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REPUBLIC OF CAMEROON
Peace – Work – Fatherland
**********
MINISTRY OF HIGHER
EDUCATION
***********
THE UNIVERSITY OF MAROUA
************
HIGHER INSTITUTE OF THE SAHEL
************
DEPARTMENT OF HYDRAULIC AND
WATER MANAGEMENT
REPUBLIQUE DU CAMEROUN
Paix – Travail – Patrie
*********
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT
SUPERIEUR
**********
UNIVERSITE DE MAROUA
***********
INSTITUT SUPERIEUR DU SAHEL
************
DEPARTEMENT D’HYDRAULIQUE ET
MAITRISE DES EAUX
EVALUATION DE LA PERFORMANCE EPURATOIRE DE LA
STATION D’EPURATION DES EAUX USEES DOMESTIQUES A
FILTRES PLANTÉS DU CAMP SIC BIYEM-ASSI (YAOUNDE)
.
Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
en Hydraulique et Maîtrise des Eaux
Option : Génie Sanitaire et Environnement
Présenté par :
KAMENI Stève Arnauld
Matricule : 14A136S
Licence ès Sciences de la Terre
B.P/P.O. Box: 46 Maroua
Tel : +237 22620376/22620890
Fax : +237 22291541/22293112
Email : institutsupsahel.uma@gmail.com
Site : http://www.uni-maroua.citi.cm
Structure d’Encadrement :
SOPREC Cameroun
MOULIOM NDOUOP Jonas
Ingénieur du Génie Sanitaire
In
Sous la Direction de :
Dr. KOFA Guillaume
Chargé de Cours
Année académique 2015-2016
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page i
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page ii
DEDICACE
Je dédie ce mémoire :
A Mes parents :
M. KAMDOUM Dénis
&
Mme NJUIKOM Brigitte
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page iii
REMERCIEMENTS
Le présent travail, qui marque la fin de la formation n’aurait pu être mené à son terme sans
la grâce de Dieu. Nous prenons à cœur le soutien des personnes auxquelles il est nécessaire de
retourner nos sincères reconnaissances. Ainsi, nos remerciements s’adressent :
 Au Docteur KOFA Guillaume, encadreur de ce mémoire, pour son appui, sa disponibilité,
ses conseils et le partage d’expérience ;
 Au Professeur DANWE RAÏDANDI, Directeur de l’Institut Supérieur du Sahel, pour
toutes les mesures prises sur notre encadrement au sein de son établissement ;
 Au Docteur OMBOLO Auguste, Chef de Département d’Hydraulique et Maîtrise des
Eaux, pour son appui, sa disponibilité et ses multiples conseils dont nous avons toujours
bénéficiés tout au long de notre formation ;
 A Monsieur CISSE Souleymane, Directeur général de la SOPREC et monsieur
M.MOULIOM NDOUOP Jonas encadreur professionnel qui, nous ont permis de réaliser le
stage dans la structure dont ils ont la charge et ont mis à notre disposition toutes les ressources
nécessaires pour mener à terme ce travail ;
 à tous les enseignants de l’Institut Supérieur du Sahel, et notamment ceux du département
d’Hydraulique et Maîtrise des Eaux, pour les connaissances scientifiques et les conseils acquis
à leurs côtés ;
 à mes frères, sœurs et amis pour leur encouragement et leur soutien de toutes natures.
 à tous mes camarades de promotion du Master en Hydraulique et Maîtrise des Eaux, ainsi
qu’à tous mes amis de l’Institut Supérieur du Sahel, pour l’harmonie partagée durant ces deux
années de formation.
 Mes remerciements s’adressent enfin à toutes les personnes physiques ou morales qui
n’ont pas été citées et qui ont apporté leur soutien d’une manière ou d’une autre à la réalisation
de ce travail.
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page iv
RESUME
Les eaux usées peuvent conduire à une pollution de l’environnement et un impact sur la
santé et l’hygiène des populations si elles sont rejetées anarchiquement dans la nature sans
traitement préalable. Cependant, une station d’épuration permet de traiter ces eaux usées de
manière à réduire la pollution pour qu’elles puissent être rejetées dans le milieu récepteur sans
impact. Cette étude a été réalisée à la station d’épuration des eaux usées domestiques du camp
SIC Biyem-Assi à Yaoundé. L’objectif du travail était de déterminer les performances du
traitement des eaux usées de la station d’épuration à filtre plantés. Les caractérisations physico-
chimiques et bactériologiques des eaux brutes et épurées ont été effectuées. L’évaluation du
rendement épuratoire de la station effectuée. Les échantillonnages des eaux brutes et épurées
ont été prélevés durant les trois mois d’étude (avril, mai et juin 2016) juste à l’entrée de la
station avant les ouvrages du prétraitement puis à la fin du traitement à la sortir avant le rejet
dans le milieu récepteur .Les mesures et analyses ont été effectuées in situ et au laboratoire. Il
ressort de cette étude que la performance épuratoire du système montre un abattement important
de la demande biochimique en oxygène (96,04 %), de la demande chimique en oxygène (91,41
%), des matières en suspension (93,11 %) et de la teneur en ion nitrites (97,67 %). Par contre
une diminution faible de la conductivité (54,02 %), de la teneur en ions ammonium (61,06 %)
et phosphates (52,87 %). Les résultats ont également montré que l’abattement des micro-
organismes pathogènes est satisfaisant. Le taux d’abattement des coliformes fécaux est de 99,09
% et celui des streptocoques fécaux est de 99,84 %. Le meilleur rendement a été observé grâce
à la présence des filtres remplis de sable et gravier ainsi que la présence des plantes
macrophytes.
Mots-clés: Eaux usées, station d’épuration, filtres plantés, performance épuratoire.
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page v
ABSTRACT
Wastewater can lead to pollution of the environment and impact on health and hygiene
populations if released anarchic in nature without any treatment. However, a treatment plant
can treat the wastewater to reduce pollution so they can be discharged into the receiving
environment without impact. This study was conducted at the wastewater treatment plant
domestic wastewater CIS Biyem-Assi camp in Yaounde. The objective of the study was to
evaluate the purification performance of the planted filter treatment plant. The physico-
chemical characterization and biological raw and treated water were performed. The evaluation
of the treatment efficiency of the station performed. Sampling of raw and treated water were
collected during the three-month study (April, May and June 2016) at the entrance of the station
before the pretreatment works then at the end of treatment before discharge out in the receiving
environment .The measures and analyzes were performed in situ and in the laboratory. It
appears from this study that the purifying performance of the system shows a significant
reduction of biochemical oxygen demand (96.04 %), chemical oxygen demand (91.41 %),
suspended solids (93.11 %) and the nitrite ion content (97.67 %). As against a small decrease
in conductivity (54.02 %) of ammonium ion content (61.06 %) and phosphate (52.87 %). The
results also showed that the reduction of pathogens is satisfactory. The abatement of fecal
coliforms rate is 99.09 % and faecal streptococci is 99.84%. The best performance was observed
thanks to the presence of sand-filled and gravel filter.
Keywords: Wastewater, sewage treatment plant, constructed wetland, treatment performance.
