ARTICLE
Auteur(s) : Mahamane
Sani Laouali1, Sanoussi Atta2, Harouna Abdoulaye1, Zoubeyrou
Alzouma1, Germaine
Ibro3, Dahiratou
Marafa1,4, Mamane Saadou1
1Université Abdou Moumouni Faculté des sciences
Département de chimie 10662 Niamey Niger
2AGHRYMET Centre régional AGRHYMET BP 11011 Niamey
Niger
3Inran BP 429 Niamey Niger
4École normale supérieure BP 10963 Niamey Niger
Au Niger, le bois-énergie constitue plus de 90 % de la
consommation énergétique des ménages [1]. Le niveau de
consommation en bois est particulièrement élevé dans les villes où
l’accélération du processus d’urbanisation a engendré une
surexploitation des ressources forestières. C’est ainsi que la
consommation en bois-énergie de la ville de Niamey, qui avait une
population de 750 000 habitants en 2001, était estimée à
environ 200 000 tonnes [2]. L’approvisionnement en
bois-énergie et en bois d’œuvre, qui se limitait dans les années
1960 à la collecte individuelle du bois mort à proximité des
habitations, nécessite actuellement des parcours de plusieurs
dizaines de kilomètres en zones rurales et de plus de
100 kilomètres en zones urbaines [3]. Face à cette pression
constante sur les écosystèmes de plus en plus fragilisés, il est
unanimement reconnu et accepté que le devenir des forêts
nigériennes est conditionné par les capacités techniques,
matérielles et humaines de l’État à susciter, organiser et animer
leur gestion durable par les populations locales et les
collectivités territoriales. C’est ainsi que de nombreuses
solutions sont envisagées à travers une approche intégrée afin de
réduire l’abattage des arbres, freiner l’avancée du désert et
régénérer les ressources forestières. C’est dans ce cadre que la
valorisation des eaux usées pour l’irrigation des essences
forestières peut constituer une proposition intéressante pour un
pays comme le Niger. En effet, l’utilisation des eaux usées pour
l’irrigation des espèces forestières à croissance rapide permettra
de produire du bois de chauffe et/ou du fourrage à tout moment et
en divers endroits avec par ailleurs une économie substantielle
d’eau pour ce pays sahélien où la pluviosité est très aléatoire.
Ce qui contribuera à préserver de façon durable le potentiel
ligneux du pays au profit des générations futures.
Plusieurs études menées par des chercheurs de différents pays,
ont montré que l’irrigation à l’aide des eaux usées améliore de
façon significative la croissance de la biomasse ligneuse.
Le gain en croissance des plantes arrosées avec les eaux usées
peut, dans certains cas, dépasser de deux à trois fois celui des
plantes ayant reçu les eaux naturelles [4]. Cependant l’utilisation
des eaux usées, même épurées, présente toujours un certain nombre
de risques pour les hommes et pour l’environnement. Pour assurer
une sécurité totale, un certain nombre de précautions doivent être
prises, dont, entre autres :
- – un choix judicieux d’une technique d’épuration des
eaux usées ;
- – une sélection de techniques d’arrosage convenables
;
- – une utilisation d’espèces végétales appropriées.
L’objectif de cette expérimentation est d’étudier les avantages
de l’utilisation des eaux épurées pour la production du bois de
chauffe et du fourrage au Sahel à partir d’une technique efficace
d’épuration, une méthode fiable d’arrosage et des espèces végétales
à croissance rapide. Nous présentons les résultats obtenus après
32 mois d’expérimentation étalés de mars 2005 à
octobre 2007.
Matériel et méthode
L’essai a été réalisé sur le site expérimental de la faculté des
sciences de l’université Abdou Moumouni de Niamey. Les eaux
usées utilisées proviennent de la résidence des étudiants ; il
s’agit donc d’eaux usées essentiellement domestiques.
