 44,5 mm de diamètre correspondant à celle du disque utilisé.
Le suivi de l’évolution de l’infiltration :
Au cours des différentes mesures d’infiltration effectuées sur le terrain, nous avons enregistré
l’évolution du niveau de l’eau dans le réservoir principal à intervalle de temps régulier jusqu’à
l’obtention d’un taux d’infiltration régulier. Le disque, une fois positionné sur le sol, n’est pas
déplacé pour effectuer les mesures correspondant aux trois (03) potentiels. L’opération est
répétée au même endroit pour chaque potentiel dans l’ordre croissant (soit respectivement sur
-15, -6 et -3 cm) ; ce qui permet de limiter les effets de la variabilité spatiale.
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre2 : Matériels et méthodes 29
Figure II. 5: Infiltromètre à membrane
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre2 : Matériels et méthodes 30
II.2.1.3 METHODE UTILISEE
Ce système est encore appelé TRIMS (Triple Ring Infiltrometer at Multiple Suctions).
L’infiltrométrie à disque permet de mesurer l’infiltration dans le sol en conditions
axisymétriques sous un potentiel hydrique négatif ou nul imposé à la surface du sol. Pour
cette technique on considère que le régime permanent de l’infiltration est la somme d’un flux
d’infiltration monodirectionnelle verticale tendant asymptotiquement vers K et d’un terme
supplémentaire correspondant à la géométrie latérale de l’écoulement. Cette expression
(Wooding, 1968) s’écrit :
rKQ
41
q : débit volumique par unité de surface (m.s-1)
K : conductivité hydraulique (m.s-1)
r : rayon de la source (m)
Nous avons appliqué la méthode multi-potentiels en régime permanent (Reynolds et Elrick,
1991 ; Ankeny et al. 1991) (voir annexe 4) Cette méthode, basée sur la formule de Gardner
(1958) suppose ainsi que K (h) = KS
plusieurs potentiels imposés h (-15 cm, -6cm ; -3cm) et on obtient un système de deux
équations q=f (h) à deux inconnues KS
l’expression de la conductivité hydraulique à saturation K en fonction de la succion h.
Grâce à l’expression de Wooding on obtient l’expression suivante :
ar
ahKrhQ sat..
41).exp(...)( 1
2
1
Et sous forme logarithmique :
hr
KhQ sat
4
1.ln)(ln1 (1)
Dés lors, il suffit de mesurer q pour deux valeurs successives de succion imposée h pour
déterminer les valeurs de la pente de la droite et de son ordonnée à l’origine, soit à connaître
S. Si l’expression précédente était parfaitement vérifiée, les différentes valeurs de q
obtenues pour des h croissants seraient alignées sur la droite ln (q) = f (h).
Par la suite, on trace la droite reliant ces 3 points avec son équation.
On obtient : y = ax + b (2)
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre2 : Matériels et méthodes 31
avec : y = ln q et x étant la succion h
d’où en reliant les équations (1) et (2), on obtient :
a = α
b = ln (Ks (1+4/πrα))
Ce qui nous permet de trouver la conductivité hydraulique à saturation Ksat.
II.2.1.4 LIMITES DE L’ETUDE
Les mesures ont été effectuées :
peu de temps après l’entretien des parcelles maraîchères (enlèvement des mauvaises
herbes),
cinq mois après les récoltes de la culture du mil,
au mois d’Avril lorsque les températures sont au maximum.
Ce qui permet de dire que la structure du sol n’était pas la même sur les différents sols lors
des mesures sur le terrain.
Il convient de signifier que les parcelles jamais irriguées étaient particulièrement marquées
par par la sécheresse et ne bénéficiaient d’aucun d’entretien au détriment des autres parcelles.
II.2.2 MESURE AU LABORATOIRE
II.2.2.1 Dispositif expérimental
Le dispositif expérimental schématisé sur la figure II.6 est constitué d’une cellule de mesure
comprenant trois principales parties à savoir :
- une cuve supérieure,
- une partie inférieure,
- et une partie intermédiaire.
La cuve supérieure:
Il comprend :
- un puits central conçu pour limiter la charge de l’eau de 30 mm au dessus de la
surface du sol,
- une gouttière qui entoure le puits central servant à recueillir l’eau qui déborde
du puits central,
- un tuyau d’évacuateur placé sur le réservoir extérieur permettant d’évacuer
l’eau contenue dans la gouttière.
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre2 : Matériels et méthodes 32
L’entonnoir :
Il est placé dans la partie inférieure et chargée de recueillir les eaux percolées (filtrat) et de les
faire convergées dans le bécher;
La partie intermédiaire encore appelé « bloc d’échantillon » :
Elle est constituée d’un cône cylindrique en PVC (de diamètre 45 mm et de hauteur 50mm)
contenant l’échantillon de sol non remanié. Cette dernière est étanche à ses extrêmisées et
repose dans sa génératrice inférieure sur un support perforé.
Le réservoir d’alimentation
La cuve de mesure est alimentée par un réservoir contenant de l’eau à examiner, munie d’une
vanne à sa partie inférieure ;
Le puits perdu
Il s’agit d’un récipient destiné à récupérer le trop plein d’eau issu de la gouttière.
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Chapitre2 : Matériels et méthodes 33
Figure II. 6: dispositif expérimental « le perméamètre à charge constante »
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Chapitre2 : Matériels et méthodes 34
II.2.2.2 le protocole expérimental
STRATEGIE D’ECHANTILLONNAGE
Les échantillons ont été prélevés sur le site expérimental de Kossodo. Le sol étant à un stade
de dessiccation avancé ; celui-ci est préalablement mouillé par l’eau potable de l’ONEA, soit
24 heures plutôt avant son extraction. Au cours de leur l’extraction, nous avons utilisé des
cônes cylindriques en PVC de caractéristiques diamètre 45 mm et de hauteur 50 mm. Ils sont
ensuite soigneusement emballés dans des sachets en plastique puis installé pour des raisons de
sécurité et de commodité dans un local couvert au 2iE servant en lieu et place de laboratoire.
PREPARATION AU LABORATOIRE
Les échantillons de sol non remanié apportés au laboratoire sont humectés avant leur
utilisation. Posé sur une couche de sable gros grains saturée, l’humectation des échantillons
de sol se fait ainsi vers le bas, et elle peut être considérée comme terminée lorsqu’un morceau
de buvard (bout de papier blanc) posé sur la face supérieure de l’échantillon se trouve imbibé
d’eau.
CARACTERISATION DES EAUX UTILISEES
- Dans l’optique de caractériser les différents types d’eau à utiliser au cours des mesures
d’infiltration au laboratoire, nous avons jugé nécessaire de procéder aux mesures des
paramètres de pollution organique (MES, DCO, DBO5). Ces paramètres sont mesurés dans
les différentes eaux appliquées sur les cônes et dans les filtrats en sortie des cônes pour le cas
des EUT.
Pour atteindre cet objectif, les paramètres de mesure, les méthodes d’analyse et les matériels
utilisés sont résumés dans le tableau I.4. Le protocole d’analyse des différents protocole sont
disponibles en annexe 1
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Chapitre2 : Matériels et méthodes 35
Tableau II. 4: synthèse des paramètres (DCO, DBO5, MES), méthodes et matériels utilisés
PARAMETRES MATERIELS ET TECHNIQUES
D’ANALYSE
PRECISION PROTOCOLE
DCO
Oxydation par le dichromate de
potassium puis lecture au spectromètre
DR 2000. Longueur d’onde λ=620 nm
0,1
Voir annexe 3b
DBO5 Méthode Manométrique
Appareil : IS602 WTW
10%
Voir annexe 3c
MES Méthode par filtration sur membrane,
séchage a 105°C et pesées
différentielles.
5%
Voir annexe 3a
La détermination des différents paramètres (DBO5, DCO, MES) a porté sur les eaux suivant :
o L’eau potable de l’ONEA (eau de référence) ;
o Les eaux usées traitées de la STEP de Kossodo ;
o Les eaux usées traitées de Kossodo filtrées ;
o Les eaux usées traitées percolées.
LE SUIVI ET L’EVOLUTION DE L’INFILTRATION
Au cours de cette étude, nous avons suivi la filtration de trois types d’eau (eaux usées traitées,
eaux usées traitées filtrées, et l’eau de référence) à travers un échantillon de sol. Le principe
de l’étude acquis consistait à faire percoler les eaux sur la surface du sol non remanié sous
une charge constante de 3 cm. Ce qui nous a permis de mesurer le volume d’eau percolée sur
un intervalle de temps régulier (voir annexe 3). Les mesures ont été suivies jusqu’à ce que le
régime permanent soit établit. Au cours de ces mesures, nous avons distingué deux périodes.
Une période instable au cours duquel le filtrat à la sortie du cône est variable sur des
intervalles de temps et une période où il ne varie plus en fonction du temps. C’est cette
dernière qui nous intéresse, car elle indique que notre sol est à saturation.
Au cours du déroulement de l’essai au laboratoire, nous avons procédé au suivie de la
percolation en utilisant trois (03) types d’eau différente. Le principe consistait a faire percoler
les trois type d’eau à charge constante à travers un échantillon de sol non remanié. Suite à
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Chapitre2 : Matériels et méthodes 36
l’apparition de la première goutte, nous avons déterminé le volume du filtrat pendant un
temps déterminé. Les mesures sont répétées à intervalle de temps régulier sans interrompre la
percolation jusqu’au moment où le régime permanent semble être atteint, c'est-à-dire lorsque
le volume d’eau recueilli ne varie plus en fonction du temps.
L’eau percolée est recueillie dans des béchers placés en dessous de la partie inférieure de
réception des eaux percolées, et mesuré ensuite sur des éprouvettes de 10 ml.
II.2.2.3 LE SUIVI ANALYTIQUE DES EAUX USEES
Les paramètres chimiques mesurés dans l’eau appliquée sur les cônes et dans le filtrat en
sortie des cônes sont:
- les matières en suspension,
- la demande chimique en oxygène (DCO) représentant la DCO dissoute
- la demande biologique en oxygène après 5 jours (DBO5). Ce paramètre n’a pu être
mesuré après percolation. Les quantités d’eau recueillie après percolation n’étant pas
suffisantes.
Les mesures des concentrations en matières organiques (MES, DCO) avant et après
percolation sont effectués au cours de l’essai. L’échantillon pour l’eau brute est prélevé sur
l’eau d’alimentation des cônes tandis que celui de l’eau percolée est prélevé sur le filtrat issu
d’une séquence d’alimentation.