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page vi
SOMMAIRE
DEDICACE.................................................................................................................................i
RESUME...................................................................................................................................iv
ABSTRACT............................................................................................................................... v
SOMMAIRE .............................................................................................................................vi
LISTE DES FIGURES............................................................................................................viii
LISTE DES TABLEAUX.........................................................................................................ix
LISTE DES ANNEXES............................................................................................................. x
LISTE DES ABREVIATIONS, SIGLES ET SYMBOLES ...................................................... x
AVANT-PROPOS ...................................................................................................................xii
INTRODUCTION...................................................................................................................... 1
CHAPITRE I : GÉNÉRALITÉS................................................................................................ 4
I.1 Présentation de la zone d’étude......................................................................................... 5
I.1.1 Situation géographique............................................................................................... 5
I.1.2 Relief .......................................................................................................................... 5
I.1.3 Climat ......................................................................................................................... 5
I.1.4 Géologie et sol............................................................................................................ 6
I.1.5 Hydrogéologie et Hydrographie ................................................................................. 7
I.1.6 Végétation................................................................................................................... 7
I.1.7 Habitat ........................................................................................................................ 7
I.2 Revue de la littérature ....................................................................................................... 8
I.2.1 Origines et caractéristiques des eaux usées ................................................................ 8
I.2.2 Filière de traitement des eaux usées ......................................................................... 11
I.2.3 Techniques biologiques d’épuration des eaux usées ................................................ 15
I.2.4 Risques sanitaires et environnementaux des eaux usées et des sous-produits.......... 21
I.3 Présentation de la station d’épuration des eaux usées domestiques de Biyem-Assi....... 24
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page vii
I.3.1 Description des ouvrages de traitement de la STEP................................................. 24
I.3.2 Fonctionnement du bassin de filtres plantés de la STEP de Biyem-Assi................. 25
CHAPITRE II: MATÉRIEL ET MÉTHODES...................................................................... 28
II.1 Localisation et présentation du site d’étude................................................................... 29
II.2 Matériels de travail sur le terrain et au laboratoire ........................................................ 30
II.3 Méthodes........................................................................................................................ 30
II.3.1 Echantillonnage des eaux usées et mesure.............................................................. 30
II.3.2 Caractérisations physico-chimiques des eaux usées ............................................... 30
II.3.3 Caractérisation bactériologiques des eaux usées..................................................... 33
II.3.4 Taux d'abattement des paramètres de pollution de la STEP ................................... 33
CHAPITRE III: RESULTATS ET DISCUSSION ................................................................ 35
III.1 Caractéristiques physico-chimiques des eaux usées brutes et traitées ......................... 36
III.1.1 Température ........................................................................................................... 36
III.1.2 Potentiel d’hydrogène (pH).................................................................................... 37
III.1.3 Conductivité........................................................................................................... 37
III.1.4 Oxygène dissous .................................................................................................... 38
III.1.5 Matières en suspension .......................................................................................... 38
III.1.6 Demande biochimique en oxygène en cinq jours .................................................. 40
III.1.7 Demande chimique en oxygène............................................................................. 40
III.1.8 Rapport DCO/DBO5 .............................................................................................. 41
III.1.9 Teneur en ions phosphates, ammonium, nitrates et nitrites. .................................. 42
III.2 Variations des paramètres bactériologiques des eaux usées brutes et traitées ............. 44
III.3 Rendement épuratoire de la station d’épuration de Biyem-Assi .................................. 46
CONCLUSION ........................................................................................................................ 48
BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................... 51
ANNEXES ............................................................................................................................... 55
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page viii
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Organigramme fonctionnel de la SOPREC ............................................................xiv
Figure 2 : Localisation de la zone d'étude................................................................................. 5
Figure 3 : Données climatologiques de la ville de Yaoundé..................................................... 6
Figure 4 : Carte géologique de la roche mère du bassin du fleuve Nyong ............................... 7
Figure 5 : Differentes étapes de prétraitement des eaux usées ............................................... 13
Figure 6 : Filière d'épuration des eaux usées par un lit bactérien ........................................... 16
Figure 7 : Filière d'épuration des eaux usées par disques biologiques ................................... 16
Figure 8 : Filière d’épuration des eaux usées par boues activées ........................................... 17
Figure 9 : Schéma classique de la filière lagunage .................................................................. 18
Figure 10: Schéma de fonctionnement d’un filtre planté à écoulement horizontal ................. 20
Figure 11: Schéma de fonctionnement d'un filtre planté à écoulement vertical ...................... 20
Figure 12: Différentes phases de traitement des eaux usées de la STEP de Biyem-Assi ........ 25
Figure 13 : Aperçu général de la station d’épuration du Camp-SIC de Biyem-Assi.............. 26
Figure 14 : Ouvrages et dispositifs de la station d’épuration................................................... 27
Figure 15 : Carte de localisation de la station d’épuration du Camp SIC Biyem-Assi............ 29
Figure 16 : Matériels utilisés au laboratoire............................................................................. 34
Figure 17 : Variation de la température des eaux usées brutes et des eaux épurées ................ 36
Figure 18 : Variation du pH des eaux usées brutes et des eaux épurées .................................. 37
Figure 19 : Variation de la conductivité des eaux usées brutes et des eaux épurées ............... 38
Figure 20 : Variation de l’oxygène dissous des eaux usées brutes et des eaux épurées .......... 39
Figure 21 : Variation des matières en suspension des eaux brutes et des eaux épurées .......... 39
Figure 22 : Variation de la DBO5 des eaux usées brutes et des eaux épurées ......................... 40
Figure 23 : Variation de la DCO des eaux usées brutes et des eaux épurées........................... 41
Figure 24 : Variation du rapport DCO/DBO5 des eaux usées brutes....................................... 42
Figure 25 : Variation de la teneur des ions nitrites, nitrates phosphates et ammonium, des eaux
usées brutes .............................................................................................................................. 43
Figure 26 : Variation de la teneur des ions nitrites, nitrates phosphates et ammonium, des eaux
épurées...................................................................................................................................... 44
Figure 27 : Variation des coliformes fécaux dans les eaux usées brutes et eaux épurées........ 45
Figure 28 : Variation des streptocoques fécaux dans les eaux usées brutes et eaux épurées.. 45
Figure 29 : Taux d’abattement des paramètres physico-chimiques et bactériologiques.......... 46
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page ix
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1: Pollution domestique journalière produite par personne ....................................... 11
Tableau 2 : Procédés d’épuration des eaux usées. ................................................................... 15
Tableau 3 : Avantages et inconvénients de quelques filières de traitement des eaux usées .... 20
Tableau 4 :Quantité moyenne des organismes pathogènes présents dans les eaux usées et
maladies associée . ................................................................................................................... 23
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page x
LISTE DES ANNEXES
Annexe 1 : Résultat des analyses physico chimiques et bactériologiques mensuelle des eaux
usées brutes et eaux traitées. ...................................................................................................... a
Annexe 2: Taux d’abattement global et concentration moyenne des eaux usées brutes et des
eaux traitées................................................................................................................................ b
Annexe 3 : Données hydrauliques et caractéristiques de la station d’épuration ........................ b
Annexe 4 : Norme Camerounaise et Européenne relatives à la qualité physico-chimique et
biologique des eaux usées destinées au rejet en milieu naturel ................................................. c
Annexe 5 : Plan en masse de la Station d’épuration de Biyem-Assi ......................................... d
Annexe 6 : Structuration d’un réseau d’égout gravitaire conventionnel ................................... d
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page xi
LISTE DES ABREVIATIONS, SIGLES ET SYMBOLES
Camp-SIC : Camp construit par la Société Immobilière du Cameroun ;
CF : Coliformes Fécaux ;
CND : Conductivité ;
CT : Coliforme Totaux ;
CUY : Communauté Urbaine de Yaoundé ;
DBO5 : Demande biochimique en oxygène pendant 5 jours
DCO : Demande chimique en oxygène
EH: Equivalent Habitant
GPS: Global Positioning System
ISS : Institut Supérieur du Sahel ;
MAETUR : Mission d’Aménagement des Terrains Urbains et Ruraux
MES : Matières en suspension
MINEPDED Ministère de l’Environnement, de la Protection de la nature et du
Développement Durable
NO3
- : ions Nitrates
NO2
- : ions Nitrites
NTU: Nephelometric Turbidity Units.
OMS : Organisation Mondiale de la Santé
ONU : Organisation des Nations Unis ;
pH : Potentiel d’Hydrogène
PO4
3- : ion phosphate
SF : Streptocoques Fécaux ;
SIC : Société Immobilière du Cameroun ;
SOPREC : Société de Prestation et de Construction ;
STEP: Station d’épuration
TDS: Total Dissolved Solids
UFC: Unité formant colonie
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page xii
AVANT-PROPOS
L’institut Supérieur du Sahel (ISS) est un établissement de l’Université de Maroua créé par
décret présidentiel N° 2008/281 du 09 Août 2008 portant organisation académique de
l’Université de Maroua. Son objectif principal est la formation professionnelle des jeunes
Camerounais ainsi que ceux des pays étrangers, particulièrement ceux de la zone CEMAC. Il
offre des formations impressionnantes reparties en dix départements:
 Département d’Agriculture, Élevage et Produits dérivés (AGEPD)
 Département des Beaux-arts et Science du Patrimoine(BEARSPA)
 Département Climatologie ; Hydrologie et Pédologie (CHP)
 Département des Énergies Renouvelables (ENREN)
 Département de Génie du Textile et du Cuir (GTC)
 Département d’Hydraulique et Maitrise des Eaux (HYMAE)
 Département d’Informatique et Télécommunication (INFOTEL)
 Département des Sciences Environnementales (SCIENVI)
 Département des Sciences Sociales Pour le Développement (SCISOD)
 Département de Traitement de Matériaux, Architecture et Habitat (TRAMARH)
L’ISS comporte deux cycles de formation : le cycle d’Ingénieur des Travaux et le cycle
d’Ingénieur de Conception. La durée de la formation est de 3 ans pour les Ingénieurs de Travaux
et de 2 ans pour les Ingénieurs de Conception.
Le Département d’Hydrauliques et Maîtrise des Eaux (HYMAE) auquel nous appartenons,
compte deux options : Génie Sanitaire et Environnement(GSE) et Génie hydraulique(GH). Le
souci majeur du GSE est le traitement des eaux pour améliorer la santé de ses usagers,
l’alimentation en eau potable, l’assainissement des milieux et la préservation de
l’environnement. Un projet de fin d’études d’une durée de 4 mois est prévu dans le cadre de
cette formation d’Ingénierie en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur de conception et ceci
dans le but d’apporter des solutions aux problèmes industriels ou ceux rencontrés au quotidien
par les sociétés et les communautés humaines. C’est ainsi que dans le cadre de nos travaux de
fin de formation allant du 01 Mars au 30 Juin, nous avons effectué notre stage de fin d’étude
dans une station d’épuration des eaux usées domestiques de la société SOPREC.
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page xiii
PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL
Création et historique
Crée en 1994 par son fondateur M.CISSE Souleymane, SOPREC est une entreprise
dénommée « Société de Prestation et de Construction » donc le siège social se trouve à Yaoundé
sis quartier Messa. Cette société offre ses services dans plusieurs domaines et plus
particulièrement dans la construction, la réhabilitation et l’entretien des stations d’épuration
(STEP).SOPREC a réalisé de nombreux projets dans le domaine de la conception et la
construction des stations d’épuration parmi lesquels :
 La réhabilitation et l’entretien de la STEP du Camp Sic Cité Verte et Biyem-Assi donc le
système utilisé est de types hybride à filtres et plantes respectivement en Février 2010 et
Juin 2013 ;
 La réhabilitation et l’entretien de la STEP du Camp Sic Messa donc le système utilisé est
un épandage souterrain (Février 2010) ;
 La construction de la STEP de l’hôpital de la caisse et l’hôpital général avec pour système
préconisé un plateau adsorbant.