Traitement des eaux usées
Les eaux usées ont été épurées par la technique du lagunage naturel
suivie d’une filtration par lit de gravier. C’est une technique qui
a fait ses preuves au Niger et qui a permis de réduire jusqu’à 99 %
les germes de contamination fécale contenus dans les eaux usées
[5]. En outre, elle permet de produire des eaux épurées, très
riches en éléments fertilisants susceptibles d’accélérer la
croissance des plantes.
L’épuration des eaux usées est assurée par une station composée
de trois bassins :
– un décanteur-digesteur primaire en forme de trapèze, d’une
profondeur de 3 m pour 10 m de long et 5 m de large.
Les parois du bassin forment une pente de 45° par rapport à la
verticale ; ce qui permet une bonne répartition des effluents dans
le bassin et limite les zones mortes ;
- – un bassin facultatif avec des parois verticales, d’une
profondeur de 1 m pour 7 m de long et 4 m de large
;
- – un bassin tertiaire en forme de trapèze, de 3 m
de profondeur pour 30 m de long et 10 m de large.
La surface du plan d’eau est d’environ 250 m2.
Les parois de ce bassin forment un angle de 45° par rapport à
la verticale. Le bassin est rempli au 2/3 de gravier sur une
hauteur de 2 m. Une lame d’eau de 50 cm en moyenne est
toujours maintenue au-dessus du gravier.
La station d’épuration est alimentée à raison de
60 m3 d’eaux usées par jour.
Matériel végétal
Il est composé de trois espèces de légumineuses tropicales à
croissance rapide, choisies pour leur aptitude à la production du
bois et du fourrage. Il s’agit d’Acacia angustissima, d’Acacia
crassicarpa et de Gliricidia sepium. Les semences de ces trois
espèces proviennent de la société AgroForester Tropical
Seeds1.
Les espèces ont d’abord crû en pépinière avant d’être
plantées.
Mise en place de la pépinière
Les semences des trois espèces d’arbres ont été désinfectées à
l’alcool à 90°, puis rincées à l’eau stérilisée. Elles ont ensuite
séjourné dans l’acide sulfurique concentré pendant respectivement
5 minutes (G. sepium) et 30 minutes (A. angustissima et
A. crassicarpa) avant d’être rincées à l’eau distillée. Puis
100 graines par espèce ont été mises en germination sur
support buvard dans des boîtes de Pétri contenant de l’eau
distillée, à raison de 10 graines par boîte.
La germination est intervenue au bout de 2 jours pour
l’ensemble des espèces. Les jeunes plants ont ensuite été
transférés dans des pots noirs en plastique de 2 litres, le
30 mars 2005, puis arrosées avec de l’eau usée épurée.
La dose d’irrigation était de 2 litres/pot/jour
fractionnés le matin et l’après-midi.
Le sol de la pépinière était constitué de sable tamisé provenant
du site expérimental de la faculté des sciences mélangé au fumier
dans les proportions de 10/1. Ce sol a ensuite été réparti
dans les pots disposés sur des palettes en bois afin d’être isolés
du sol (figure 1).
Mise en place de la plantation
Après deux mois de croissance en pépinière, les arbres ont été
plantés sur le site expérimental de la faculté des sciences, le
25 mai 2005. Pour chaque espèce d’arbres, 4 rangées de
4 arbres ont été plantées. La densité de plantation était
de 1 mètre entre les lignes et de 2 mètres entre les
arbres sur la même ligne, soit 50 000 arbres à l’hectare.
L’alimentation en eau de la plantation a été réalisée avec des
eaux usées épurées à travers un système d’irrigation de type goutte
à goutte. Ce système offre l’avantage d’une irrigation
localisée et limite les contacts avec les hommes. Les orifices
du tuyau d’irrigation sont régulièrement espacés de
20 centimètres. Les eaux usées épurées sont aspirées par
une pompe commandée par une électrovanne puis envoyées dans une
rampe principale. Les tuyaux goutte à goutte sont disposés le
long des lignes d’arbres perpendiculairement à la rampe.
La dose d’irrigation était de 6 litres d’eau/arbre/jour
pendant toute la durée de l’expérimentation. Cependant, cette dose
a été doublée pendant la période de mars à avril correspondant aux
fortes chaleurs.