II.2.2.4 METHODE UTILISEE
La conductivité hydraulique à saturation Ks a été déterminée à partir de la Loi de Darcy (voir
annexe 5). Pour une même charge hydraulique, Darcy (1856) définit un coefficient de
perméabilité Ks dépendant du type de milieu poreux. L’équation de Darcy utilisée pour
calculer la conductivité hydraulique à saturation ks (Hillel, 1980) est définie ainsi qu’il suit :
HqZKs
Avec :
q : débit d’eau transitant l’échantillon à un intervalle de temps précis (m3/s),
Z : hauteur de l’échantillon de sol non remanié (m),
ΔH : charge hydraulique constante (m)
ΔH/Z : gradient hydraulique ou perte de charge par unité de longueur (m).
Chacune des expérimentations est arrêtée lorsque le taux d’infiltration régulier semble être
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre2 : Matériels et méthodes 37
établit, c'est-à-dire lorsque le volume d’eau recueilli ne varie plus en fonction du temps.
II.2.2.5 LIMITES DE L’ETUDE
Au cours de cette étude, certaines insuffisances ont été notées parmi lesquelles :
- la difficulté à conserver les EUT et des échantillons de sol,
- variation des concentrations en éléments polluants des effluents d’un jour à un autre,
- la difficulté d’obtenir un échantillon de sol parfaitement intact compte tenu du fait que
l’action qu’on appliquait sur le dispositif d’extraction pouvait affecter l’échantillon,
- le suivi des mesures a été effectué avec trois (03) dispositifs ; ce qui n’exclut pas
cependant que des différences soient intervenues lors de la réalisation.
CONCLUSION PARTIELLE
La méthodologie utilisée nous a permis d’atteindre les objectifs spécifiques de notre travail,
parmi lesquels il y a :
- les mesures de la conductivité hydraulique à saturation sur le terrain et au laboratoire
(la disparité des Ks sur les différentes parcelles),
- le suivi des paramètres chimiques des eaux usées traitées,
Les valeurs de la conductivité hydraulique à saturation sur les différents types de sol, les
concentrations des paramètres de pollution organique (MES, DBO5, DCO) avant et après
l’infiltration, la réduction de la vitesse d’infiltration, l’augmentation du temps d’infiltration,
l’évolution du volume d’eau recueilli sur un intervalle de temps régulier, vont nous permettre
après analyse et interprétation d’identifier l’influence des matières en suspension contenues
dans les eaux usées traitées sur le sol.
Chapitre3 : Résultats 38
CHAPITRE III
RESULTATS
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Chapitre3 : Résultats 39
III. RESULTATS ET INTERPRETATIONS
Ce présent chapitre présente les résultats et l’interprétation des mesures in situ et des
essais réalisés au laboratoire.
III.1. RESULTATS DE LA CONDUCTIVITE HYDRAULIQUE A
SATURATION.
III.1.1. RESULTATS DES MESURES In situ
Les résultats de Ksat in situ présentés ci-dessous ont pour vocation de dresser un état
des lieux des conductivités hydrauliques à saturation de la zone d’étude selon les différentes
eaux d’irrigation appliquées sur les parcelles durant deux saisons successives. Nous nous
permettons de rappeler ces types d’eau qui sont :
- les eaux usées traitées de la STEP,
- et l’eau potable du réseau de la ville.
Les mesures du taux d’infiltration en fonction du temps sont répertoriées en annexe 2.
La figure III.1 (sol de référence) donne un exemple graphique de l’évolution du taux
d’infiltration en fonction du temps. Les autres mesures présentent la même évolution. Ainsi,
D’après ces résultats, on constate l’accroissement du flux d’infiltration lorsque le potentiel
d’infiltration croît de -15 à -3 cm (Figure III.2). Cet accroissement est dû à la mise en
fonctionnement de pores (Coquet et al, 2000).
Représentation de l'évolution du flux d'infiltration
en fonction du temps
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25
temps (min)
flu
x (
mm
/h)
150 mm
60 mm
30 mm
Figure III. 1: graphique de l’évolution du flux d’infiltration en fonction du temps.
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre3 : Résultats 40
y = 0,0019x + 2,7928
R2 = 0,8909
2,5
2,5
2,6
2,6
2,7
2,7
2,8
2,8
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBar
ln q
Figure III. 2: accroissement du flux d’infiltration en fonction de la succion.
Les valeurs de Ksat ont été calculées à partir de ces données, selon la méthode multi
potentielle (Ankeny et al, 1991)
Les résultats sont consignés dans le tableau III.1. Ce tableau montre que les Ksat obtenus
suivant les types de sol sont comparables. Ceci est autant plus vrai dans le cas des sols jamais
irrigués qui ont un Ksat faible compris entre 0,91 et 1,72 mm/h. La classe des Ksat des autres
sols est modérément élevée.
Tableau III. 1: Valeurs moyennes des Ksat mesurées sur les différents sols.
Type de Parcelles Mesure 2 Mesure 3 Mesure 4 Moyenne
Sol type 1 (non
maraîcher)
Parcelle jamais
irriguée 1,72 1,69 0,91 1,44
Parcelle de culture
hivernale (mil) 3,51 4,93 4,69 4,38
Sol type 2 parcelles maraîchères
irriguées par ER 11,27 11,11 13,39 11,92
Sol type 3 Parcelles maraîchères
irriguées par les EUT 5,20 6,52 4,00 5,24
NM1 : jamais irrigué, NM2 : jamais irrigué de culture hiverna, ER : irrigué par l’Eau du réseau, EUT : irrigué
par l’EUT
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre3 : Résultats 41
Dans l’optique de confirmer que les Ksat sont comparables entre les différents types de sol,
nous avons procédé au traitement statistique des résultats obtenus. Le tableau III.2 renseigne
sur les résultats d’étude statistique effectuée suivant la méthode test t student sur l’hypothèse
que les variances théoriques sont égales. Ces études révèlent que sur un intervalle de
confiance à 95% de la différence des moyennes, l’hypothèse nulle d’égalité des moyennes est
rejeté, ce qui nous permet donc de dire que les différences de Ksat obtenues entre les différents
sols sont significatives.
Tableau III. 2: Résultats de l’analyse statistique des valeurs de Ksat sur les différents sols.
Interprétations des résultats In situ
Des résultats obtenus, nous constatons que le Ksat moyen des sols témoins (sol ER) est trois
fois supérieur a celui des sols irriguées avec les EUT. Les parcelles ayant reçu ces deux types
d’eau d’irrigation ont été labourés aux mêmes périodes à une fréquence moyenne d’une fois
par semaine. On peut donc avancer deux suppositions :
- le labour à favoriser le Ksat des parcelles ER, par rapport aux parcelles NM1 et NM2
jamais labourées, ce qui explique le Ksat moyen relativement faible de ces deux types de
sols, par rapport au sol ER.
- Malgré le labour régulier des sols EUT, ces derniers présentent des Ksat trois fois
inférieurs a celui des parcelles ER, et comparable a celui des parcelles jamais labourées.
La forte hypothèse pouvant expliquer cette faible conductivité hydraulique est le
colmatage de ces sols par l’apport des MES via les eaux usées traitées.
Les résultats de mesures de Ksat au laboratoire, sur des échantillons de sol prélevés au
niveau des sols jamais irrigués (sols type NM) devraient confirmer ou infirmer cette
Désignation Type de Parcelles Effectif Moyenne Variance Ecart-type
Sol type 1 (non
maraîcher)
Parcelle jamais
irriguée 3 1,440 0,211 0,459
Parcelle de culture
hivernale (mil) 3 4,377 0,578 0,760
Sol type 2 parcelles maraîchères
irriguées par ER 3 11,923 1,620 1,273
Sol type 3 Parcelles maraîchères
irriguées par les EUT 3 5,240 1,589 1,260
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre3 : Résultats 42
hypothèse,
III.1.2. RESULTATS DES MESURES AU LABORATOIRE.
La représentation du volume d’eau recueilli, en fonction du temps et les types d’eaux utilisées
à l’image de celle de la figure III.3 sont joints en annexe 3. Ce graphique permet de mettre
en évidence l’atteinte du régime permanent, caractérisé par un volume d’eau percolé
approximativement identique en fonction du temps. Elle décrit en effet la période où le
régime permanent est établit. Ce renseignement est indispensable dans la détermination de
Ksat car c’est le régime permanent qui traduit l’état de saturation de l’échantillon.
f(t)=v
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 50 100 150
temps cum. (mn)
vo
l in
f. (
ml)
Figure III. 3: Evolution du volume d’EUT en fonction du temps
Comme il est décrit en détail dans le chapitre matériel et méthode, ce volet de l’étude a
nécessité d’une part la caractérisation des eaux utilisées pour les essais d’infiltration et d’autre
part, les mesures d’infiltration à partir du dispositif que l’on appellera le perméamètre à
charge constante.
III.1.2.1 Caractérisation des eaux utilisées
Les eaux utilisées dans le cadre des mesures d’infiltration sont de trois types :
- eau potable du réseau ONEA,
- EUT,
- EUT filtrée
. Les résultats des paramètres des eaux utilisées pour les mesures de Ksat au laboratoire sont
représentés dans le tableau III.3.
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre3 : Résultats 43
Tableau III. 3: paramètres des matières en suspension, matières oxydables et/ou matières organiques
des différentes eaux utilisées.
PARAMETRES
DES EAUX
LES TYPES D’EAU UTILISEES
EP ONEA EUT Kossodo EUT sans MES
DCO (mg/l) 14 450 254
DBO5 (mg/l) 10 310 85
MES (mg/l) 0 242 0
Les eaux percolées à travers l’échantillon de sol sont analysées sur la base des mêmes
paramètres ayant servies à caractériser les eaux utilisées, cela afin d’avoir une estimation de la
réduction des paramètres après infiltration de l’eau dans le sol.
D’après le tableau III.3, les eaux du réseau sont dépourvues de MES et contiennent très peu
de matières oxydables et/ou biodégradables, ce qui en fait un excellent témoin dans le cadre
de cette étude.