Objectif de l’entreprise
Les objectifs de la SOPREC sont :
 Soutenir le gouvernement Camerounais dans la lutte contre la pollution des eaux ;
 Obtenir une plus-value des boues de vidange issues des STEP ;
 Préserver notre environnement tant pour les générations présentes que futures ;
 Relever les lacunes qui persiste dans la gestion des eaux usées domestiques ;
 Eradiquer le déversement anarchique des eaux usées ;
 Combattre la prolifération des maladies hydriques qui minent notre pays.
Les partenaires de la SOPREC
 Ministère du Développement Urbain et de l’Habitat (MINDUH)
 Communauté Urbaine de Yaoundé I (CUY)
 Wasterwater rechear Unit
 Centre Pasteur Soil and Water
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page xiv
Organigramme fonctionnel
La figure 1 présente l’organigramme fonctionnel de la SOPREC.
Figure 1 : Organigramme fonctionnel de la SOPREC
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 1
INTRODUCTION
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 2
L’accroissement démographique, économique et urbain est à l’origine de différentes
sources de pollution, surtout dans les pays en voie développement moins préoccupés et moins
sensibilisés par les risques sanitaires et environnementaux [1].En effet dans la majorité des pays
africains, les eaux usées urbaines brutes sont rejetées anarchiquement dans le milieu naturel (rue,
rivière caniveau, lac, étang, mayo) sans traitement préalable [2].Les systèmes de collecte et de
traitement d'eaux usées sont très peu développés voire inexistants [3]. D’après les enquêtes
menées par le Programme des Nation Unie pour le Développement en 2013, 63 % de la
population africaine n'a pas accès aux installations sanitaires de base et seule 10 % des eaux usées
sont traitées avant leur rejet en milieu naturel. L’Organisation Mondiale de la Santé dans son
rapport de 2012 stipule que : « plus de 40 % des eaux servies ou prélevées pour la consommation
en eau potable d'une part, et celles utilisées dans le ménage d'autre part, retournent dans le milieu
nature chargées, souillées sous forme d'eau usée ». De nos jours, devant l’ampleur de l’incidence
des eaux polluées sur l’environnement, la santé et le développement économique, il s’avère
nécessaire d’accorder une plus grande importance à l’évacuation et au traitement de ces eaux
usées.
Les travaux de Wethe et Kengne réalisés en 2006 ont montré que dans la ville de Yaoundé
comme la plupart de nombreuses villes Camerounaises, les eaux usées sont généralement rejetées
dans le milieu naturel sans traitement du fait que la quasi-totalité des stations d’épuration sont
défectueuses, surchargées ou abandonnées et parfois même inexistantes [4]. Le rejet incontrôlé
des eaux usées contribue à la propagation des maladies, au dégagement des odeurs, à la
dégradation du paysage et à la contamination des eaux superficielles et souterraines [5]. Selon
l’Organisation Mondiale de la Santé les mauvaises conditions d’assainissement et d’hygiène sont
à l’origine de 13,4% des maladies au Cameroun.
Pour faire face à ce problème, le gouvernement Camerounais a entrepris au début de
l’année 2010 à la réhabilitation et à la construction de plusieurs stations d’épuration pour le
traitement des eaux usées dans la ville de Yaoundé notamment celle en provenance des logements
sociaux aménagés du Camp SIC Biyem-Assi. Cette station d’épuration traite les eaux usées
domestiques et celles épurées sont rejetées directement dans le milieu récepteur. Le rejet des eaux
traitées entraine l’eutrophisation des cours d’eau, la prolifération des algues et la contamination
des eaux superficielles et souterraines. Aujourd’hui la station d’épuration de Biyem-Assi
enregistre plusieurs problèmes à savoir : la prolifération des odeurs nauséabondes pour les
riverains, le colmatage du matériau filtrant, le vieillissement des plantes épuratrices l’infiltration
des eaux de pluie dans le réseau collecteur et la dégradation de certains ouvrages. D’où l’intérêt
d’une étude sur l’évaluation des performances épuratoires de cette station d’épuration.
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 3
Le présent travail a pour objectif général de déterminer les performances du traitement
des eaux usées domestiques la station d’épuration à filtres plantés du Camp SIC Biyem-Assi.
Les objectifs spécifiques seront portés sur:
 la caractérisation des paramètres physico-chimiques et bactériologiques des eaux usées
brutes et des eaux épurées avant le rejet dans le milieu récepteur.
 l’évaluation du rendement épuratoire de la station d’épuration.
Ce mémoire comprend trois chapitres encadrés par une introduction et une conclusion et des
recommandations.
 le premier chapitre est consacré aux les généralités ;
 le second chapitre s’attardera sur le matériel et la méthodologie utilisée pour atteindre les
objectifs ci-dessus fixés ;
 le dernier présentera les résultats obtenus au cours de cette étude et une discussion de
ceux-ci.
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 4
CHAPITRE I :
GÉNÉRALITÉS
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 5
I.1 Présentation de la zone d’étude
I.1.1 Situation géographique
La ville Yaoundé est la capitale politique du Cameroun située dans la région du Centre.
Elle est localisée entre 3°47’ et 3°56’ N et entre 11°10’ et 11°45’ E. Située à environ 250 km de
la côte de l’Océan Atlantique et à la lisière de la grande forêt du Sud, Yaoundé s’inscrit dans le
bassin du Mfoundi sur une étendue d’environ 260 Km2
[6].
Figure 2: Localisation de la zone d'étude
I.1.2 Relief
Le relief de la ville de Yaoundé est assez accidenté avec une altitude moyenne de 800m.
Ce relief est dominé par des collines, ce qui lui a valu autrefois le nom de ville aux sept collines
en référence à sa position relative dans une vallée bordée de sept collines. Les plus élevées sont
situées du côté Ouest et Nord-ouest : il s’agit des monts Mbankolo (1200m), Fébé (1073m) et
Akokndoué (967m) [7].
I.1.3 Climat
Le climat est de type équatorial à quatre saisons. La précipitation moyenne annuelle de
1600 mm/an, et une évapotranspiration de 800 mm/an caractérisent ce climat [8]. Les variations
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 6
inter saisonnières se répartissent comme suit : une grande et petite saison sèche s’étalant
respectivement de décembre à février et de juin à août ; une grande et petite saison de pluie de
août à novembre et de mars à mai. Quant aux températures, elles sont légèrement élevées avec
une moyenne oscillant autour de 24,5°C [9].
Figure 3:Données climatologiques de la ville de Yaoundé [10].
I.1.4 Géologie et sol
Le socle précambrien de la région de Yaoundé comporte différents faciès géologiques : les
schistes et les complexes de base (gneiss associés aux micaschistes et gneiss migmatisés et
grenatifères) [11]. La géologie des roches mères du bassin du fleuve Nyong, appartenant aux
roches siliclastiques métasédimentaires de l’orogénèse panafricaine, près de la marge Nord
constituée par le craton du Congo (figure 3). La zone Nord de la ville est identifiée comme étant
constituée de migmatites alors que les micaschistes forment la partie Sud de la ville [11]. Dans
la ville de Yaoundé et ses environs, les formations pédologiques se subdivisent généralement en
trois types de sols [12]:
 les sols ferralitiques rouges, très épais (20-30m) et plus abondants, sont localisés sur les
sommets des interfluves et sont développés sur une roche gneissique ;
 les sols ferralitiques jaunes sont localisés dans les bas-fonds à large vallée et pentes
adoucies ;
 les sols hydromorphes tapissent généralement les vallées marécageuses. Leur matrice est
argileuse. Ces sols sont gorgés d’eau.
0
50
100
150
200
250
300
J F M A M J J A S O N D
23
23,5
24
24,5
25
25,5
26
Précipitation
Mois
Température
Précipitation (mm) Température (°C)
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 7
Figure 4:Carte géologique de la roche mère du bassin du fleuve Nyong [12].
I.1.5 Hydrogéologie et Hydrographie
Au Cameroun, on peut distinguer deux grandes unités hydrogéologiques distinctes : les
bassins sédimentaires et les zones de socles cristallin et cristallophyllien [13]. Ces unités sont
surmontées par des formations pédologiques plus ou moins épaisses. La ville de Yaoundé étant
en milieu cristallin, les phénomènes météorologiques enregistrés contribuent plus à la recharge
de la nappe qu’à l’alimentation des cours d’eau du réseau hydrographique superficiel du bassin
[13].
I.1.6 Végétation
Au niveau de la végétation, les abords de la ville sont couverts par une forêt dense semi-
décidue marquée par des espèces arborescentes caractéristiques que sont les sterciliacées et les
celtis. A cette flore, s’ajoute Termalia superba (limba) et les Pennisetum purpurem (sissongo).
Les zones hydromorphes sont occupées par des raphias et des pandanus candela [14].