Méthodes d’étude
Prélèvement et analyse des eaux usées
Les résultats sur les paramètres physico-chimiques des eaux usées,
proviennent des analyses effectuées sur des prélèvements réalisés
une fois toutes les deux semaines à l’entrée et à la sortie de la
station d’épuration. Concernant les paramètres microbiologiques,
les prélèvements sont réalisés une fois tous les deux mois. Toutes
les analyses sont faites selon les spécifications de la norme
française Afnor [6]. Les prélèvements sont réalisés de façon
instantanée dans des flacons en plastique et conservés au frais
jusqu’au moment des analyses. Le tableau 1 donne les caractéristiques des eaux
à l’entrée et à la sortie de la station d’épuration.
Tableau 1 Caractéristiques des eaux usées à l’entrée et
à la sortie de la station d’épuration.
|
Paramètres mesurés
|
Eaux usées brutes
|
Eaux usées épurées
|
|
Demande biochimique en oxygène (DBO5 : mg/L)
|
378
|
75
|
|
Demande chimique en oxygène (DCO : mg/L)
|
768
|
108
|
|
Matières en suspension (MES : mg/L)
|
426
|
32
|
|
Azote Kjeldhal (NTK : mg/L)
|
104
|
64
|
|
Azote ammoniacal (NH4+ : mg/L)
|
68
|
45
|
|
Orthophosphates (PO43- : mg/L)
|
8,6
|
7,2
|
|
Nitrates (NO3- : mg/L)
|
1,4
|
2,6
|
|
Nitrite (NO2- : mg/L)
|
0,3
|
1,08
|
|
Calcium (Ca2+ : mg/L)
|
65
|
48
|
|
Magnésium (Mg2+ : mg/L)
|
28
|
13
|
|
Sodium (Na+ : mg/L)
|
114
|
86
|
|
Potassium (K+ : mg/L)
|
32
|
24
|
|
Cr (Cr : mg/L)
|
< 0,008
|
< 0,008
|
|
Cadmium (Cd2+ mg/L)
|
< 0,02
|
< 0,002
|
|
Coliformes totaux (UFC/100 mL)
|
6,8.107
|
1,3.103
|
|
PH
|
7,62
|
8,02
|
Mesures de la croissance
et de la production des arbres
Après plantation, des mesures mensuelles du diamètre et de la
hauteur de chaque arbre ont été réalisées pendant une année, de
juin 2005 à mai 2006.
Dans le but de déterminer la production du bois et du fourrage
des différentes espèces plantées, les arbres ont été coupés à
0,5 mètre au-dessus du sol, le 11 juillet 2007. Après un
temps de séchage de 14 jours au soleil, la matière sèche des
feuilles et du bois de chaque arbre a été déterminée.
Le volume du bois en stères (mètres cubes) a aussi été estimé
sur la base de l’équivalence 1 stère = 250 kg.
Une seconde coupe est intervenue 3 mois après la première,
afin de mesurer la capacité de régénération en bois et en fourrage
des trois espèces d’arbres.
Résultats et discussion
Fonctionnement et performances du système
de traitement des eaux usées
Élimination des matières en suspension (MES)
De l’entrée à la sortie des effluents, 92,5 % des MES ont été
éliminés, ce qui est bien au-delà des valeurs fixées par les
directives européennes 91/271/CEE relatives au traitement des eaux
usées urbaines2. La concentration moyenne en MES
des eaux épurées est de 32 mg/L. L’eau est très limpide et ne
présente aucun risque de colmatage pour le système d’irrigation et
du sol.
Une part très importante des matières en suspension est éliminée
dans le premier bassin, avec en moyenne 42 % d’abattement.
Ce bassin est caractérisé par une formation de croûte à la
surface, d’où la nécessité de le racler périodiquement.
Ce phénomène indique que le bassin joue bien son rôle de
décanteur-digesteur où la matière organique en suspension est
éliminée au fond du bassin par précipitation. Une partie de cette
matière organique est décomposée par voie anaérobie. Le gaz
ainsi produit entraîne en surface une partie de la matière
décantée. Des résultats analogues ont été observés par
Charbonnel [7].