Les résultats de ce tableau montrent également une diminution de 72 % de la DBO5 des EUT,
lorsqu’elles sont débarrassées de leurs matières en suspension. On peut donc admettre que les
MES de ces eaux sont majoritairement biodégradables, ce qui mérite d’être souligné dans la
mesure où la STEP de Kossodo a vocation de traiter à la fois les eaux usées domestiques et
industrielles. A ce propos on note néanmoins que la diminution de la DCO après élimination
des MES est inférieure a 50%, ce qui peut traduire à la fois, la présence de colloïdes non
filtrés mais également une fraction sans doute importance d’éléments oxydables dissous. Si la
fraction colloïdale de ces EUT filtrées est important, dans le cas où elles seraient utilisées a
grande échelle pour l’irrigation, elles auraient un pouvoir colmatant à long terme sur les sols.
III.1.2.2 Conductivité hydraulique à saturation
A partir des différents types d’eau (dont les caractéristiques ont été présentées dans le chapitre
précédent), les essais au perméamètre à charge constante ont été effectués. Les valeurs de la
conductivité hydraulique à saturation qui en résultent sont résumées dans le tableau III.4.
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre3 : Résultats 44
Tableau III. 4: Conductivité hydraulique à saturation suivant les types d’eau utilisées.
Tableau III. 5 : résultat de l’analyse statistique des Ksat mesurés au laboratoire.
Nature de l’eau
utilisée Effectif Moyenne Variance Ecart-type
Eau de référence 5 3,294 0,225 0,475
Eau usée Traitée 5 0,588 0,063 0,251
Eau usée Filtrée 5 2,146 0,245 0,495
Interprétations des résultats
Dans l’optique de déceler la nature du phénomène à l’origine de cette différentiation, une
attention particulière a été observée sur les résultats obtenus au laboratoire. Ces mesures de
Ksat sont effectuées après percolation de trois types d’eau à charge constante sur la surface des
échantillons de sol non remanié. Les résultats qui en découlent bien que faibles par rapport à
ceux réalisés in situ sont beaucoup plus réalistes. En effet, sur les cinq séries de mesures
effectuées par type d’eau les résultats moyennes de Ksat obtenues après percolation des EUT,
ER et EU filtrée sont respectivement de 0,59, 3,29 et 2,15 mm/h.
Les résultats issus du traitement statistique des mesures opérées au laboratoire sont
représentés dans le tableau III.5. L’analyse statistique indique que les valeurs de variance de
l’ER, l’EUT et l’EUT filtrée sont respectivement de 0,225, 0,063 et de 0,245. A ce titre, nous
observons que les différences de Ksat entre les types d’eau sont significatives. Ce qui traduit
donc effectivement que la présence des MES constitue un frein quant à l’infiltration de l’eau
dans le sol.
Désignations Conductivité hydraulique à saturation : Ksat (mm h
-1)
Mesure 1 Mesure 2 Mesure 3 Mesure 4 Mesure 5 Moyenne
Eaux témoins 3,30 4,01 2,83 2,90 3,43 3,29
EUT filtrées 2,01 1,89 1,53 2,71 2,59 2,15
EUT 0,35 0,94 0,35 0,59 0,71 0,59
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre3 : Résultats 45
III.1.3 Comparaison des résultats du Laboratoire et celle in situ
La figure III.4 nous renseigne sur les différents résultats de Ksat obtenus sur le terrain et au
laboratoire. A l’exception des mesures effectuées In situ sur les sols jamais irrigués, ceux
issus des sols irrigués présentent des valeurs de Ksat importantes assimilable à l’effet de
labour.
EUT : eau usée traitée ; ER : eau de référence ; EUC : eau usée traitée filtrée
Figure III. 4: conductivité hydraulique moyenne suivant les mesures effectuées in situ et au
laboratoire
D’après une analyse les résultats obtenus aussi bien au laboratoire que sur le terrain, il
advient que les résultats Ksat issus du sol ER sont quatre fois plus élevés que celle des sols
jamais irrigués. Cependant, les sols de traitement de référence sont deux fois plus élevés que
le sol irrigués par les EUT. Parallèlement à l’étude menée sur le terrain, celle effectuée au
laboratoire confirme une réduction de Ksat due à la présence des MES dans le sol. Ce qui
nous permet de dire qu’il existe une corrélation entre la qualité de l’eau et la conductivité
hydraulique à saturation bien que nous n’ayons pas établit de relation mathématique pour le
démontrer. Quant à l’étude menée au laboratoire, elle révèle que la valeur de Ksat de l’ER est
cinq fois plus élevé que celle issue des EUT. Ce qui sous entend que quelque soit la nature du
sol et les conditions dans lesquelles celle-ci se trouve, les MES contenues dans les EUT
influencent fortement les milieux poreux en le colmatant ce qui entraîne comme conséquence
la diminution de Ksat.
Les différents résultats obtenus nous permettent de constater que les Ksat sont différentes
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre3 : Résultats 46
suivant qu’on soit en présence des sols remaniés (parcelles labourées) ou en présence des sols
intacts (sols non remanié). Compte tenu de notre hypothèse selon laquelle le labour à une
influence sur la détermination du Ksat, il a été indispensable d’examiner les sols exempts de
labour. Les différents résultats de Ksat obtenus pour un sol bénéficiant d’un traitement témoin
et ceux issus des sols jamais irrigués sont comparables comme peut le révéler le graphique de
la Figure III.4. En effet, le Ksat des sols jamais irrigués est compris entre 1,44 et 4,38 mm/h
tandis que celle mesurée au laboratoire à partir de l’eau de référence est de 3,29 mm/h. Ce qui
montre bien que le sol irrigué avec l’eau de référence est comparable au sol jamais irrigué. Ce
qui revient donc à dire qu’en absence de labour, la différence de Ksat entre un sol jamais
irrigué et un sol irrigué par l’eau potable de référence n’est pas significatif. Ce qui confirme
donc que in situ le traitement témoin à une Ksat important à cause du labour.
En effet, les résultats obtenus en absence des labours sur les mesures effectuées au laboratoire
avec l’eau de référence ainsi que celles effectuées in situ sur des parcelles de références sont
respectivement de 3,29 mm/h et 11,92 mm/h. Par contre les résultats des Ksat moyen des sols
jamais irrigués sont compris entre 1,44 et 4,38 mm/h. Ce qui nous permet donc de dire que le
Ksat originel de ses sols sont de l’ordre de 3 mm/h lorsqu’ils sont exempts de labour. Ainsi,
l’impact des MES entraîne une réduction de Ksat du sol de l’ordre de 70 % au laboratoire et 68
% in situ, ce qui représente des ordres de grandeur comparables. Cela indique également que
le labour fréquent des sols irriguées avec les eaux usées traitées n’améliore pas le Ksat,
d’autant plus que ces sols continues à recevoir un apport de MES par ces eaux usées.
III.1.4 Evaluation quantitative des MES retenues par filtration dans le sol.
Les paramètres de la pollution organique au cours de son infiltration au travers du sol subit
une réduction drastique de ces paramètres. La figure III.5 illustre la concentration des MES
et de la DCO respectivement à l’entrée et dans le filtrat à la sortie du cône.
Paramètres DCO et MES avant et aprés
percolation
200
357
9
72
0
50
100
150
200
250
300
350
400
MES (mg/l) DCO (mg/l)
co
ncen
trati
on
(m
g/l
)
Avant
Aprés
Figure III. 5: Evolution de la DCO et des MES avant et après percolation
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre3 : Résultats 47
Les informations issues de ce graphique indiquent qu’une quantité importante des polluants
organiques est retenue au sein des pores obstruant ainsi le massif filtrant. Cet état de la
situation se justifie par la réduction de Ksat., ce qui suscite un intérêt particulier quant à la
connaissance du taux de MES retenu au sein même du massif.
Pour atteindre cet objectif, nous avons jugé indispensable d’évaluer la teneur en MES dans le
sol au cours d’un cycle complet de deux cultures (salades, oignons) chacune cultivée sur une
parcelle d’un (01) hectare et irriguées par les EUT assimilables à celle de Kossodo. Les
hypothèses d’étude ainsi que les résultats des études sont joints en annexe 6. Le tableau III.6
représente les besoins bruts (BB) et les quantités des MES retenues dans le sol au bout du
cycle des cultures d’oignons et des laitues.
Tableau III. 6: Evaluation de la quantité des MES dans le sol au cours d’un cycle
Les résultats obtenus dans le présent chapitre montrent que les valeurs de la conductivité
hydraulique à saturation de notre sol sont comparables d’une eau à une autre. D’après notre
hypothèse cette différence est reliée par la présence d’une forte influence des matières en
suspension sur les sols.
cultures Besoins Bruts
par cycle
(m3/ha)
Concentration des MES
retenue dans le sol
(mg/l)
Quantité des MES retenues
dans le sol au d’un cycle
(tonne)
Oignons 8486,67 191 1621
Laitues 7035 191 1344
Chapitre 4 : Discussion et analyses 48
CHAPITRE IV
DISCUSSION ET ANALYSES
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre 5 : Conclusion et perspectives 49
IV. DISCUSSION ET ANALYSES
Le but de cette étude était de montrer que les matières en suspension contenues dans les EUT
sont à l’origine du colmatage du sol. Pour y arriver, nous avons mesuré la conductivité
hydraulique à saturation aux champs et en conditions contrôlées. L’étude au laboratoire a
consisté à suivre l’infiltration de l’eau à travers un échantillon de sol non remanié à partir
d’un dispositif que nous avons appelé le perméamètre à charge constante. La discussion qui
suit nous permet de confronter les enseignements tirés des résultats et des interprétations en
premier lieu avec les résultats obtenus avec la littérature (état de l’art).
IV.1 LE COLMATAGE DU SOL PAR LES MES.
Les mesures d’infiltration des eaux effectuées in situ et en condition contrôlée rendent
compte des différences qui subsistent quant à la détermination de la conductivité hydraulique
à saturation. Si l’on s’en tient à notre hypothèse de départ, cette différenciation peut être reliée
par la présence des MES dans les EU.
En effet, les résultats d’analyse cités dans l’état de l’art révèlent que le Ksat est un paramètre
indispensable pour la compréhension du changement spectaculaire des propriétés
hydrodynamiques d’un sol. Il permet à ce titre de mieux apprécier l’influence des MES dans
le milieu poreux. Les études menées par Daniel et Bouma, (1974) ; Uebler et Swatzendruber,
(1982) et Vinten et al, (1983a) ont montré que la réduction de la conductivité hydraulique à
saturation d’un sol (Ksat) était observée à la suite d’une accumulation de MES dans le système
poral.
La présente étude nous a permis de mettre en évidence l’influence des MES sur les sols
irrigués. Le rapport d’analyse de la présente étude révèle que pour une concentration en MES
de 0 mg/l (ER) et de 242 mg/l (EUT) la conductivité hydraulique à saturation est
respectivement de 3,29 mm/h et 0, 59 mm/h pour les expérimentations effectuées en
conditions contrôlées.