I.1.7 Habitat
Des travaux ont été menés dans le but de décrire la typologie de l’habitat dans la ville de
Yaoundé, suivant des critères variés liés à l’économie, à l’accès aux services urbains de base. Ils
ont conduit à des classifications qui diffèrent en fonction du niveau de détails considérés. Ainsi,
on retrouve les centres administratifs, les centres commerciaux, les habitats haut standing, moyen
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 8
standing et spontané. Les camps SIC appartiennent à l’habitat moyen standing [15]. La superficie
urbanisée de la ville est passée de 16 000 ha en 2002 à 20 000 ha en 2010, soit une croissance
spatiale de 40 % en 8 ans. Les quartiers à habitat précaire et dense représentaient environ 35%
de la superficie urbanisée en 2010, soit en moyenne 7 000 ha pour une population estimée à 940
000 habitants [16].
I.2 Revue de la littérature
I.2.1 Origines et caractéristiques des eaux usées
Les eaux résiduaires urbaines ou eaux usées, sont des eaux chargées de polluants, solubles
ou non, provenant essentiellement de l’activité humaine [17]. Une eau usée est généralement un
mélange de matières polluantes répondant à ces catégories, dispersées ou dissoutes dans l’eau
qui a servi aux besoins domestiques, agricoles ou industriels [18].Les eaux à traiter ou à épurer
comportent plusieurs types de composés qui en fonction de leur taille, de leur origine, de leur
pouvoir de sédimentation, de leur solubilité, et de leur nature, organique ou inorganique
nécessitent des traitements adaptés afin de les éliminer [18].
I.2.1.1 Origine des eaux usées
Les eaux usées proviennent de trois sources principales (les eaux usées domestiques, les
eaux usées industrielles et les eaux de pluie ou de ruissellement) [19].
a) Eaux usées domestiques
Elles proviennent des différents usages domestiques de l'eau. Elles sont essentiellement
porteuses de pollution organique et se répartissant en deux grandes familles:
Les eaux ménagères ou grises (salles de bains et cuisines) issues des activités domestiques telles
que : cuisine, nettoyage et lessive. Ces eaux sont généralement chargées en détergents, en
graisses, en solvant et en débris organiques.
Les eaux vannes ou eaux noires issues des WC caractérisées par une importante charge en
diverses matières organiques azotées et en germes fécaux et pathogènes. Les matières organiques
contenues dans les eaux usées représentent environ 1/3 de l’ensemble des eaux usées
domestiques.
b) Eaux usées industrielles
Elles sont très différentes des eaux usées domestiques. Leurs caractéristiques varient
d’une industrie à l’autre. En plus des matières organiques azotées ou phosphorées, elles peuvent
aussi contenir des produits toxiques, des solvants, des métaux lourds, des micropolluants
organiques, des hydrocarbures. Les eaux usées industrielles doivent faire l’objet d’un
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 9
prétraitement par les industrielles avant d’être collectées. Elles ne devraient pas être admises dans
le réseau.
c) Eaux de pluie ou de ruissellement:
Elles peuvent également constituer une cause de pollution importante des cours d’eau.
L'eau de pluie se charge d'impuretés au contact de l'air (fumées industrielles), puis en ruisselant,
elles se chargent des résidus. Ces résidus sont généralement déposés sur les toits, les chaussées
et les sols.
I.2.1.2 Caractéristiques des eaux usées
Les eaux usées contiennent des matières minérales ou organiques en proportions variables
selon leur origine. Ces matières peuvent être sous forme solide, colloïdale ou dissoute. En
général, elles contiennent également une multitude d'organismes vivants dont certains peuvent
être fortement pathogènes. Les principaux paramètres caractéristiques des eaux usées urbaines
peuvent être regroupés en quatre grandes classes [19].
a) Paramètres chimiques organiques
Les paramètres chimiques organiques caractéristiques des eaux usées sont généralement
sont la demande biochimique en oxygène, la demande chimique en oxygène et le rapport
DCO/DBO5.
• Demande biochimique en oxygène (DBO): elle exprime la quantité de matières organiques
biodégradables présente dans l'eau. Ce paramètre exprimé en mg d'oxygène par litre, mesure la
quantité d'oxygène nécessaire à la destruction des matières organiques grâce aux phénomènes
d'oxydation par voie aérobie. Pour mesurer ce paramètre, on prend comme référence la quantité
d'oxygène consommée au bout de 5 jours qui est la DBO5.
• Demande chimique en oxygène (DCO): exprimée en mg d'oxygène par litre, elle représente
la teneur totale de l'eau en matières oxydables. Ce paramètre correspond à la quantité d'oxygène
qu'il faut fournir pour oxyder par voie chimique ces matières. La mesure de la DCO permet une
quantification de l’ensemble des composés organiques présent sous forme solide, colloïdale ou
dissout.
• Rapport DCO/DBO5 : Le rapport DCO/DBO5 permet de juger de la biodégradabilité d’une
eau usée et par voie de conséquence de l’intérêt du choix d’un procédé d’épuration biologique.
Pour une eau usée domestique, ce rapport mesuré après décantation est généralement voisin de
2,5 et dans tous les cas inférieur à 3.
b) Paramètres chimiques minéraux
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 10
Les paramètres chimiques minéraux caractéristiques des eaux usées sont généralement le
phosphore et l’azote.
• Azote et phosphore: Les teneurs en azote et en phosphore sont également des paramètres très
importants. Les rejets excessifs de phosphore et d'azote contribuent à l'eutrophisation des lacs et
des cours d'eau. Ce phénomène se caractérise par la prolifération d'algues et la diminution de
l'oxygène dissous, ce qui appauvrit la faune et la flore des eaux superficielles (cours d'eau, lacs).
c) Paramètres physiques
Les paramètres chimiques minéraux caractéristiques des eaux usées sont généralement
les matières en suspension, le pH, la turbidité, la température, la couleur et l’odeur.
• Matières en suspension (MES) : Les MES représentent l’ensemble des matières solides,
colloïdales, floculées, organiques ou minérales contenues dans les eaux usées qui sont séparables
par filtration ou par centrifugation. Ce sont les matières non dissoutes exprimées en mg/L. C’est
la forme la plus visible de la pollution.
• pH: Il influence fortement les réactions de dégradation de la matière organique. Si l'eau usée
se trouve à un pH neutre ou basique et si les bactéries qui dégradent la matière organique ont une
croissance optimale à un pH plus bas, le rendement de la station d'épuration sera affecté.
• La turbidité: L’appréciation de l’abondance de MES mesure son degré de turbidité. Elle
diminue la pénétration de la lumière.
• La couleur et l’odeur : Les eaux usées fraiches sont généralement d’une couleur gris brun
assez claire. Cependant, au fur e à mesure que le temps de séjour dans le système de collecte
augmente, et que les conditions anaérobiques se développent, la couleur des eaux usées changent
pour passer du gris au gris sombre puis finalement au noir. Les eaux usées sont dites septiques
quand elles sont noires.
• La température: elle joue un rôle fondamental dans toutes les réactions chimiques qui ont lieu
dans un milieu liquide. La vitesse de dégradation de la matière organique dans une eau usée est
d'autant plus importante que la température est élevée. Son importance se fait surtout sentir dans
la cinétique de l'épuration par une accélération des processus d'épuration quand le milieu
biologique s'y prête.
• Le débit :Le principal intérêt de la mesure du débit est le fait qu'il permet de quantifier la
pollution rejetée par l'intermédiaire de «équivalent habitant » qui exprime le volume d'eau usée
moyen déversé par habitant et par jour.
d) Paramètres biologiques
Les eaux usées contiennent aussi des contaminants microbiologiques : bactéries, virus,
protozoaire et parasites [20]. Ces germes pathogènes représentent un grand risque sanitaire et
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 11
reflètent l’état de santé des populations [21]. Dans une eau usée, on trouve également des micro-
organismes dégradateurs de la matière organique, représentés surtout par des bactéries gram
négatif telles que Pseudomonas, Flavobacterium ou Achromobacter [22], en plus d’une grande
variété de champignons et de levures. L'OMS a choisi plusieurs témoins répondant à certaines
exigences. Il s'agit des coliformes, des streptocoques fécaux(SF), et parfois les Clostridium
sulfito-réducteurs (CSF). L’évaluation de tous ces paramètres détermine le degré de pollution
potentielle ou réelle du milieu récepteur par l’ensemble des eaux usées urbaines.
Tableau 1:Pollution domestique journalière produite par personne [23].
Matières organiques ou minérales (en suspension dans l'eau sous
forme de particules) : MES
60g
Matières oxydables (détermine la demande biologique en oxygène,
DBO)
55g
Matières azotées (azote Kjeldahl et ammoniacal) 15g
Phosphore (issus des detergents) 4g
Résidus de métaux lourds (plomb, cadmium, arsenic, mercure, etc.) 0,23 g
Composés (fluor, chlore, brome, iode, etc.) 0,05 g
Germes (coliformes fécaux) par 100 ml. plusieurs milliards de
germes pour 100 ml.
I.2.2 Filière de traitement des eaux usées
Une station d’épuration est installée généralement à l’extrémité d’un réseau de collecte
des effluents (eaux usées domestiques) et juste en amont de la sortie des eaux qui seront épurées.
Dans une station d'épuration, les eaux usées passent dans une succession de dispositifs conçus
pour extraire un ou plusieurs polluants qui sont contenus dans ces eaux (figure 5).
