La phyto-épuration, un système naturel et efficace

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Annales corrigées
Classe(s) : 1re ES - 1re L | Thème(s) : Vers une agriculture durable
Type : Partie 2 | Année : 2016 | Académie : Afrique


Afrique • Juin 2016

Nourrir l’humanité • 6 points

La phyto-épuration, un système naturel et efficace

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Ph © Samuel Bigot/Andia

Si en ville la question de collecte et de traitement des eaux usées ne pose en général pas de problème (les habitations des zones urbaines étant reliées au réseau tout-à-l’égout et les eaux usées traitées dans des stations d’épuration), ce n’est pas forcément le cas en zone rurale. Parce qu’elle est facile à installer, naturelle et inodore, la phyto-épuration peut être particulièrement adaptée à la campagne.

D’après consoglobe.com

document 1 La phyto-épuration : comment ça marche ?

Dans les systèmes de phyto-épuration, les eaux usées sont dirigées vers des filtres plantés d’espèces végétales soigneusement sélectionnées. On utilise souvent des plantes persistantes émergentes telles que les bambous, les roseaux ou les massettes.

La phyto-épuration utilise les bactéries naturellement présentes dans le sol pour épurer l’eau. Certaines d’entre elles, en présence de dioxygène, sont capables de consommer les matières organiques présentes dans les eaux usées pour les transformer en matière minérale assimilable par les plantes, sans dégager de mauvaises odeurs. L’eau devient alors claire.

Ce sont les plantes aquatiques qui fournissent, au niveau de leurs racines, le dioxygène indispensable à la survie des bactéries. Par ailleurs, elles sont capables d’absorber en grandes quantités les ions nitrate ou phosphate.

Ces filtres plantés reproduisent donc un écosystème épuratoire naturel.

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Schéma d’un système de phyto-épuration

D’après consoglobe.com

document 2 Quelques ions du sol

a. Schéma des interactions entre le complexe argilo-humique et les ions du sol

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b. Nom et formule de quelques ions

Nom

Formule

Nom

Formule

Ammonium

NH4+

Hydronium

H+

Magnésium

Mg2+

Sodium

Na+

Potassium

K+

Nitrate

NO3

Calcium

Ca2+

Phosphate

PO43

document 3 Normes européennes de quelques paramètres chimiques

a. Concernant le rejet pour les eaux résiduaires

Paramètre

Concentration maximale admissible

(en mg · L–1)

Azote total

15

Phosphore total

2

Total des matières solides en suspension

35

b. Concernant les eaux destinées à la consommation humaine

Paramètre

Concentration maximale admissible

(en mg · L–1)

Nitrate

50

Nitrite

0,50

Sulfate

250

Sodium

200

D’après ineris.fr

1. Justifiez l’intérêt de choisir des plantes capables d’absorber les ions nitrate et phosphate.

2. On se propose de tester l’efficacité d’un système de phyto-épuration de ce type, en réalisant un dosage de l’azote total de la matière organique contenue dans les eaux épurées à la sortie du dernier bassin.

Pour cela, l’échantillon d’eau épurée est minéralisé pour que l’élément azote se retrouve sous forme d’ammoniac, puis la solution obtenue est dosée par la méthode dite de « dosage par comparaison ».

Protocole expérimental

On prélève un volume Veau = 20,0 mL de solution témoin contenant de l’azote dont la concentration massique C0 est 30 mg · L–1, puis on effectue un dosage colorimétrique avec une solution d’acide chlorhydrique. On observe un changement de couleur pour un volume d’acide versé V1 = 18,2 mL.

On prélève ensuite un échantillon d’eau épurée de même volume, Veau = 20,0 mL, à la sortie du dernier bassin et on effectue le dosage colorimétrique de la même façon que pour la solution témoin. Pour observer le même changement de couleur, il faut verser un volume V2 = 7,1 mL d’acide. La concentration massique en azote est proportionnelle au volume d’acide versé pour un volume d’eau prélevé identique.

Le système de phyto-épuration utilisé permet-il d’atteindre un résultat conforme aux normes européennes concernant le rejet d’azote dans l’environnement ?

Aide aux calculs

20×18,27,151 • 20×7,118,27,8 • 18,2×7,1304,3 • 30×7,118,212

3. À votre avis, une eau ainsi traitée et épurée peut-elle être considérée comme potable ? Justifiez.

Les clés du sujet

Comprendre les documents

Le document 1 présente les systèmes de phyto-épuration utilisant des bactéries et des filtres plantés de végétaux spécifiques.

Le document 2 donne le schéma fonctionnel du complexe argilo-humique et les formules de quelques ions. Il faut exploiter ces formules qui indiquent les charges et les tailles des ions du sol.

Le document 3 présente les normes européennes concernant les eaux. Les tableaux de ce document indiquent les concentrations à ne pas dépasser pour quelques éléments et ions dissous dans les eaux rejetées et celles destinées à la consommation humaine.

Organiser les réponses

Cette partie est constituée de trois questionnements ouverts. Soyez vigilants : il faut certes donner des réponses complètes, mais il faut aussi gérer votre temps.

1. Utilisez vos connaissances, en relation avec le document 2. Il s’agit de décrire un phénomène qui a été étudié en classe.

2. Lisez attentivement le principe du dosage colorimétrique donné dans l’énoncé de la question pour effectuer le calcul de la concentration inconnue. Une fois le calcul posé, utilisez l’aide aux calculs pour donner la réponse, sans oublier de rédiger une conclusion.

3. N’oubliez pas les normes strictes de potabilité d’une eau. Le dosage donne des indications concernant un seul des éléments présents dans l’eau épurée.

Corrigé

Corrigé

1. Le complexe argilo-humique (CAH) présent dans le sol est un agrégat portant la charge négative. Il fixe les ions positifs du sol qui constituent les nutriments pour les plantes. Les ions phosphates PO43 et nitrates NO3 sont des ions négatifs qui peuvent se fixer à leur tour sur les cations du CAH. Mais ces ions massifs et peu retenus par le CAH sont lessivés lors des pluies et arrosages et aboutissent dans les nappes phréatiques qu’ils polluent. Les plantes capables d’absorber les phosphates et les nitrates évitent le phénomène de lessivage, d’où l’intérêt de les choisir dans les systèmes de phyto-épuration.

2. Les résultats du dosage de l’azote total provenant des eaux épurées indiquent la concentration massique C de cet élément dans ces eaux. Ainsi, on obtient C par le calcul suivant :

C=V2×C0V112 mg · L–1

En comparant cette concentration avec la valeur maximale d’azote total admise par les normes européennes, on constate que 12 mg · L–1 < 15 mg · L–1, ce qui nous permet de conclure que le système de phyto-épuration permet d’atteindre un résultat conforme aux normes concernant les rejets d’azote.

3. Pour être potable, une eau doit répondre à des normes strictes sur la concentration des ions qu’elle contient. L’eau épurée par phyto-épuration est claire et conforme aux normes qui permettent son rejet dans la nature en ce qui concerne l’azote qu’elle contient, mais rien ne permet de considérer qu’elle puisse répondre aux normes de potabilité en ce qui concerne le phosphate, le sulfate ou d’autres ions dissous. Elle ne serait donc a priori pas potable.