Une analyse de l’évolution de la teneur en MES à l’entrée du cône et dans le filtrat à la sortie
du cône a permis de constater que 96% des MES était retenu dans le sol. Les résultats
expérimentaux ont également permis de constater que l’impact des MES entraîne une
réduction du Ksat du sol de l’ordre de 70% au laboratoire et 68% in situ. Ces résultats sont
confirmés par les travaux menés par plusieurs auteurs cités dans la synthèse bibliographie. La
littérature établit dans le chapitre de l’état de l’art rapporte que le colmatage physique est due
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 5 : Conclusion et perspectives 50
à l’accumulation des MES présentes dans les EU sur la surface du sol réduisant ainsi sa
porosité (Djedidi et Hassen, 1991 ; De Vries, 1972 ; Rice, 1974) ce qui entraîne par
conséquence la réduction de la conductivité hydraulique à saturation (Vinten et al, 1983a ;
Vaviani et Lovino, 1999).
IV.2. LE MEILLEUR INDICATEUR DE COLMATAGE DU SOL DANS UNE EAU.
Les effluents liquides particulièrement celle des EU sont principalement caractérisés par les
paramètres de pollution tel que la DCO, la DBO5 et les MES. Force est de savoir que ces
paramètres influencent sur le processus de colmatage du sol dans une eau.
Les résultats expérimentaux effectués au cours de cette étude ainsi que la littérature citée dans
l’état de l’art confirment que les MES contenus dans les EU colmatent bel et bien le sol. Bien
que certains auteurs laissent entendre que le volume d’eau usée apporté reste néanmoins un
facteur déterminant (Djedidi et al, 1991), les études conduites par Vaviani et Lovino, (1999)
rapportent que l’apport d’une eau usée peu chargée, sur une longue période peut avoir les
mêmes conséquences qu’un apport relativement ponctuel d’une eau fortement chargée de
MES.
Dans la recherche des éléments de la pollution susceptibles de colmater le sol, nous avons mis
en évidence la DBO5 et la DCO.
Les résultats d’analyse des EUT de Kossodo rapportent que la DBO5 est plus importante que
les MES dans les EUT, ce qui sous attends qu’une partie des matières organiques est sous
forme dissoute (non particulaire), susceptible d’entraîner à terme une accumulation de la
matière organique pouvant aboutir à l’obstruction des pores entraînant par conséquence une
diminution de la conductivité hydraulique à saturation. Cette approche est étayée par les
études de certains auteurs qui ont été cité dans l’état de l’art parmi lesquelles celles menées
par (Magesan et al, 2000) qui rapportent que l’irrigation par les EUT contenant une teneur
élevée de matières organiques entraîne la diminution de la conductivité hydraulique due au
blocage des pores par la présence des matières solides contenues dans les EUT.
La présente étude a permis de remarquer que l’élimination des MES dans les EUT réduit
systématiquement la DBO5 et la DCO respectivement de 72% et de 44% entraînant ainsi une
diminution de la conductivité hydraulique à saturation de l’ordre de 35% par rapport au Ksat
de l’eau de référence. Cette diminution des paramètres a également été observée par Béchac et
al (1987) cité dans la synthèse bibliographie qui rapporte qu’une élimination de 80 à 90% des
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 5 : Conclusion et perspectives 51
MES assure une réduction de la charge organique exprimée en DBO5 et en DCO
respectivement de 60 à 70% et 65 à 75%. Ce qui sous entend qu’une eau exempt des MES
peut entraîner la réduction de Ksat en présence de la matière organique oxydable et/ou
biodégradable. Les études menées par Laak (1970) confirment en effet que la DBO5 est un
paramètre indicateur du colmatage. Ces études sont étayées par celle de Rahaingomanana
(1993) qui indique que l’apport d’une DBO soluble en excès par rapport à la capacité
biodégradatrice du sol peut provoquer des conditions anaérobies induisant un colmatage
d’origine microbienne.
Allant dans le même sens que précédemment, le suivi de l’évolution des paramètres des EUT
à l’entrée et dans le filtrat à la sortie du perméamètre a permis d’observer qu’après une
élimination de 96% des MES, 20% de la DCO était retenu dans le sol. Ce qui confirme
qu’une partie des matières en suspension oxydables s’est déposée dans les milieux poreux
susceptibles de dégrader les propriétés physiques du sol causant ainsi une réduction de la
conductivité hydraulique à saturation. Force est de noter que la présence de 254 mg/l de DCO
dans l’EU filtrée renseignent de la présence des colloïdes non retenues lors de la filtration de
l’eau. Ce qui justifie donc le fait que le Ksat des EU filtrées et le Ksat de l’eau de référence
soient comparables. En effet, les colloïdes contribuent au colmatage de la microporosité du
sol. Ce qui sous entend que le colmatage peut être également lié aux propriétés
caractéristiques du sol (texture, structure, porosité). En effet, l’accumulation de la matière
organique dans les milieux poreux dépend des mécanismes liés à la taille et à la nature des
particules ainsi que de la structure du milieux poreux (Silliman, 1995 ; De Vries, 1972).
Au terme de cette étude, il convient de remarquer que les matières en suspension constituent
un indicateur potentiel du colmatage physique. Cependant, il est important de signaler qu’un
rapport DCO/DBO5 relativement élevé indique la présence d’une importance quantité de
matières non biodégradables favorisant des conditions anaérobies, ce qui entraîne à terme
l’obstruction des pores dans le sol.
IV.3. LE COLMATAGE PHYSIQUE, PHENOMENE DE SURFACE
Comme il convient de le rappeler, les résultats d’analyse des EUT montre une forte
diminution de la teneur en MES de l’ordre de 96% entre l’entrée de l’EUT dans le
perméamètre et le filtrat à la sortie du perméamètre. Ce qui indique donc que 191 mg de MES
ont été retenu sur un échantillon de sol de hauteur de 5 cm pour un litre d’eau entraînant ainsi
une réduction de la conductivité hydraulique de 3 fois moins que celle mesurée avec l’eau de
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 5 : Conclusion et perspectives 52
référence. En effet l’épaisseur de 50 mm est généralement assimilée à la partie supérieure de
la croûte terrestre. Au regard des résultats obtenus sur la tranche de sol, il dévie donc
judicieux de dire que le colmatage physique est un phénomène de surface.
L’état de connaissance de l’art sur le colmatage du sol par les MES confirme en effet qu’il
s’agit d’un phénomène superficiel. Les détails d’analyse cités dans le chapitre Etat de l’art
rapportent la réduction de la conductivité hydraulique à saturation est principalement due à
l’accumulation des matières en suspension sur un intervalle de 5 à 10 mm à la partie
supérieure de la colonne du sol.
Eu égard de ce qui précède, il nous revient donc de dire que le sol à un pourvoir épuratoire.
Ce qui explique l'élimination des particules solides en suspension s’effectue essentiellement
dans les horizons de surface.
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 5 : Conclusion et perspectives 53
CHAPITRE V
CONCLUSION ET PERSPECTIVE
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 5 : Conclusion et perspectives 54
CONCLUSION ET PERSPECTIVES
L’objectif de cette étude était de vérifier l’hypothèse d’un colmatage physique du sol, dû à
l’accumulation des MES en surface. Cet objectif s’inscrit dans le contexte scientifique d’une
thèse (Sou, 2005-2009, données inédites) donc l’un des objectifs est d’évaluer l’impact
environnemental des MES contenues dans les EUT sur les périmètres irrigués de la zone
maraîchère de Kossodo. Le principe méthodologie était articulé autour de la rétention des
MES à la surface du sol et aux interactions entre l’apport quantitative de ces MES et
l’évolution du colmatage traduit par la détermination de Ksat.
Pour y parvenir, nous avons mis en œuvre les étapes méthodologiques qui se
distinguent en 2 volets :
une condition expérimentale à champ pour mesurer le Ksat sur trois types de
parcelles distinctes ;
une expérimentation en condition contrôlée permettant d’évaluer l’effet des
différents types d’eau (ER, EUT, EU filtrée) dans le sol et de suivre l’évolution du
colmatage traduit dans notre étude par la mesure du Ksat.
Principaux résultats de cette étude
Le dispositif expérimental (Sou, 2005-2009, données inédites) sur le site agronomique de
Kossodo a permis de cadre pour les mesures in situ. L’état de connaissance de l’art sur le
colmatage physique nous a permis de choisir comme indicateur du colmatage le Ksat aussi
bien sur le terrain qu’en condition contrôlée. Les mesures au laboratoire ont permis de suivre
l’évolution des matières organiques sur des échantillons de sol non remanié à partir d’un
perméamètre à charge constante. Ce qui nous a permis d’identifier que les MES, la DCO et la
BDO5 constituent des indicateurs du colmatage. Les détails d’analyse effectuée ont montré
que le colmatage physique est un phénomène de surface. Ce qui corrobore avec la littérature
citée dans l’état de l’art qui rapporte que le colmatage physique est un phénomène de surface
due à la rétention des MES dans le milieu poral (Djedidi et Hassen, 1991 ; Daniel et Bouma,
1974) entraînant ainsi la diminution du Ksat (Vaviani et Lovino, 1999). La caractérisation des
paramètres des pollutions carbonées contenus dans les EUT à l’entrée du cône et dans le
filtrat à la sortie du cône nous a permis de quantifier la masse des MES retenue dans le sol
irrigué pour les cultures d’oignon et de laitue. Nous avons également observé que la DCO et
la DBO5 étaient susceptibles de réduire le Ksat.
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 5 : Conclusion et perspectives 55
Les détails d'analyse des mesures d’infiltration de l’eau dans le sol lors des expérimentations à
champ sur les parcelles maraîchères irriguées avec les EUT et les EP de l’ONEA, montrent
que les résultats sont cohérents et répondent aux objectifs que nous nous étions fixés aux
départs. Il ressort que les valeurs de conductivité hydraulique à saturation sur les sols irrigués
par les EUT sont comparables à celle des sols irrigués par l’eau potable du réseau ONEA. Les
résultats obtenus nous ont permis d’établit une relation entre les valeurs de Ksat obtenu au
laboratoire sur les échantillons de sol non remanié et celle mesurée in situ ayant subit ou non
le labour. Ce nous a permis de constater que notre site expérimental à un sol limoneux
sableux avec une conductivité hydraulique à saturation de 3 mm/h.