On distingue classiquement, dans les stations d’épuration, la succession de plusieurs
étapes de traitement parmi lesquelles [24]:
 Les prétraitements présents dans toutes les stations d’épuration, ont pour but d’éliminer
les éléments solides ou particulaires les plus grossiers, susceptibles de gêner les
traitements ultérieurs ou d’endommager les équipements.
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 12
 Le traitement primaire (optionnel en fonction de la filière de traitement retenue), est
une séparation physique liquide-solide par décantation. Il ne porte que sur les matières en
suspension (MES) présentes dans les eaux usées. L’élimination complémentaire des
colloïdes s’effectue par un traitement physico-chimique mettant en œuvre une
coagulation-floculation en amont d’une séparation liquide-solide par décantation ou
flottation.
 Le traitement secondaire fait appel aux procédés biologiques où la matière organique
(MO) présente dans les eaux usées est dégradée par l’action de bactéries aérobies (dans
certains cas anaérobies pour des effluents très concentrés).
 Le traitement tertiaire ou de finition qui permet d’affiner le traitement secondaire ou
d’envisager des traitements complémentaires.
 Le traitement de boue
I.2.2.1 Prétraitements et élimination des sous-produits
Les opérations de prétraitement intègrent à la fois les opérations de traitements physiques
des eaux usées et la gestion des sous-produits générés. L’objectif principal de cette étape est de
séparer de la phase liquide, les matières solides grossières. Parmi les étapes de prétraitement on
peut citer : le dégrillage, le dessablage, le déshuilage et le dégraissage.
a) Le dégrillage
A l’entrée de la station d’épuration, les effluents doivent subir un dégrillage (voire un
tamisage). Ainsi, les matières volumineuses ou flottantes sont retenues au travers de grilles.
L’opération de dégrillage permet de protéger la station contre l’arrivée des gros objets
susceptibles de provoquer des bouchages au niveau de différentes unités de l’installation et
d’éliminer les matières volumineuses charriées par l’eau brute, qui pourraient nuire à l’efficacité
des traitements ultérieurs. Après cette étape, les eaux usées passent par le dessablage.
b) Le dessablage
Il s’agit d’un procédé gravitaire assuré par un dessableur. Le dessableur est un ouvrage
dans lequel les particules denses vont pouvoir se déposer ou décanter. Il s’agit principalement de
sable. L’élimination de sable présent dans les effluents bruts est une opération indispensable
pour :
 Eviter les dépôts dans les canalisations conduisant à leur bouchage ;
 Protéger les pompes et autres organes mécaniques contre l’abrasion ;
 Eviter de perturber les autres stades du traitement (surtout au niveau du réacteur biologique);
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 13
 Réduire la production des boues.
La dernière étape du prétraitement est le déshuilage-dégraissage.
c) Le dégraissage-déshuilage
Il se base également sur la réduction de vitesse d’écoulement des eaux afin de faire flotter
les graisses. Les opérations de dégraissage et de déshuilage consistent en une séparation des
huiles et graisses, produits de densité légèrement inférieure à celle de l’eau, de l’effluent brut.
Les graisses sont ensuite raclées en surface. Le traitement et/ou l’évacuation des sous-produits
générés pendant l’étape des prétraitements (refus de dégrillage, sables et graisses) est nécessaire.
Les eaux usées après prétraitement ne contiennent plus qu’une charge polluante dissoute et des
matières en suspension pour être traité par voie biologique. La figure 4 montre les différentes
étapes du traitement des eaux usées arrivant dans une station d’épuration.
Figure 5:Differentes étapes de prétraitement des eaux usées [24]
I.2.2.2 Traitement primaire ou décantation
Après le prétraitement, les effluents conservent une charge polluante dissoute et des
matières en suspension. Le traitement primaire est une simple décantation qui permet d’éliminer
la majeure partie de ces matières en suspension. Les bassins de traitement primaire sont souvent
de forme conique mais il existe d’autres types de décanteurs. Cette étape permet d’éliminer 70%
environ des matières minérales et organiques en suspension qui se déposent au fond du bassin où
elles constituent les boues dites « primaires » [24]. Cette étape permet d’éliminer 90 % des
matières colloïdales [25].
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 14
I.2.2.3 Traitement secondaire ou traitement biologique
Ce traitement intervient à la suite du traitement primaire. Le traitement biologique des
eaux usées est le procédé qui permet la dégradation des polluants (matières organiques, carbone)
grâce à l'action de micro-organismes [25]. Ils vont permettre ainsi d’éliminer la pollution soluble
biodégradable et une partie de MES [25]. Les procédés utilisés sont d’ordre biologique. Ils
consistent en la création artificielle du principe d’autoépuration naturelle de l’eau. Cette
technique est anaérobie si elle se déroule en absence d’oxygène. Dans le cas contraire, elle est
aérobie. Il convient de distinguer deux types de procédés (tableau 2).
- Les procédés biologiques extensifs utilisent la capacité épuratrice des plans d’eau peu profonds.
Les eaux usées circulent dans différentes lagunes pendant une durée pouvant atteindre 60 jours.
Les bactéries présentes dans l’eau dégradent la pollution organique et le rayonnement solaire
détruit certains germes.
- A l’inverse, les procédés biologiques intensifs ont recours à des cultures bactériennes
concentrées qui consomment les pollutions. Les cultures peuvent être libres dans le courant des
eaux ou fixées sur des systèmes filtrants appelés films biologiques. Ces films, synthétiques ou
naturels, ont la capacité de filtration et de fixation des cultures.
I.2.2.4 Traitements tertiaires
Ils sont encore appelés traitements avancées, de finissage, d’affinage. Lorsque l’eau
épurée doit être rejetée en milieux particulièrement sensibles, tels que les lacs, étangs et rivières
souffrant de phénomène d’eutrophisation, un traitement tertiaire est réalisé afin d’éliminer l’azote
et le phosphore. Le traitement tertiaire peut viser également un enlèvement plus poussé pour des
paramètres conventionnels comme les matières en suspension ou encore certains paramètres pour
lesquels il y a peu d’élimination dans un traitement secondaire.
Parmi les étapes qu’on peut trouver dans un traitement tertiaire nous avons la déphosphatation,
la nitrification et la dénitrification.
I.2.2.5 Traitement de boues
Les boues de stations d’épuration sont des produits résiduaires qui résultent du traitement
des eaux usées dans les stations d’épuration. Au cours des traitements primaires et secondaires
des boues sont produites. Le traitement des boues est un peu long (épaississement, stabilisation,
conditionnement, élimination final) [26]. Ce traitement de boues sert à une élimination des
germes pathogènes; une réduction du volume des boues; une valorisation agricole des boues;
récupération de produits ayant une valeur économique (boue industrielle) [27].
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 15
I.2.3 Techniques biologiques d’épuration des eaux usées
Les méthodes d’épuration des eaux usées sont divisées en deux catégories (tableau 2) :
les techniques intensives qui font appel à des technologies appropriées et les techniques
extensives qui font appel aux pouvoirs épurateur de la nature, mais nécessitent plus d’espace. Le
tableau ci-dessous présente le classement des procédés d’épuration des eaux usées.
Tableau 2 : Procédés d’épuration des eaux usées [27].
Techniques intensives Techniques extensives
culture libre culture fixe
Lits bactériens Lagunage naturel Filtres plantés de roseaux à
écoulement horizontal.
Disques biologiques Lagunage à macrophytes Filtres plantés à écoulement
vertical.
Boues activées Lagunage aéré Infiltration-percolation.
I.2.3.1 Techniques intensives
a) Lits bactériens
Après un prétraitement dans un décanteur digesteur, les eaux usées traversent un lit
bactérien composé de matériaux présentant un indice des vides importants. Ce garnissage peut
être en matériaux naturels de type pouzzolane ou bien synthétique. Il s’agit d’un procédé de
cultures fixes sur support grossier analogue à celui des filtres enterrés avec récupération des eaux
traitées. La culture bactérienne présente dans le garnissage consomme la pollution [26]. Par
rapport aux filtres enterrés, le système est amélioré par un prétraitement plus efficace. De plus
l’alimentation du lit en eaux usées se fait par un système rotatif. Enfin, à la sortie du garnissage,
l’eau transite par un clarificateur avant d’être rejetée dans le milieu naturel. Une partie des boues
est réinjectée dans le système pour maintenir l’activité bactérienne (figure 6).
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 16
Figure 6:Filière d'épuration des eaux usées par un lit bactérien [26]
b) Disques biologiques
Le procédé de traitement des eaux usées par des disques biologiques, est un procédé de
traitement biologique à cultures fixées. Le réacteur biologique est constitué de plusieurs disques
minces en plastique montés sur un axe horizontal. Les micro-organismes responsables de la
dégradation de la matière organique sont fixés naturellement sur les disques et forment un biofilm
d’une épaisseur d’environ 1 à 4 mm [27]. Environ 40% de la surface des disques est immergée
où l’eau à traiter circule [27]. Au cours de la rotation des disques, le biofilm fixé est
alternativement mis en contact avec l’oxygène de l’air et de la pollution à dégrader. L’effluent
est préalablement décanté afin d’éviter tout colmatage des matériaux supports. Les boues qui se
décrochent sont ensuite séparées de l’eau traitée par décantation dans un clarificateur (figure 7).