Le bassin de filtration est constitué d’une lame d’eau d’environ
50 centimètres au-dessus d’un lit de gravier de 2 mètres
d’épaisseur. Des lentilles d’eau se sont naturellement
développées sur environ la moitié de la surface, ce qui a pour
effet de limiter la prolifération du phytoplancton, source
principale de colmatage de ce type de système.
Élimination de la demande chimique en oxygène
(DCO) et de la demande biochimique en oxygène
(DBO5)
Le tableau 1 indique 86 %
d’abattement moyen sur la DCO et 80 % sur la DBO5. Or les
directives européennes fixent les normes à 75 % de réduction
minimum de la DCO, ce qui montre que le système est performant pour
l’élimination de la matière organique malgré la forte charge
appliquée à l’entrée.
Élimination de l’azote et du phosphore
Contrairement à la pollution organique, l’abattement sur les
composés azotés et phosphorés est relativement faible : 34 % sur
l’azote ammoniacal et seulement 16 % sur les orthophosphates,
valeurs qui se situent en dessous des normes fixées par les
directives européennes. Lorsque les effluents sont rejetés dans les
cours d’eau, la réduction de l’azote et du phosphore est d’une
importance capitale pour éviter le phénomène d’eutrophisation. Mais
dans notre cas, où les effluents sont destinés à l’irrigation, la
présence de l’azote ammoniacal et du phosphore constitue une source
importante d’engrais, directement utilisable par les plantes. Notre
système peut donc être un bon exemple de configuration de station
d’épuration des eaux usées destinées à être utilisées pour
l’irrigation des plantes.
Abattement des germes de contamination fécale
L’abattement en coliformes fécaux est en moyenne de 4,5 unités
logarithmes. Ce résultat est intermédiaire entre celui obtenu
par Koné à Ouagadougou au Burkina Faso [8] et Niang à Dakar au
Sénégal [9]. Les eaux épurées à la sortie de notre système
sont caractérisées par une valeur moyenne en coliformes fécaux de
1,3.103 pour 100 mL. Ces résultats
répondent bien aux recommandations de l’Organisation mondiale de la
santé (OMS) qui préconisent la valeur de 2.103 pour
l’irrigation restrictive.
Bien que les eaux épurées n’aient pas été utilisées pour
l’arrosage des plantes destinées à l’alimentation humaine, nous
avons tenu à effectuer un contrôle de métaux lourds (chrome et
cadmium). Le tableau 1 montre que
nos effluents en sont exempts.
Croissance et production des espèces
Croissance en diamètre et en hauteur
Les figures 2 et 3
montrent l’évolution mensuelle de la croissance respectivement en
diamètre et en hauteur des trois espèces d’arbres au cours d’une
année. Les résultats indiquent des différences significatives
au niveau de la croissance en diamètre des trois espèces. C’est
ainsi qu’au cours des quatre premiers mois de mesure, la plus forte
croissance en diamètre a été enregistrée chez Gliricidia sepium :
environ 6 mm en septembre (figure 2).
Les deux autres espèces ont une croissance en diamètre
identique, mais nettement plus faible, de l’ordre de 4 mm. À
partir du mois d’octobre, il n’existe pas de différences
significatives du diamètre des arbres de Gliricidia sepium et de
ceux de A. crassicarpa qui varie de 7 mm en octobre à
22 mm en février. Le diamètre des arbres de A.
angustissima subit une croissance plus faible pendant cette période
: de 5 à 14,6 mm. À partir du mois de mars, A.
crassicarpa enregistre la plus forte croissance en diamètre et
Gliricidia, la plus faible. A angustisima est intermédiaire. Au
bout de 12 mois de croissance, le diamètre moyen au collet des
arbres était respectivement de 37,61, 22,94 et 30,75 mm.
Des différences importantes existent également entre les trois
espèces au niveau de la croissance en hauteur des arbres (figure 3).