Au vue des résultats obtenus au cours de notre étude aussi bien sur le terrain qu’au
laboratoire, la hiérarchie d’effet des MES était respectée, bien que nous ayons remarqués
qu’une intense activité biologique était susceptible d’être à l’origine du colmatage d’origine
microbienne. Ce qui nous a permis d’évoquer les autres différentes formes de colmatage
(biologique et chimique) dans le chapitre de l’état de l’art, bien que nous n’ayons pas pu les
mettre en évidence. En revanche, nous avons observé qu’une activité biologique importante
favorisait les conditions anaérobiques susceptibles à terme de favoriser un colmatage
d’origine microbienne. Nous déplorons également le fait que nous n’ayons pas effectué des
études sur le colmatage chimique bien que nous l’ayons évoqué sommairement dans l’état de
l’art.
Compte tenu du pas de temps considéré, la présente étude n’a pas pris en compte
l’analyse des effets des matières organiques à long terme ainsi que de l’effet d la présence
d’ions sodium susceptibles d’entraîner une déstructuration du sol (Landberg, 1999). Nous
préconisons donc que d’autres études étalées sur une longue période puissent prendre en
compte tous les facteurs susceptibles de favoriser la dégradation des propriétés
hydrodynamique du sol.
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 5 : Conclusion et perspectives 56
Chapitre 6 : Ouvrages et articles 57
CHAPITRE VI
OUVRAGES ET ARTICLES
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre 6 : Ouvrages et articles 58
OUVRAGES ET ARTICLES
Gaspare Viviani and Massino Iovino (2004), Wastewater Reuse Effects on Soil Hydraulic
Conductivity, Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol 130, No. 6,
December1, 2004,
A.K. Bhardwaj, D. Goldstein, A. Azenkot, G.J. Levy (2007), Irrigation with treated
wastewater under two different irrigation methods: Effect on hydraulic conductivity of
a clay soil,
Naceur DJEDIDI et Abdennaceur Hassen (1991), Propriétés physiques des sols et pouvoir
colmatantdes eaux usées en function de leur degree de traitement, Cah. ORSTOM, sér.
Pédol., vol. XXXVI, n°1, 1991: 3-10.
J.P. Bechac-P. Boutin-B. Mercier-P. Nuer (1987), Traitement des Eaux Usées, Deuxième
édition, Imprimerie de la Manutention à Mayenne, Octobre 1986, N° d’Editeur : 4565.
J. Wethe (2005), Gestion des Eaux Usées : Collecte, Traitement et Valorisation des eaux
usées, Institue Internationale de l’Eau et de l’Environnement (2IE) Burkina Faso,
Decembre 2005.
T. Gnagne (1996), Epuration par infiltration d’eaux usées à forte charge organique en milieu
tropical, Thèse de doctorat, Université de MONPELLIER II,
N. Rahaingomanana (1993), Etude d’un système d’infiltration percolation pour la réutilisation
agricole des eaux usées,Rapport de stage de fin de Maîtrise de sciences et technique :
Genie Sanitaire et Environnement, Université de Paris VII-Val de Marne, 02,
Novembre, 1993.
Vinten, A. J. A., Mingelgrin, U., and Yaron, B. (1983b). “The effect of suspended solids in
wastewater on soil hydraulic conductivity: II. Vertical distribution of suspended solids.” Soil
Sci. Soc. Am. J., 47 (3), 407–412.
De Vries, J. (1972). “Soil filtration of wastewater effluent and the mechanism of pore
clogging.” J. Water Pollut. Control Fed., 44 (3), 565– 573.
Vandevivere, P., and Baveye, P. (1992). “Saturated hydraulic conductivity reductions caused
by aerobic bacteria in sand columns.” Soil Sci. Soc. Am. J., 56 (1), 1–13.
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 6: Ouvrages et articles 59
Laak, R. (1970). “Influence of domestic wastewater pre-treatment on soil clogging.” J. Water
Pollut. Control Fed., 42 (8), 1495–1500.
Lefèvre, F (1988), Epuration des eaux usées par infiltration-percolation: etude expérimentale
et definition du procédé. Thèse en Science de l’Eau et Aménagement. Université des Scinces
du Langdoc, Montpellier II,
Ménoret C., (2001), Traitement d’effluents concentres par cultures fixées sur gravier ou
pouzzolane.Thèse Université de Montpellier II – Cemagref, 267 p.
Sites internet
http://ultime.unblog.fr/2007/04/
http:// cemagref.fr/doc/these/menoret/partie 2.
Htt://tesisenxarxa.net
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Chapitre 7 : Annexes 60
CHAPITRE VII
ANNEXES
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Chapitre 7 : Annexes 61
ANNEXES
Sommaire des annexes
ANNEXE 1: LOCALISATION DE LA ZONE D’ETUDE SUR LA VILLE DE OUAGADOUGOU ......... 56
ANNEXE 2: LOCALISATION DES SITES MARAICHERE DE OUAGADOUGOU ................................ 58
ANNEXE 3: CARACTERISATION DES PARAMETRES DES EAUX UTILISEES .................................. 60
ANNEXE 4: MESURE DE PERMEABILITE (METHODE MULTI POTENTIELLE) .............................. 64
ANNEXE 5: MESURES DE KSAT LABORATOIRE (D’APRES LA FORMULE DE DARCY, 1856) ..... 80
ANNEXE 6: DETERMINATION DES DEBITS D’EAU INFILTRES (MESURE D’INFILTRATION AU
LABORATOIRE) ................................................................................................................................................ 88
ANNEXE 7: PROTOCOLE EXPERIMENTAL (INFILTROMETRE A MEMBRANE) ............................ 90
ANNEXE 8: DETERMINATION KSAT (LOI DE DARCY,1856) ................................................................. 95
ANNEXE 9: PHOTOS ......................................................................................................................................... 97
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Annexes
62
ANNEXE 1:
CARACTERISATION DES PARAMETRES DES
EAUX UTILISEES
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Chapitre 7 : Annexes 63
Protocole d’analyse des différentes eaux utilisées
PROTOCOLE D’ANALYSE DES MES
Matériel nécessaire
- Balance de précision à 0.01g près.
- Tamis de mailles carrées de 5 mm (non indispensable si l'eau ne contient pas de grosses
particules).
- Filtre Büchner.
- Fiole à filtration.
- Pompe à vide.
- Disques filtrants en fibre de verre (ex : qualité GF/C Whatman).
- Etuve ou four.
Protocole
- Sécher à l'étuve pendant deux heures.
- Laver les disques filtrants en fibre de verre à l'eau distillée.
- Peser ensemble le pèse-tare et un filtre pré-traité à 0.01g près. Soit M0
- Filtrer une quantité d’échantillon (V ml) telle que le résidu de filtration soit d’au moins 5mg.
Le volume filtré ne doit pas dépasser 1L et la filtration ne doit pas durer plus d’une demi-heure.
- Mettre en place le porte-filtre Büchner sur la fiole de filtration et brancher la trompe à vide.
- Verser doucement de l'eau à doser sur le centre du filtre. Laisser essorer le filtre.
- Sécher le ensemble le pèse-tare et un filtre pendant deux heures à l'étuve à 105°C.
- Peser l’ensemble le pèse-tare à 0.01g près. Soit M1
Expression des résultats
Les résultats sont exprimés en mg/l de MES
Ils sont donnés à +/- 5%
V
xMMMES
1000)( 21
Annexe1: Caractérisation des paramètres des eaux utilisées
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Chapitre 7 : Annexes 64
PROTOCOLE D’ANALYSE DE LA DCO
Méthode : oxydation des éléments oxydables et mesure au spectromètre
Protocole : DR 2000 HACH Programme 959
Réacteur DCO 10120 Bioblock
- Oxydation des échantillons : 2 essais/échantillon
Contenu des tubes
Essai Blanc
2.5ml d’échantillon 2.5ml d’eau distillée
1.5ml de K2Cr2O7 1.5ml de K2Cr2O7
3.5ml de H2SO4 3,5ml de H2SO4
Réaction exothermique Réaction exothermique
- Mettre l’appareil en marche sur « START ».
- Placer les tubes. Déclenchement automatique du minutage à 150°C, pour 2heures
- Laisser refroidir
- Mesurer la valeur avec la DCO/ DR2000 Programme 959
PROTOCOLE D’ANALYSE DE LA DBO5
Objet : Déterminer la demande biologique en oxygène à 5jours sur des eaux usées par la méthode
manométrique.