Figure 7:Filière d'épuration des eaux usées par disques biologiques
[27]
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 17
c) Boues activées
C’est le procédé le plus répandu actuellement pour l’épuration des eaux résiduaires
urbaines des petites, moyennes ou grandes collectivités [28]. Le procédé à boues activées est un
système en continu dans lequel des micro–organismes sont mis en contact avec des eaux usées
renfermant des matières biodégradables pendant un temps suffisant. Ces amas biologiques sont
maintenus en agitation au sein de l’eau de façon à assurer un contact avec toute la partie de
l’effluent. L’oxygénation est fournie en quantités suffisantes par des aérateurs. Ainsi, dans le
bassin d’aération, en présence d’oxygène, les micro-organismes vont se développer et se
reproduire aux dépens des matières biodégradables formant ainsi des flocons décantable, orientés
par la suite vers un clarificateur (figure 8). A la sortie une eau traitée et des boues seront produites,
une partie de ces boues sera expédiée vers les organes de traitement de boues et l’autre partie
réintroduite dans le bassin d’aération.
Figure 8: Filière d’épuration des eaux usées par boues activées [28]
I.2.3.2 Techniques extensives à culture libre
a) Lagunage naturel
Le lagunage naturel est une technique d’assainissement des eaux usées par un système
ouvert de bassins successifs (marais reconstituée) qui permet d’épurer complètement les matières
organiques [28]. Les micro-organismes qui sont à la base de la dépollution se développent en
suspension dans des bassins dont la profondeur n’excède pas 1,2 m. Il convient de prévoir trois
bassins en série (un bassin anaérobie, un bassin facultatif et un bassin de maturation) au moins
[28] (figure 9). La production de l’oxygène est assurée par des algues qui se développent
naturellement dans les bassins et à partir du phénomène de la photosynthèse. Le procédé permet
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 18
d’obtenir des rendements d’élimination de la pollution de l’ordre de 70 à 80% et un très bon
abattement de la pollution bactériologique [28].
b) Lagunage à macrophytes
Les algues macroscopiques (visibles à l’œil nu) vivent dans la lagune et dans le bassin
des plants aquatiques [29] (figure 9). Les plantes aquatiques puisent les sels minéraux
indispensables à leur croissance et permettent le développement de micro-organismes qui se
nourrissent des plantes elles-mêmes, et des éléments dissous dans l’eau. Parmi ces plantes on
peut citer: iris, roseaux, joncs, phragmites, lentilles d’eau, jacinthe d’eau [29]. L’épuration des
eaux usées domestiques par lagunage à macrophytes abouti à des rendements satisfaisants où on
obtient un abattement de 87% de la DCO et une réduction de 95% des MEST. L’abattement de
la charge bactérienne exprimée par les bactéries témoins de la contamination fécale peut atteindre
jusqu’à 2 ULog «10 2
germes » pour un temps de séjour de 7 jours et un abattement de 100 %
des œufs d’helminthes [30].
c) Lagunage aéré
C’est une technique d’épuration biologique des eaux usées par culture libre avec un apport
artificiel d’oxygène. Dans l’étage d’aération, les eaux usées sont dégradées par des micro-
organismes qui consomment et assimilent les nutriments. Le principe de base est le même que
celui des boues activées avec une densité de bactéries faible et l’absence de recirculation.
L’oxygénation est assurée par un aérateur de surface ou insufflation d’air. La décantation est
assurée principalement par une ou deux simples lagunes. Les matières en suspension
s’agglomèrent lentement sous forme de boue et elles sont régulièrement extraites. Les avantages
et inconvénient de ce système sont regroupés dans le tableau 3.
Figure 9 : Schéma classique de la filière lagunage [29]
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 19
I.2.3.3 Techniques extensives à culture fixe
a) Filtres plantés de roseaux à écoulement horizontal
Un filtre planté à écoulement horizontal sous surface est un grand canal rempli de gravier
et de sable sur lequel la végétation aquatique est plantée. L’eau usée coule horizontalement à
travers le canal. Le matériau filtrant filtre les particules et les micro-organismes dégradent la
matière organique. Le niveau d’eau dans un filtre planté à écoulement sous surface est maintenu
de 5 à 15 cm en dessous de la surface pour assurer un écoulement souterrain [31]. Le lit devrait
être large et peu profond de sorte que le chemin d’écoulement de l’eau soit maximisé. Une zone
d’admission devrait être utilisée pour distribuer également l’écoulement. Le traitement primaire
est essentiel pour éviter le colmatage et assurer un traitement efficace. Le lit devrait être garni
d’un revêtement imperméable (argile ou géotextile) pour empêcher l’infiltration dans le sous-sol.
Un gravier petit, rond et de taille égale comprise entre 3 et 32 mm de diamètre est généralement
employé pour remplir le lit à une profondeur de 0,5 à 1 m [31]. Pour limiter le colmatage, le
gravier devrait être propre et exempt de fines particules. Les eaux à traiter devraient subir un
traitement primaire avant d’entrer dans le filtre et le matériau filtrant nécessite un remplacement
tous les 8 à 15 ans. L’efficacité de l’abattement du filtre est fonction de la superficie et de la
section [31]. La figure 9 montre le schéma d’un filtre planté à écoulement horizontal utilisé pour
l’épuration des eaux usées.
b) Filtres plantés de roseaux à écoulement vertical
Le principe des filtres verticaux consiste à admettre les eaux usées, sans traitement
préalable, sur un massif de gravier planté de roseaux. Les bactéries épuratrices sont fixées sur les
grains de sable, sur les rhizomes des roseaux et la couche de boue de surface. Elles se développent
et dégradent la pollution. Le filtre planté de roseaux est généralement composé de deux étages :
le premier retient les particules solides et débute le traitement, le second affine l’épuration. Le
dispositif est alimenté de façon séquencée grâce à la présence d’un réservoir de chasse placé en
tête permettant d’assurer une alimentation homogène sur l’ensemble de la surface du filtre. Cette
filière a de bon rendement sur la matière organique et traite partiellement l’azote. Le procédé est
recommandé pour une population de 50 à 2000 équivalents habitants, globalement 10
m2
/eqh[31]. L’exploitation et l’entretien sont simples.
La figure 10 montre le schéma d’un filtre planté à écoulement vertical utilisé pour
l’épuration des eaux usées. Les avantages et inconvénient de ce système sont regroupés dans le
tableau 3.
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 20
c) La filtration /percolation
La filtration ou percolation consiste à traiter les eaux usées par l’intermédiaire d’un sol
ou d’un massif filtrant. On filtre les effluents à raison de quelques centaines de litres d’effluents
par mètres carrées de massif filtrants et par jours. Deux mécanismes entrent en jeu:
-Filtration de MES : plus le sable est grossier, plus la fixation de MES se fera en profondeur et
les MES finissent par colmater le filtre. Pour lutter contre le bouchage du massif filtrant, il faut
alterner la phase de filtration et la phase de séchage. L’élimination de MES permet l’élimination
des microorganismes qui y sont fixées.
-L’adsorption des bactéries libres par les grains du sable de filtre. Il se forme alors un film
biologique contaminé, surtout dans la partie supérieure ce film va permettre une dégradation
microbienne de la matière organique et des substances dissoutes dans l’effluent (phosphate,
nitrates). Cette dégradation consomme de l’O2 et produit du CO2. Il faut donc aérer régulièrement
le film pour éviter l’asphyxie du milieu.
Figure 10 : Schéma de fonctionnement d’un filtre planté à écoulement horizontal [31]
Figure 11:Schéma de fonctionnement d'un filtre planté à écoulement vertical [31]
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 21
Tableau 3 : Avantages et inconvénients de quelques filières de traitement des eaux usées
Filières de
traitement
Avantages Inconvénients
Lagunage - Grande simplicité de fonctionnement ;
- ne requiert pas une source d’énergie ;
encore une main d’œuvre qualifiée ;
- coûts d’installation et d’entretien
moyen;
- Adapté aux zones tropicales où les
conditions climatiques favorisent un
fonctionnement sans interruption toute
l’année;
-Haute réduction des germes
pathogènes;
-Très bonne intégration paysagère.
- requiert de large surface pour son
installation ;
- représente un gite de développement
important de moustiques et nuisances
olfactives;
- inaccessibilité de tous les bassins à une
intervention ;
- accumulation de boues mixtes très et
difficileà extraire;
-intervention du curage fréquent.
Filtres
plantés
de roseaux
- Bonnes performances épuratoires pour
les paramètres particulaires, carbonés et
bacteriologiques;
- Possibilité de traiter les eaux usées
brutes ;
- Coûts d'investissement relativement
faible;
- Facilité et faible coût d'exploitation
(pas de consommation énergétique) hors
alimentation par poste ;
- Bonne intégration paysagère.
- Peu adapté aux surcharges hydrauliques;
- Faibles abattements pour le traitement
de l'azote global (absence de
dénitrification) et du phosphore;
-Exploitation régulière, faucardage
annuel, désherbage manuel avant la
prédominance des roseaux;
- Risque de présence
d'insectes,moustiques ou de rongeurs.
Boues
activées
-Bonne pour toute taille de collectivité
(sauf très petite) ;
-Bonne élimination de l’ensemble des
paramètres de pollution ;
-Adapté pour la protection des milieux
récepteurs sensibles ;
-Boues légèrement stabilisées ;
-Facilité de mise en œuvre d’une
déphosphatation simultanée.