Cependant cette croissance s’effectue différemment par rapport à ce
qui a été précédemment observé pour le diamètre. C’est ainsi que
les arbres de A. angustissima qui ont le plus petit diamètre
pendant toute la période de mesure sont en revanche de plus haute
taille. Leur hauteur est passée de 23,7 à 209 centimètres
en une année. Les arbres de Gliricidia sepium sont de plus
petite taille, avec une hauteur qui a varié de 25,23 à
182,4 centimètres. Ceux de A. crassicarpa, qui ont le plus
fort diamètre, ont cependant une hauteur intermédiaire.
L’augmentation de la hauteur des arbres est particulièrement
importante à partir du septième mois pour l’ensemble des trois
espèces étudiées (figure 4). C’est
ainsi qu’on a observé un triplement de cette hauteur au cours des
cinq derniers mois de l’année (figure 3).
Production en fourrage et en bois
Au bout de 2 ans de croissance, les arbres ont été coupés à
une hauteur de 0,5 mètre au-dessus du sol afin de déterminer
leur production en bois et fourrage. Le tableau 2 donne les rendements obtenus après
la coupe. Les résultats indiquent des différences
significatives de rendement aussi bien en fourrage qu’en bois entre
les trois espèces. Acacia crassicarpa a produit le rendement en
fourrage le plus élevé, 9 200 kg de matière sèche
(MS)/ha. Le plus faible rendement (1 655 kg de
MS/ha) a été enregistré chez G. sepium. Quant à Acacia
angustissima, il a un rendement intermédiaire de 2 630 kg
de MS/ha. La quantité de bois produite par les trois espèces
d’arbres semble être liée à celle du fourrage. C’est ainsi que A.
crassicarpa et A. angustissima qui ont produit les meilleurs
rendements en fourrage ont également donné les rendements en bois
les plus élevés, respectivement 19 900 kg/ha et
18 900 kg/ha. Estimées en volume, ces quantités
correspondent respectivement à 80 stères/ha et 76 stères/ha.
Gliricidia sepium a produit le plus faible rendement en bois,
12 100 kg/ha, soit 48 stères/ha.
Trois mois après cette coupe, une seconde coupe a été réalisée
afin de mesurer la capacité de régénération en bois et en fourrage
des trois espèces. Les résultats montrent que les quantités
produites, qui varient suivant les espèces, sont très importantes
(tableau 2). C’est ainsi que le
meilleur rendement en fourrage (2 950 kg de MS/ha) a été
obtenu chez A. crassicarpa, et le plus faible (1 015 kg
de MS/ha) chez A. angustissima. Avec un rendement de
2 455 kg de MS/ha, Gliricida sepium occupe une position
intermédiaire. Des variations existent également entre espèces
pour le rendement en bois. En effet, ce rendement varie
pratiquement du simple (1 740 kg/ha correspondant à
6,96 stères/ha pour A. crassicarpa) au double
(3 235 kg/ha correspondant à 12,94 stères/ha pour G.
sepium). Acacia angustissima a enregistré un rendement en bois
intermédiaire de 2 230 kg/ha (8,92 stères/ha). On
observe que pour A. crassicarpa, il n’y a pas de correspondance
entre la quantité de fourrage produite (2 950 kg de
MS/ha) et celle de bois (6,96 stères/ha). En effet, l’arbre a
réagi à la première coupe en émettant une touffe de petites
branches portant de nombreuses feuilles, contribuant ainsi à une
production importante de fourrage.