Préparation des échantillons : 2 essais/échantillons
Mode opératoire
1. Mesurer le volume d’échantillon et renverser dans un flacon
2. Mettre un barreau magnétique dans chaque flacon
3. Insérer le godet en caoutchouc dans chaque goulot et ajouter 1 à 2 pastille de soude avec une pince
4. Placer le bouchon sans visser totalement
5. Relier le transformateur au secteur et à l’instrument
6. fermer l’incubateur afin d’ajuster la T° à 20°C et laisser agiter pendant 30heures
7. Visser complètement le bouchon des bouteilles et des réservoirs à mercure
8. Aligner minutieusement le zéro de l’échelle au niveau du mercure et noter la cote
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Chapitre 7 : Annexes 65
ANNEXES 2:
Détermination Ksat
(Mesure In situ)
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Chapitre 7 : Annexes 66
Représentation de l'évolution du taux d'infiltration
en fonction du temps
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15
temps (min)
flu
x (
mm
/h)
30 mm
60 mm
150 mm
Représentation de l'évolution du flux d'infiltration
en fonction du temps
0
50
100
150
200
250
0 5 10 15 20 25
temps (min)
flu
x (
mm
/h)
150 mm
60 mm
30 mm
Représentation de l'évolution du flux d'infiltration
en fonction du temps
0
50
100
150
200
0 10 20 30 40
temps (min)
flu
x (
mm
/h)
150 mm
60 mm
30 mm
Représentation de l'évolution du flux d'infiltration
en fonction du temps
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20 25
temps (min)
flu
x (
mm
/h)
150 mm
60 mm
30 mm
0
20
40
60
80
100
120
140
0 5 10 15 20
150 mm
60 mm
30 mm
Représentation de l'évolution du flux d'infiltration
en fonction du temps
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25
temps (min)
flu
x (
mm
/h)
150 mm
60 mm
30 mm
Représentation de l'évolution du flux d'infiltration
en fonction du temps
0
50
100
150
200
250
300
0 5 10 15 20 25
temps (min)
flu
x (
mm
/h)
Série1
Série2
Série3
Représentation de la l'évolution du flux
d'infiltration en fonction du temps
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40 50 60
temps (min)
flu
x (
mm
/h)
150 mm
60 mm
30 mm
Détermination du Régime permanent
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre 7 : Annexes 67
Représentation de l'évolution du flux d'infiltration
en fonction du temps
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 5 10 15 20 25 30
temps (min)
flu
x (
mm
/h)
150 mm
60 mm
30 mm
Représentation de l'évolution du flux d'infiltration
en fonction du temps
0
20
40
60
80
100
120
140
0 10 20 30 40
temps (min)
flu
x (
mm
/h)
150 mm
60 mm
30 mm
Représentation de l'évolution du flux d'infiltration
en fonction du temps
0
50
100
150
200
250
0 10 20 30 40 50
temps (min)
flu
x (
mm
/h)
150 mm
60 mm
30 mm
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre 7 : Annexes 68
MESURE 1
mesure reservoir flux sur sol
Succion en cm mm/min mm/min mm/h log
-150 2,14 0,6612 39,7 3,68
-60 3,623 1,1210 67,3 4,21
-30 3,732 1,1547 69,3 4,24
y = 0,0049x + 4,4367
R2 = 0,9623
3,6
3,7
3,8
3,9
4,0
4,1
4,2
4,3
4,4
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBar
ln q
Equation
a 0,0049
b 4,4367
1 + (4/πrα) b-ln (ks(1+4/πrα))) Ks (mm.h-1) Ks (m.s-1)
7,496 0,0001 11,27 3,1E-06
Détermination Ksat sur les Parcelles Irriguées par l’EP du réseau ONEA
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre 7 : Annexes 69
MESURE 2
mesure reservoir flux sur sol
Succion en cm mm/min mm/min mm/h log
-150 2,012 0,6225 37,4 3,62
-60 3,761 1,1637 69,8 4,25
-30 3,413 1,0560 63,4 4,15
y = 0,005x + 4,4044
R2 = 0,8574
3,5
3,6
3,7
3,8
3,9
4,0
4,1
4,2
4,3
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBar
ln q
Equation
a 0,005
b 4,4044
1 + (4/πrα) b-ln (ks(1+4/πrα))) Ks (mm.h-1) Ks (m.s-1)
7,366 0,0001 11,11 3,1E-06
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre 7 : Annexes 70
MESURE 3
mesure réservoir flux sur sol
Succion en cm mm/min mm/min mm/h log
-150 1,760 0,5446 32,7 3,49
-60 2,993 0,9261 55,6 4,02
-30 3,732 1,1547 69,3 4,24
y = 0,0062x + 4,4085
R2 = 0,9978
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBarln
q
Equation
a 0,0062
b 4,4085
1 + (4/πrα) b-ln (ks(1+4/πrα))) Ks (mm.h-1) Ks (m.s-1)
6,134 0,0003 13,39 3,7E-06
Tableau 4.a : Ce tableau renseigne sur les succions (h) auxquelles les mesures ont été
effectuées, le flux constant (q), le paramètre α et la conductivité hydraulique à saturation
(Ksat) lorsque le régime permanent est établit sur les parcelles irriguées par les eaux témoins
Mesures Succion h
(cm)
Flux au sol q
(mm/h)
Paramètre α
(cm-1
)
Ksat (mm/h)
Mesure 1 -15
-6
39,7
67,3
0,0049
11,27
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 71
-3 69,3
Mesure 2 -15
-6
-3
37,4
69,8
63,4
0,005
11,11
Mesure 3 -15
-6
-3
32,7
55,6
69,3
0,0062
13,39
MESURE 1
mesure reservoir flux sur sol
Succion en cm mm/min mm/min mm/h log
-150 0,500 0,1547 9,3 2,23
-60 1 0,3094 18,6 2,92
-30 1,19 0,3682 22,1 3,10
y = 0,0073x + 3,3351
R2 = 0,9973
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBar
ln q
Equation
a 0,0073
b 3,3351
1 + (4/πrα) b-ln (ks(1+4/πrα))) Ks (mm.h-1) Ks (m.s-1)
5,360 0,0006 5,24 1,5E-06
Détermination Ksat sur les Parcelles Irriguées par l’EUT
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 72
MESURE 2
mesure reservoir flux sur sol
Succion en cm mm/min mm/min mm/h log
-150 0,480 0,1485 8,9 2,19
-60 1,13 0,3496 21,0 3,04
-30 1,24 0,3837 23,0 3,14
y = 0,0083x + 3,4514
R2 = 0,9766
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBar
ln q
Equation
a 0,0083
b 3,4514
1 + (4/πrα) b-ln (ks(1+4/πrα))) Ks (mm.h-1) Ks (m.s-1)
4,835 0,0006 6,52 1,8E-06
MESURE 3
mesure reservoir flux sur sol
Succion en cm mm/min mm/min mm/h log
-150 0,355 0,1098 6,6 1,89
-60 0,685 0,2119 12,7 2,54
-30 1 0,3094 18,6 2,92
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 73
y = 0,0083x + 3,1159
R2 = 0,984
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBar
ln q
Equation
a 0,0083
b 3,1159
1 + (4/πrα) b-ln (ks(1+4/πrα))) Ks (mm.h-1) Ks (m.s-1)
4,835 -0,0001 4,66 1,3E-06
Tableau 4.b : Ce tableau renseigne sur les succions (h) auxquelles les mesures ont été
effectuées, le flux constant (q), le paramètre α et la conductivité hydraulique à saturation
(Ksat) lorsque le régime permanent est établit sur les Parcelle irriguées par les EUT.
Mesures Succion h
(cm)
Flux au sol q
(mm/h)
Paramètre α
(cm-1
)
Ksat (mm/h)
Mesure 1 -15
-6
-3
9,3
18,6
22,1
0,0073
5,24
Mesure 2 -15
-6
-3
8,9
21,0
23,0
0,0083
6,52
Mesure 3 -15
-6
-3
6,6
12,7
18,6
0,0083
4,66
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 74
MESURE 1
mesure reservoir flux sur sol
Succion en cm mm/min mm/min mm/h log
-150 1,493 0,4620 27,7 3,32
-60 2,17 0,6714 40,3 3,70
-30 2 0,6188 37,1 3,61
y = 0,0028x + 3,7708
R2 = 0,8096
3,3
3,4
3,4
3,5
3,5
3,6
3,6
3,7
3,7
3,8
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBar
ln q
Equation
a 0,0028
b 3,7708
1 + (4/πrα) b-ln (ks(1+4/πrα))) Ks (mm.h-1) Ks (m.s-1)
12,368 0,0000 3,51 9,8E-07
MESURE 2
mesure réservoir flux sur sol
Succion en cm mm/min mm/min mm/h log
-150 2,000 0,6188 37,1 3,61
-60 2,38 0,7364 44,2 3,79
-30 2,985 0,9236 55,4 4,01
Détermination Ksat sur les Parcelles non Irriguées de Culture Hivernale
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 75
y = 0,003x + 4,0469
R2 = 0,8781
3,5
3,6
3,7
3,8
3,9
4,0
4,1
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBar
ln q
Equation
a 0,003
b 4,0469
1 + (4/πrα) b-ln (ks(1+4/πrα))) Ks (mm.h-1) Ks (m.s-1)
11,610 0,0002 4,93 1,4E-06
MESURE 3
mesure reservoir flux sur sol
Succion en cm mm/min mm/min mm/h log
-150 1,89 0,5848 35,1 3,56
-60 2,43 0,7519 45,1 3,81
-30 2,71 0,8385 50,3 3,92
y = 0,003x + 3,9981
R2 = 0,9968
3,5
3,6
3,6
3,7
3,7
3,8
3,8
3,9
3,9
4,0
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBar
ln q
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 76
Equation
a 0,003
b 3,9981
1 + (4/πrα) b-ln (ks(1+4/πrα))) Ks (mm.h-1) Ks (m.s-1)
11,610 0,0010 4,69 1,3E-06
Tableau 4.c : Ce tableau renseigne sur les succions (h) auxquelles les mesures ont été
effectuées, le flux constant (q), le paramètre α et la conductivité hydraulique à saturation
(Ksat) lorsque le régime permanent est établit sur les Parcelles non irriguées de culture
hivernale
Mesures Succion h
(cm)
Flux au sol q
(mm/h)
Paramètre α
(cm-1
)
Ksat (mm/h)
Mesure 1 -15
-6
-3
27,7
40,3
37,1
0,0028
3,51
Mesure 2 -15
-6
-3
37,1
44,2
55,4
0,003
4,93
Mesure 3 -15
-6
-3