-Coûts d’investissement assez important ;
-Consommation énergétique importante ;
-Nécessité de personnel qualifié et d’une
surveillance régulière ;
-Sensibilités aux surcharges hydrauliques;
-Décantabilité de boues pas toujours
aisées à maîtriser ;
-Forte production de boue qu’il faut
concentrer.
Lits
bactériens
-Adapté pour les collectivités <10
-Faible consommation d’énergie ;
-Bonne decantabilité des boues ;
-Sensibilité faible aux variations de
charge et aux toxiques.
-Performance généralement plus faible ;
-Coûts d’investissement assez élevés ;
-Sensibilité au colmatage et au froid ;
-Source de développement d’insectes ;
-nécessite de prétraitement efficace.
Infiltration-
percolation
sur sable
-Excellents résultat sur la DBO5 la DCO
les MES et nitrification poussée
-superficie nécessaire bien moindre que
pour un lagunage naturel capacité de
décontamination intéressante.
-Nécessite d’un ouvrage de décantation
primaire efficace ;
-Risque de colmatage à gérer;
-Nécessite d’avoir à disposition de grande
quantité de sable ;
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 22
I.2.4 Risques sanitaires et environnementaux des eaux usées et des sous-produits
I.2.4.1 Risques Sanitaires
La station d’épuration des eaux usées reçoit divers effluents tels que des eaux grises et
des eaux vannes venant des ménages. C’est dans les eaux de sanitaires ou vannes que se
concentrent la plupart des microorganismes. Ils proviennent principalement des matières fécales.
Les agents pathogènes des eaux usées se concentrent également dans les boues lors des procèdes
de traitement des effluents. Le tableau 4 présente les relations entre différents types de bactéries
présentes dans les eaux usées et les maladies transmises. Les travaux de plusieurs auteurs [32,34]
ont montrés que les boues issues des stations d’épuration contiennent généralement des
organismes pathogenèse pour l’homme tels que des bactéries (Escherichia coli, Salmonella,
Shigella, Pseudomonas, Campylobacter), des virus (enterovirus, adenovirus, coronavirus,
rotavirus, virus de l’hepatite A et E), des protozoaires (Giardia et Cryptosporidium) ainsi que des
œufs d’helminthes. En étant déversées à proximité des habitations, les boues peuvent contaminer
les populations avoisinantes et causer de nombreuses maladies infectieuses telles que : le
Choléra, fièvre typhoïde, dysentérie, gastro-entérite, maladie diarrhéiques [32].
I.2.4.2 Risques environnementaux
La STEP de Biyem-Assi ne dispose pas d’un lit de séchage pour les boues. Les sous-
produits de la STEP sont déversés dans la nature. Ces boues rejetées entrainent la prolifération
des odeurs nauséabondes pour les populations riveraines, la dégradation du sol et du couvert
végétal. Les boues de la STEP sont également entrainées par ruissellement dans les cours d’eau
voisin ce qui pourrait conduire à la pollution des eaux de surface et des eaux souterraines ainsi
que la contamination microbienne et chimique de ces eaux.
 Effets sur les eaux souterraines
Les effets sur les eaux souterraines sont souvent plus importants que les effets sur le sol. La
contamination des sources d’approvisionnement en eau des populations riveraines (puit,
forage…) par les eaux usées et les boues de la STEP. La pollution des eaux souterraines avec des
constituants de l'eau usée est possible [32].
 Effets sur les eaux de surface
Le rejet dans le milieu récepteur des eaux usées des matières organiques et des matières en
suspension élevées conduit à de nombreux effets néfastes tel que : une réduction immédiate de
l’oxygène dissous, une augmentation de la turbidité, le colmatage de branchie de poisson, un
appauvrissement de la diversité biologique et la perte d’espèces [33].La concentration élevée en
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 23
substance nutritive comme l’azote et le phosphore dans l'eau usée est d'un intérêt particulier
lorsque l'eau usée épurée est déversée dans le milieu aquatique (rivière, lac). Ces éléments
peuvent créer des conditions favorables à l’eutrophisation [33]. Dans de telles conditions,
l'apparition d'algues vertes est très fréquente et il est difficile de remédier aux problèmes y
associés [32]. Les incidences sur les écosystèmes aquatiques de l’ajout des substances nutritives
sont sources d’importantes préoccupations car ces quantités supplémentaires peuvent favoriser
la croissance des producteurs primaires (algues) à des niveaux nuisibles pour l’écosystème [33].
Tableau 4 : Quantité moyenne des organismes pathogènes présents dans les eaux usées et
maladies associées [34].
Organismes Maladies Nombre par litre
Virus pathogènes
Adénovirus
Entérovirus (polio)
Hépatite A
Virus Norwalk
Rota virus
Maladies respiratoires, infections oculaires,
vomissements, diarrhée
Paralysies, méningite, fièvre
Hépatite infectieuse
Vomissement épidémique et diarrhée
Diarrhée et vomissement
182-492 000
Non reporté
Non détecté
400-85 000
Bactéries pathogènes
Salmonella
Shigella
Campylobacter spp
Vibrio cholerae
Thyphoïde, paratyphoïde, salmonellose
Dysenterie bacillaire
Gastro-entérite
cholera
20-80 000
10-10 000
37 000
100-100 000
Protozoaires pathogènes
Entamoeba histolytica
Giardia lamblia
Balantidium coli
Cryptosporidium parvum
Dysenterie amibienne
Diarrhée, malabsorption
Diarrhée modérée, ulcération du colon
Diarrhée
4
125-200 000
28-52
0,3-4 000
Helminthes
Ascaris
Ancylostoma
Trichuris
Ascardiose
Anémie
Diarrhée, douleurs abdominales
5-111
6-188
10-41
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 24
I.3 Présentation de la station d’épuration des eaux usées domestiques de Biyem-Assi
I.3.1 Description des ouvrages de traitement de la STEP
Compte tenu de la qualité des effluents à traiter et du niveau de rejet requis, la filière de
traitement utilisée au niveau de la STEP de Biyem Assi est du type filtre planté. Les eaux usées
en provenance du Camp SIC Biyem assi sont collectées et traitées à travers trois étapes (figure
12) à savoir :
 Le prétraitement
 Le traitement par les filtres plantés
 L’évacuation des eaux épurées
I.3.1.1 Prétraitement
Le système de prétraitement des eaux usées(EU) a été réalisé à l’amont de la STEP. Les
EU circulent de manière gravitaire dans les différents ouvrages. Les ouvrages de prétraitement
sont défectueux et nécessitent un redimensionnement. Ce système est constitué d’un dégrillage,
d’un bac de décantation, d’un déshuilage et d’un filtre à sable.
Le dégrillage (figure 14a et 14b) consiste à retenir tous les gros déchets et les déchets
insolubles (branches, les plastiques, les feuillages…) pour éviter les obstructions. Le système de
dégrillage de la STEP de Biyem-Assi comprend une série de grilles, espacées d’environ 50cm
avec les mailles de plus en plus serrés. Dès que les mailles sont encombrées un racleur monte le
long des grilles et les retire. Le dégrillage est manuel. Les déchets issus du dégillage sont
compostés pour une valorisation en agriculture.
Le déshuilage par écumage des graisses permet d’éliminer les huiles par un principe de la
flottation. La STEP de Biyem-Assi ne dispose pas du déshuilage. L’élimination des graisses se
fait par un raclage de la surface. Les graisses retirées peuvent être recyclées en biocarburant.
Le décanteur (fosse toutes eaux). La fosse toutes eaux est un réservoir fermé de décantation
dans lequel les boues décantées sont en contact direct avec les eaux usées traversant l’ouvrage.
Les matières organiques solides y sont partiellement décomposées par voie bactériennes
anaérobie. Elle a pour but d’éliminer les particules en suspension dont la densité est supérieure à
celle de l’eau. Le décanteur de la STEP de Biyem-Assi est une grosse structure en béton. La
vitesse lente de l’eau permet le dépôt de matières en suspension au fond du décanteur (boues
primaires).
Un filtre à sable ou préfiltre permet de retenir des particules plus fines à travers des grains
anguleux de sable. Le préfiltre de la STEP de Biyem-Assi intégré à la fosse est destiné à prévenir
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 25
le colmatage par les matières en suspension du dispositif d’épuration (filtres plantés).Elle est
située juste après la fosse décantation avant le bassin des filtres plantés
I.3.1.2 Traitement par filtres plantés (figure 16b)
Une fois le traitement primaire terminé, les eaux usées sont acheminées vers le filtre
planté. Les substrats utilisés pour construire le filtre sont constitués de sable, de gravier, de pierre
(ballast), et de matières organiques telles que le compost. Leur perméabilité affecte la circulation
de l’eau ainsi ils retiennent les sédiments et les déchets qu’elle transporte. Les utilisées sont les
plantes macrophytes vasculaire (plantes supérieures) qui joue un rôle important dans le traitement
des eaux usées domestiques.
I.3.1.3 Evacuation des eaux usées épurées (figure 14g).
Après épuration des eaux usées de la station de Biyem Assi celles-ci sont acheminées et
évacuées à travers les canalisations vers le milieu récepteur. Le milieu récepteur est la rivière
Biyeme affluent du Mfoundi.