Tableau 2 Rendement en fourrage et en bois des trois
espèces de légumineuses après deux coupes successives.
|
Espèces
|
Coupe 1 : après 2 ans de plantation
|
Coupe 2 : réalisée 3 mois après coupe 1
|
|
MS fourrages (kg/ha)
|
MS bois (kg/ha)[ stères/ha]
|
MS fourrages (kg/ha)
|
MS bois (kg/ha) [stères/ha]
|
|
A. angustissima
|
2 630
|
18 900 [76]
|
1 015
|
2 230 [8, 92]
|
|
A. crassicarpa
|
9 200
|
19 900 [80]
|
2 950
|
1 740 [6, 96]
|
|
G. sepium
|
1 655
|
12 100 [48]
|
2 455
|
3 235 [12, 94]
|
Conclusion
Dans le contexte actuel du Niger, la réutilisation des eaux usées
traitées pour l’irrigation des plantes destinées à la production du
bois d’énergie et du fourrage constitue une bonne opportunité. En
effet, le Niger est caractérisé par des sécheresses récurrentes un
taux d’accroissement de la population très élevé, avec pour
conséquence une pression accrue sur les ressources forestières afin
de satisfaire les besoins énergétiques des ménages. Les eaux
usées produites dans nos grandes villes constituent à n’en point
douter une ressource intéressante aussi bien dans l’atténuation du
déficit hydrique que dans l’apport en éléments nutritifs
directement assimilables par les plantes. Mais la réutilisation de
ces eaux usées doit être effectuée nécessairement avec des
effluents dont la qualité physico-chimique et microbiologique est
en adéquation avec l’usage. Le procédé d’épuration que nous
avons utilisé constitue une alternative efficace pour le traitement
des eaux usées destinées à l’irrigation dans les pays du Sahel.
Il permet d’obtenir des effluents dont les qualités répondent
aux normes exigées pour cet usage, minimisant ainsi les risques
sanitaires.
Les trois espèces que nous avons testées aux cours de notre
expérience, à savoir A. angustissima, A. crassicarpa et
G. sepium, ont bien répondu à l’arrosage par les eaux
traitées. Elles ont permis une production très significative de
bois et du fourrage. Mais nous avons remarqué qu’en termes de
rendement, la production du bois n’est pas liée à celle du
fourrage. La première coupe peut intervenir un an après la
plantation et les autres coupes à des intervalles de deux à trois
mois.
Remerciements
Nous remercions la CEE pour le financement de cette étude dans le
cadre du projet INCO-DC, UBENEFIT (ICA4-CT-2002-10017).
Références
1 Alio H. État des lieux de la stratégie énergie domestique au
Niger. Document de consultation. Sl : PREDAS-CILSS, 2004.
2 Seybou Y. Diagnostic du secteur bois-énergie. Étude sur
la stratégie nationale des énergies domestiques. Document de
consultation. Sl : Cima International, 2005.
3 Laouali EM. Le bois-énergie au Niger : connaissances actuelles
et tendances. www.fao.org/DOCREP/004/X6798F/X6798F00.HTM
4 Laouali G, Delisle CE, Vincent G. Étude préliminaire de la
réutilisation des eaux usées pour l’arrosage des pépinières au
Niger. Sécheresse 1995 ; 6 : 201-5.
5 Laouali MS, Idder T, Seidel M, Koulidiati J, Legma JB.
Épuration des eaux usées urbaines par lagunages à microphytes et à
macrophytes en région tropicale : la station expérimentale de
Niamey-Niger. Tribune de l’eau 2005 ; 58 : 23-8.
6 Afnor. Eaux : méthodes d’essais ; recueil de normes
françaises. Paris : Afnor, 1990.
7 Charbonnel Y. Manuel de lagunage à macrophytes en régions
tropicales. Paris : ACCT, 1989.
8 Koné D, Cissé G, Seignez C, Holliger C. Le
lagunage à laitue d’eau (Pistia stratiotes) à Ouagaougou : une
alternative pour l’épuration des eaux usées destinées à
l’irrigation. Cah Agric 2002 ; 11 : 39-43.
9 Niang S, Diop BS. Mbéguéré Mb, Radoux M. Épuration
des eaux usées urbaines par des techniques extensives en région
sahélienne : la station expérimentale de Cambérenne. Vecteur
Environnement 1996 ; 28 : 31-6.
1 P.O Box 428, Holualoa, H196725
États-Unis.
2 Normes européennes :
www.eurpa.eu.int/water/water urbanwaste/index_en.html
|
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