35,1
45,1
50,3
0,003
4,69
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 77
MESURE 1
mesure reservoir flux sur sol
Succion en cm mm/min mm/min mm/h log
-150 0,25 0,0774 4,6 1,53
-60 0,5 0,1547 9,3 2,23
-30 0,46 0,1423 8,5 2,14
y = 0,0057x + 2,4242
R2 = 0,8805
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBar
ln q
Equation
a 0,0057
b 2,4242
1 + (4/πrα) b-ln (ks(1+4/πrα))) Ks (mm.h-1) Ks (m.s-1)
6,584 0,0004 1,71 4,8E-07
MESURE 2
mesure reservoir flux sur sol
Succion en cm mm/min mm/min mm/h log
-150 0,22 0,0681 4,1 1,41
-60 0,33 0,1021 6,1 1,81
-30 0,5 0,1547 9,3 2,23
Détermination des Ksat sur les Parcelles jamais Irriguées
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 78
y = 0,0063x + 2,3201
R2 = 0,9193
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBar
ln q
Equation
a 0,0057
b 2,3201
1 + (4/πrα) b-ln (ks(1+4/πrα))) Ks (mm.h-1) Ks (m.s-1)
6,053 0,0001 1,68 4,7E-07
MESURE 3
Désignations caractéristiques infiltromètre
Diamètre cm A cm2
Surface membrane nylon 8 50,3
surface réservoir 4,45 15,6
Rapport 0,3094
mesure reservoir flux sur sol
Succion en cm mm/min mm/min mm/h log
-150 0,67 0,2073 12,4 2,52
-60 0,75 0,2321 13,9 2,63
-30 0,86 0,2661 16,0 2,77
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 79
y = 0,0019x + 2,7928
R2 = 0,8909
2,5
2,5
2,6
2,6
2,7
2,7
2,8
2,8
-200 -150 -100 -50 0
Succion effectué en mBar
ln q
Equation
a 0,0019
b 2,7928
1 + (4/πrα) b-ln (ks(1+4/πrα))) Ks (mm.h-1) Ks (m.s-1)
17,753 -0,0003 0,92 2,6E-07
Tableau 4.d : Ce tableau renseigne sur les succions (h) auxquelles les mesures ont été
effectuées, le flux constant (q), le paramètre α et la conductivité hydraulique à saturation
(Ksat) lorsque le régime permanent est établit sur les Parcelles jamais irriguées
Mesures Succion h
(cm)
Flux au sol q
(mm/h)
Paramètre α
(cm-1
)
Ksat (mm/h)
Mesure 1 -15
-6
-3
4,6
9,3
8,5
0,0057
1,71
Mesure 2 -15
-6
-3
4,1
6,1
9,3
0,0057
1,68
Mesure 3 -15
-6
-3
12,4
13,9
16,0
0,0019
0,92
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 80
ANNEXE 3
Mesures de Ksat LABORATOIRE
(D’après la formule de Darcy, 1856)
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 81
Mesure1 Mesure 2
courbe f(t)=v
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0 20 40 60 80 100 120 140
tps cumulés (s)
vo
l. r
ec
ue
illi (
ml)
Mesure 3 Mesure 4
f(t)=v
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 20 40 60 80 100 120 140
tps cum. (mn)
vo
l in
f. (
ml)
Mesure 5
f(t)=v
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 50 100 150
tps cum. (mn)
vo
l. in
filt
ré (
ml)
Figure 3.a : Evolution du volume d’EUT à travers le massif
Détermination de Ksat par infiltration des EUT dans le sol
courbe f(t)=v
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 20 40 60 80 100 120 140
tps cum (mn)
vo
l. r
ec
ue
illi (
ml)
f(t)=v
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 50 100 150
temps cum. (mn)
vo
l in
f. (
ml)
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 82
Tableau 3.a : Détermination de la conductivité hydraulique à saturation (cas des EUT)
Désignations
dimensions
du cylindre surface
A(m²)
temps
d'infiltrat
ion (s)
volume
recueilli
(m3)
débit infiltré
(m3/s)
charge
hydrauliq
ue (m)
Ksat (m/s) Ksat
(mm/h) Ф
(m)
h
(m)
EUT 1 0,045 0,05 0,0016 1200 0,0000003 2,50E-10 0,08 9,829E-08 0,354
EUT 2 0,045 0,05 0,0016 1200 0,0000008 6,67E-10 0,08 2,621E-07 0,944
EUT 3 0,045 0,05 0,0016 1200 0,0000003 2,50E-10 0,08 9,829E-08 0,354
EUT 4 0,045 0,05 0,0016 1200 0,0000005 4,17E-10 0,08 1,638E-07 0,590
EUT 5 0,045 0,05 0,0016 1200 0,0000006 5,00E-10 0,08 1,966E-07 0,708
Mesure 1 Mesure 2
f(t)=v
1,65
1,7
1,75
1,8
1,85
1,9
1,95
2
2,05
0 20 40 60 80 100 120
tps cum. (mn)
vo
l in
f. (
ml)
Mesure 3 Mesure 4
f(t)=v
2,6
2,7
2,8
2,9
3
3,1
3,2
0 50 100 150 200 250
tps cum. (mn)
vol.
inf.
(m
l)
Mesure 5
f(t)=v
3,1
3,2
3,3
3,4
3,5
3,6
3,7
3,8
0 50 100 150
tps cum. (mn)
vo
l in
f. (
ml)
Figure 3.b : Evolution des volumes d’EP à travers le massif
Détermination de Ksat par infiltration de l’eau de référence dans le sol
f(t)=v
0
1
2
3
4
5
6
7
0 50 100 150 200 250
tps cum. (mn)
vo
l in
f. (
ml)
f(t)=v
0
0,5
1
1,5
2
0 20 40 60 80 100
tps cum. (mn)
vo
l in
f. (
ml)
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 83
Tableau 3.b : Détermination de la conductivité hydraulique à saturation (cas Eau Potable)
Désignations
dimensions
du cylindre surface
A(m²)
durée
d'infiltrat
ion (s)
vol. d'eau
recueilli
(m3)
débit
infiltré
(m3)
charge
hydrauli
que ΔH
(m)
Ksat (m/s) Ksat
(mm/h) Ф(m)
h
(m)
EP ONEA 1 0,045 0,05 0,0016 1200 2,8E-06 2,33E-09 0,08 9,17E-07 3,30
EP ONEA 2 0,045 0,05 0,0016 600 1,7E-06 2,83E-09 0,08 1,11E-06 4,01
EP ONEA 3 0,045 0,05 0,0016 600 1,2E-06 2,00E-09 0,08 7,86E-07 2,83
EP ONEA 4 0,045 0,05 0,0016 1320 2,7E-06 2,05E-09 0,08 8,04E-07 2,90
EP ONEA 5 0,045 0,05 0,0016 1320 3,2E-06 2,42E-09 0,08 9,53E-07 3,43
Mesure 1 Mesure 2
f(t)=v
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 50 100 150 200
tps cum. (mn)
vo
l in
f. (
ml)
Mesure 3 Mesure 4
f(t) = v
0
0,5
1
1,5
2
0 50 100 150
temps cum. (mn)
vol i
nfi
ltré
(m
l)
Mesure 5
f(t) = v
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 50 100 150
temps cum. (mn)
vo
l in
filt
ré (
ml)
Figure 3.c : Evolution des volumes EUT sans MES à travers le massif
Détermination de Ksat par infiltration des EU filtrées dans le sol
(EUT sans MES)
f(t)=v
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 50 100 150
tps cum. (ml)
vo
l in
f. (
ml)
f(t) = v
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0 50 100 150
temps cum. (mn)
vo
l in
filt
ré (
ml)
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 84
Tableau 3.c : Détermination de la conductivité hydraulique à saturation (cas EUT sans MES)
Désignations
dimensions du
cylindre surface
A(m²)
temps de
prélévem
ent (s)
vol.
d'eau
recueilli
(m3)
débit
infiltré
(m3/s)
charge
hydraul
ique
ΔH (m)
Ksat (m/s)
Ksat
(mm/h
) Ф (m) h (m)
EUT centrif 1 0,045 0,05 0,0016 1200 1,7E-06 1,42E-09 0,08 5,57E-07 2,01
EUT centrif 2 0,045 0,05 0,0016 1200 1,6E-06 1,33E-09 0,08 5,24E-07 1,89
EUT centrif 3 0,045 0,05 0,0016 1200 1,3E-06 1,08E-09 0,08 4,26E-07 1,53
EUT centrif 4 0,045 0,05 0,0016 1200 2,3E-06 1,92E-09 0,08 7,54E-07 2,71
EUT centrif 5 0,045 0,05 0,0016 1200 2,2E-06 1,83E-09 0,08 7,21E-07 2,59
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 85
ANNEXE 4:
PROTOCOLE EXPERIMENTAL
(Infiltrométre à membrane)
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
réalisée par Philippe Bertrand ENOA NNOMO
Chapitre 7 : Annexes 86
Objectif de l’étude
Il consiste à déterminer l’incidence de la présence des matières en suspension dans les
eaux usées traitées (STEP de KOSSODO) sur la réduction de la perméabilité des sols irrigués.
But de l’essai
Mesurer la conductivité hydraulique à partir du TRIMS (Infiltromètre à membrane SW
080 B) dans trois (03) parcelles distinctes.
Matériels utilisés
- TRIMS (Infiltromètre à membrane SW 080 B)
- Chronomètre,
- Niveau à bulle d’air,
- Mètre de maçon,
- Truelle,
- Récipients
Matériaux
- Sable fin,
- Eau potable.
Choix des sites d’expérimentation
Il sera question d’identifier trois (03) parcelles sur lesquelles nous allons mesurer la
conductivité hydraulique (Ks). A cet effet, nous procéderons à une enquête sur le terrain
auprès des populations riveraines de notre zone d’étude (KOSSODO).
Les parcelles que nous envisageons retenir pour notre expérimentation sont :
- Les parcelles jamais irriguées,
- Les parcelles irriguées avec les eaux usées traitées de KOSSODO (minimum 2 ans),
- Les parcelles témoins irriguées avec des eaux usées traitées sans matières en
suspension.
Protocole expérimental
Il consiste à apporter de l’eau (eau potable) à la surface du sol sous une succion
contrôlée à partir du TRIMS. Trois (03) parcelles distinctes seront mises à contribution (voir
choix du site). Les gammes de potentiels utilisés seront respectivement de 15, 6, et 3 cm.
Au cours de l’infiltration, on enregistrera l’évolution du niveau de l’eau dans le
réservoir principal tous les 60 secondes (1mn).
Annexe 4: Protocole expérimental (infiltrométre à membrane)
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Chapitre 7 : Annexes 87
L’expérience sera arrêtée lorsque le régime pseudo permanent (taux d’infiltration
régulier) semblerai être installé, soit lorsque le réservoir principal est vidé au un tiers (1/3).
Mode opératoire
Les opérations suivantes seront effectuées au cours de notre expérimentation :
Remplir soigneusement sur une surface propre et net le réservoir principal et le
réservoir secondaire respectivement à 5 et 7 cm du bord supérieur avec de l’eau
propre exempte de toute particule en suspension,
Afin de remplir le réservoir principal entre deux mesures, retirer le bouchon à jupe
rabattable et refaire le plein du réservoir jusqu’à 5 cm du bord supérieur,
Glisser le tube de réglage de la tension jusqu’à ce que la tension désirée soit
positionnée,
Glisser le tube flexible (portant la vanne) dans le coude situé sur la face supérieure
du disque d’infiltration. Par la suite, ouvrir la vanne et faire passer l’air résiduel
contenu dans le tube souple vers le haut du réservoir (incliner légèrement l’ensemble
du réservoir)
a. Retirer 2 à 3 premiers centimètres de sol sur un diamètre de 40 cm environ avec une
truelle avant d’installer l’infiltromètre SW 080 B,
b. S’assurer que les conditions d’humidité de la surface du sol sont bonnes,
c. Boucher les petites fissures dans le sol ou les isolées afin de ne pas les remplir de
sable, ce qui augmenterait la surface de contact alimentée en eau,
d. Mettre le matériau de contact (sable fin) en veillant à ce que ce dernier occupe la
même surface que la membrane poreuse du disque,
e. Stabiliser le corps principal de l’infiltromètre et presser doucement le disque
d’infiltration dans le matériau de contact afin d’assurer le meilleur contact possible,
f. Veiller à ce que le réservoir secondaire soit absolument au même niveau que la
membrane poreuse et cela durant les mesures d’infiltration (un niveau à bulle d’air
sera mis en contribution à cet effet),
g. Commencer le chronométrage au contact sable/membrane poreuse (humecter la
surface de sable afin de prévenir une éventuelle pénétration de bulles d’air au travers
de la membrane poreuse),
h. Mesurer l’évolution du niveau d’eau dans le réservoir allant des potentiels hauts vers
les potentiels bas ; au cours du temps en enregistrant les temps de passage du
ménisque devant les graduations du réservoir,
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Chapitre 7 : Annexes 88
Analyse des résultats
Données :
I. Diamètre intérieur du réservoir principal de l’infiltromètre : Φ
II. Le rayon du cercle de sable situé sous la membrane poreuse de l’infiltromètre : r
Après obtention du taux d’infiltration régulier, on aura :
cas 1 :
I. potentiel de l’eau à la source : h1
II. le niveau d’eau moyen infiltré dans le réservoir de l’infiltromètre : H1
cas 2 :
III. potentiel de l’eau à la source : h2
IV. le niveau d’eau moyen infiltré dans le réservoir de l’infiltromètre : H2
Calcul du taux d’infiltration :
4
. 1
2
1
HQ
4
. 2
2
2
HQ
Calcul du paramètre a :
)(
)/ln(
12
12
hh
QQa
Calcul de Ksat (par itération)
ar
ahKrhQ sat..
41).exp(...)( 1
2
1
ar
ahKrhQ sat..
41).exp(...)( 2
2
2
Calcul de la conductivité hydraulique en non saturé
).exp(.)( haKhK sat
Schéma descriptif de l’Infiltromètre à disque SW 080 B
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Chapitre 7 : Annexes 89
ANNEXE 5:
Détermination Ksat (loi de Darcy)
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Chapitre 7 : Annexes 90
L'étude du déplacement de l'eau dans un milieu poreux a été conduite expérimentalement par
Darcy en 1856. Pour une même charge hydraulique (même énergie potentielle), Darcy définit
un coefficient de perméabilité K, mesuré en m/s, dépendant du type de milieu poreux. La
quantité d'eau transitant dans ce milieu est proportionnelle à la section totale traversée A, au
coefficient de perméabilité K du milieu et à la charge hydraulique h et inversement
proportionnelle à la longueur l du milieu traversé:
Q(m3/s) = K(m/s).A(m2). h/l
h/l est la perte de charge par unité de longueur, appelée encore gradient hydraulique i :
Q = K. A. i
La vitesse de filtration V est égale au rapport de la quantité d'eau passant en une seconde sur
la surface A. C'est également le produit du coefficient de perméabilité par le gradient
hydraulique: V (m/s) = Q/A = K.h/l
Figure: Dispositif expérimental pour la loi de Darcy.
Source : http://www.u-picardie.fr/beauchamp/cours.qge/du-7.htm
Annexe 5: Détermination Ksat (Loi de Darcy,1856)
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Chapitre 7 : Annexes 91
ANNEXE 6:
Détermination des besoins en Eau des plantes
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Chapitre 7 : Annexes 92
Hypothèse d’étude :
Deux cultures maraîchères (Oignon, Laitue)
Zone de culture : Kossodo (Ouagadougou)
o l’EvapoTranspiration Maximale
Cette étude vise à déterminer les besoins en eau de chaque spéculation proposée. Pour cela, il a été
calculé : l’EvapoTranspiration Maximale (ETM) de la plante par la formule ci-après :
ETM=Kc*ETP
Avec Kc : le coefficient cultural de la plante
et ETP : l’évapotranspiration potentielle
La valeur d’EvapoTranspiration Potentielle (ETP) utilisée est celle de la station météorologique de
Ouagadougou pour la période la plus chaude. Les besoins en eau des cultures sont évalués avec la
valeur de l’évapotranspiration donnée par le service de la météorologie pour le mois de mai 2002 ;
cette valeur est de 201mm soit 6,5 mm/j ou encore 65m3/ha.
o Besoins Nets
Les besoins nets en eau des plantes (BN) sont ensuite calculés par la formule suivante :
BN=ETM-Peff
Peff correspond à la pluviométrie efficace mensuelle. Nous l’avons calculée selon la formule de la
FAO :
Peff=0,75P-25 si P>75mm/mois
Peff=0,60P-10 si P<75mm/mois
Pour chaque spéculation, le besoin de la période sera pris égal au besoin du mois de pointe.
o Besoins Bruts
Les Besoins Bruts (BB) correspondent aux besoins définitifs en eau des plantes. En effet, ils tiennent
compte des pertes au champ dues à la percolation de l’eau dans les couches profondes du sol, au
ruissellement et aux pertes pendant le transport, on parle d’efficience globale. L’efficience globale
dépend donc aussi bien de la nature de sol que de la méthode d’irrigation adoptée.
On a : BB=BN/E
Avec BN, besoins nets
Et E, l’efficience globale
Pour un sol moyen et un système d’irrigation par aspersion, E=75%
ANNEXE 6: EVALUATION DES BESOINS EN EAU DES PLANTES
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Chapitre 7 : Annexes 93
RESULTATS
Besoins en eau d'irrigation de l'oignon vert
Paramètres Novembre Décembre Janvier Février
ETP (mm) 201,00 201,00 201,00 201,00
Kc 0,53 0,7 0,95 1
ETM 106,53 140,70 190,95 201,00
P 1,2 0,2 0,1 0,5
Peff -9,28 -9,88 -9,94 -9,7
Peff 0 0 0 0
BN (mm) 106,53 140,70 190,95 201,00
BN (m3/ha) 1065,30 1407,00 1909,50 2010,00
Nbre de jours 30,00 30,00 30,00 5,00
BN (mm/j)) 3,551 4,69 6,365 40,2
BN (m3/ha/j) 35,51 46,9 63,65 402
E 0,75 0,75 0,75 0,75
BB(m3/ha) 1420,4 1876 2546 2680
Besoins en eau d'irrigation de la salade
Paramètres Novembre Décembre Janvier
ETP (mm) 201 201 201
Kc 0,5 1,05 0,9
ETM 100,50 211,05 180,90
P 1,2 0,2 0,1
Peff -9,28 -9,88 -9,94
Peff 0 0 0
BN (mm) 100,50 211,05 180,90
BN (m3/ha) 1005,00 2110,50 1809,00
Nbre de jours 30,00 30,00 15,00
BN (mm/j)) 3,35 7,035 12,06
BN (m3/ha/j) 33,5 70,35 120,6
E 0,75 0,75 0,75
BB(m3/ha) 1340 2814 2412
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Chapitre 7 : Annexes 94
Détermination des besoins bruts :
Cultures BN période
(mm/mois)
BN période
(m3/ha)
Efficience
globale
BB période
(m3/ha)
BB(m3/ha/j)
Nombre de
jours par
cycle
BB par cycle
(m3/ha)
Oignons 201 2010 0,75 2680,00 89,33 95 8486,67
Salade 211,05 2110,5 0,75 2814,00 93,80 75 7035,00
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Chapitre 7 : Annexes 95
ANNEXE 7:
Album photo
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Chapitre 7 : Annexes 96
Photo 9.1 : Mesure d’infiltration de l’EP au laboratoire Photo 9.2 : Mesure d’infiltration dans le site
Expérimental de Kossodo
. Photo 9.3 : Echantillon de sol prélevé dans le site Photo 9.4 : Zone de prélèvement des échantillons
expérimental de Kossodo d’EUT à la sortie de la STEP de Kossodo.
Annexe 7: Photos
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Chapitre 7 : Annexes 97
RESUME/SUMMARY
Résumé
Le présent travail traite de l’influence de la teneur des matières en suspension (MES) sur
l’infiltration des eaux usées traitées à la surface du sol sous le seul angle du colmatage
physique.
Nous avons mesuré la conductivité hydraulique à saturation suivant deux approches
expérimentales lorsque le régime permanent était établit. Une expérimentation en condition
au champ qui nous a permis de mettre en évidence trois types de sol (sol irrigué par les EUT,
sol jamais irrigué et sol irrigué par l’EP pris comme référence) par la méthode multipotentiel
pour des potentiels de l’eau respectif de -15, -6, -3 cm. Et une expérimentation en condition
contrôlée où nous avons utilisé trois types d’eau : les EUT (MES = 242 mg/l, les EUT filtrées
(MES = 0) et les EP du réseau ONEA (MES = 0) étant prise comme la référence. Nous avons
suivi l’infiltration de ces eaux sur des échantillons de sol non remaniés à partir d’un
dispositif que nous avons appelé le perméamètre à charge constante de 3 cm.
Les résultats obtenus montrent que l’accumulation des MES contenues dans les EUT est la
principale cause du colmatage physique. Ainsi, l’impact des MES entraîne une réduction du
Ksat du sol de l’ordre de 70 % au laboratoire et 68 % in situ.
Mots Clés :
1 – Colmatage physique
2 – Conductivité hydraulique à saturation
3 – Eaux usées
4 – Filtration
5 – Matières en suspension
THEME : Etude de l’influence des matières en suspension sur les sols irrigués par les eaux usées traitées –
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Chapitre 7 : Annexes 98
ABSTRACT:
The present study deals with the effects of suspended particles amounts in Treated
Wastewater infiltration in soil, only on the physical clogging aspect.
We measured the saturated hydraulic conductivity according to two experimental methods
when the permanent regime is reached.
Experimentation under the condition in the field permitted us to test three types of soils (soil
irrigated with Treated Wastewater, soil never irrigated and soil irrigated with Potable Water
taken as reference) by the multipotential method for the potential of water of -15, -6 and -3
cm. And one other experimentation under controlled condition, where we tested three types of
water: Treated Wastewater (SS = 242 mg/l), filtered Treated Wastewater (SS = 0) and
Potable Water from ONEA (SS = 0) taken as reference. The survey of the infiltration of these
waters in some of the not restructured sample of soils with a permeameter of a constant load
of 3 cm has been done.
The results show that the major reason of the physical clogging is due to the accumulation of
the SS from Treated Wastewater. Thus, the impact of SS leads to a reduction of the Ksat for
about 70 % in laboratory and 68 % in the field.
Key words:
1 – Physical clogging
2 – Saturated hydraulic conductivity
3 - Wastewater
4 - Filtration
5 – Suspended solid