Figure 12 : Différentes phases de traitement des eaux usées de la STEP de Biyem-Assi
I.3.2 Fonctionnement du bassin de filtres plantés de la STEP de Biyem-Assi.
Après le processus de prétraitement, vient l’étape de l’épuration de ces eaux usées à
travers des filtres plantés. Les filtres plantés assurent l’épuration des eaux à l’aide d’un massif
filtrant constitué de couches superposées de graviers ou de sable à granulométries différentes. Le
traitement par cultures fixées de la STEP de Biyem-Assi s’effectue sur substrat variés et en
présence des plantes vasculaires telle qu’Echinochloa pyramidalis. Ces plantes sont enracinées
et émergent à la surface du filtre. Le fonctionnement consiste à faire percoler les eaux usées ayant
subir le prétraitement préalable sur deux bassins aménagés montés en parallèle, dans lesquels
minéraux et végétaux favorisent l’activité épuratoire. Les bassins sont bien étanches pour éviter
l’infiltration et la contamination de la nappe. Le système de traitement de Biyem-Assi fonctionne
à travers les filtres plantés à écoulement vertical (figure 13). Ces filtres plantés à écoulement
vertical sont largement régulés par l’activité des micro-organismes (bactéries, protozoaire,
Collecte Prétraitement EvacuationEpuration
Dégrillage
Déssablage
Fosse
toutes eaux
Préfiltre Regard de
répartition
Bassin
des filtres
plantés
Eaux usées
venant des
camps SIC
Rejet en
exutoire
superficiel
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 26
levure…).Cette biomasse et son métabolisme digère le carbone organique et les éléments
nutritifs. Le rôle de ces végétaux aquatiques est de percé le substrat pour apporter l’oxygène
créant ainsi des conditions aérobies de traitement. Cette oxygénation est favorable à la
nitrification et limite également le phénomène de colmatage. Ce mode d'alimentation est
nécessaire pour contrôler la croissance de la biomasse épuratoire dans les matériaux de
garnissage des massifs filtrants ainsi que les rhizomes et racines. Le système racinaire se
développe dans le massif filtrant et crée des pores qui augmentent la conductivité hydraulique du
système.
Figure 13 : Aperçu général de la station d’épuration du Camp-SIC de Biyem-Assi
Bassin de filtres plantés
Fosse de decantation
Prétraitement (dégrillage et dessablage)
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 27
ba
c
e
a : Dégrilleur et dessableur b : Dégrilleur à l’entrée
c : Vue d’ensemble e : Bassin d’épuration à filtre planté
d: Lit de séchage de boue f : Evacuations des eaux épurées
Figure 14 : Ouvrages et dispositifs de la station d’épuration
f
d
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 28
CHAPITRE II:
MATÉRIEL ET MÉTHODES
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 29
II.1 Localisation et présentation du site d’étude
La Station d’épuration des eaux usées domestiques du Camp SIC Biyem-Assi a été
réhabilitée en 2012. Elle se trouve en zone urbaine au Sud de la ville de Yaoundé particulièrement
au 6ème
arrondissement de coordonnées géographiques 3°50'18"N et 11°29'09"E avec une
dénivellation de 698m. Les eaux résiduaires qui alimentent cette station proviennent
essentiellement d’une population estimées à 2000EH avec un débit journalier de 300 m3
/h .Elle
utilise la technique des filtres plantés en remplacement de l’ancienne qui était du type lagunaire.
Le drainage de ces eaux se fait par gravitation à travers des tuyaux de canalisations. Le milieu
récepteur des eaux épurées est la Biyeme qui est un affluent du Mfoundi.
Figure 15 : Carte de localisation de la station d’épuration du Camp SIC Biyem-Assi
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 30
II.2 Matériels de travail sur le terrain et au laboratoire
Dans le cadre de la présente étude, les matériels utilisés sont les suivant:
 DBO-mètre à servir à la mesure de la quantité d’oxygène nécessaire pour la dégradation de
la matière organique ;
 Tube et four à DCO à servir à la mesure la DCO ;
 pH-mètre de marque marque CG 818 à servir pour la mesure du pH ;
 Multimètre Conductivity/TDS de marque EXTECH équipé d’une électrode de mesure de
la conductivité et de la TDS, une sonde pour la mesure de la température ;
 Spectrophotomètre de marque JENWAY à servir à la lecture des valeurs de chaque paramètre
étudié à diffèrent longueur d’onde;
 Boîtes de Pétri a été utilisé pour contenir les échantillons destinés à la culture des
streptocoques fécaux et coliformes fécaux ;
 Milieu de culture Bile Esculine Azide agar (BEA) et Tetraphenyl Tetrazolium Chloride
(TTC) ;
 L’étuve à 150o
C à servir au séchage l’échantillon d’eau usée à analyser ;
 Le tableur Microsoft Excel 2013, pour effectuer les moyennes et les histogrammes des
données obtenues ;
 Géneral Position System (GPS), de marque Garmin à servir à la prise des coordonnées des
différents point du site d’étude.
II.3 Méthodes
II.3.1 Echantillonnage des eaux usées et mesure.
Les échantillons d’eaux usées ont été prélevés juste à l’entrée de la station avant les
ouvrages du prétraitement puis à la fin du traitement à la sortir avant le rejet dans le milieu
récepteur. Ces prélèvements ont été effectués pendant les périodes d’avril, mai et juin 2016. Les
échantillons collectés ont été conservés dans des boites stériles puis dans une glacière et
acheminés au Laboratoire d’Hydrobiologie et Environnement du département de Biologie et
Organismes Animaux de l’Université de Yaoundé pour les analyses.
II.3.2 Caractérisations physico-chimiques des eaux usées
La caractérisation physico-chimique à consister à mesurer : le potentiel d’hydrogène (pH),
la conductivité, la turbidité, la demande chimique en oxygène (DCO), la demande biochimique
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 31
en oxygène pendant 5 jours (DBO5), les matières en suspension, les TDS, la température, les
ions nitrates (NO3
–
), les ions ammoniums (NH4
+
), les ions phosphates (PO4
3-
).
II.3.2.1 Mesure de la température, de la conductivité, TDS
La température, la conductivité et la TDS ont été mesurées in situ à l’aide d’un multimètre
portatif de marque EXTECH. Pour ces mesures, l’électrode du multimètre est plongée dans
l’échantillon sous légère agitation et les valeurs des différents paramètres sont lues directement
sur l’écran de l’appareil. Ces résultats sont exprimés respectivement en °C pour la température,
en μS.cm-1
pour la conductivité et en mg/L pour la TDS.
II.3.2.2 Mesure du pH
Le pH a été déterminé à l’aide d’un pH-mètre de marque CG 818. Après calibrage du pH-
mètre à l’aide des solutions tampons de pH connu (4 et7), l’électrode en verre a été introduite
dans 100 ml d’échantillon sous légère agitation et la valeur du pH est lue sur l’écran à affichage
digital.
II.3.2.3 Mesure de la turbidité
Pour la mesure de la turbidité 25 ml d’échantillon d’eau usée sont introduite dans les
cellules de mesure de spectrophotomètre. L’appareil est mis en marche et la lecture s’effectue à
la longueur d’onde de 450nm.
II.3.2.4 Détermination des Matières en suspension (MES)
Les matières en suspension sont déterminées par la méthode de filtration membranaire.
On filtre sur une membrane filtrante 200 ml de l’échantillon d’eau usée à analyser, puis on sèche
le filtre à l’étuve (150°C) jusqu’à ce que le poids reste constant après refroidissement au
dessiccateur. La différence de poids de la membrane avant et après filtration nous donne la teneur
en matières en suspensions de l’eau usée [35]. Le taux de matières en suspension est exprimé en
milligrammes par litre.
II.3.2.5 Détermination de la teneur en ions orthophosphates
Dans 10ml d’échantillon d’eau usées on ajoute une gélule de PhosVer III ainsi qu’à
l’échantillon témoin qui est de l’eau distillée. Le mélange est homogénéiser et laissé au repos
pendant 2 minutes (temps de réaction). La teneur des orthophosphates (PO4
3-
) par référence au
témoin, est lue directement sur l’écran digital du spectrophotomètre JENWAY à la longueur
d’onde de 430 nm et les valeurs sont exprimées en mg/L.
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 32
II.3.2.6 Détermination de la teneur en ions ammonium
La concentration en ion ammonium a été déterminé par colorimétrique au réactif de
Nessler. Dans 25 ml d’échantillon d’eau usée sont ajoutés successivement trois gouttes de
stabilisant minéral et d’alcool polyvinylique puis 1 ml de réactif de Nessler. La coloration du
complexe formé en présence des ions NH4+
est lu au spectrophotomètre à la longueur d’onde 425
nm. La densité optique est lue sur l’écran d’affichage digital de l’appareil par référence à un
témoin constitué d’eau distillé. Les résultats sont exprimés en mg/L de NH4.
II.3.2.7 Détermination de la teneur en ions nitrates.
Les ions nitrates ont été déterminés par la méthode de réduction au cadmium à l’aide d’un
spectrophotomètre de marque JENWAY. Après introduction de 10 ml d’échantillon dans une
cellule spectrophotométrique, on y ajoute le contenu d’un sachet de Nitraver 5 pour 10 ml. Le
mélange est ensuite homogénéisé et laissé au repos pendant 5 minutes (temps de réaction). La
coloration ambre développée en présence des NO3
-
est ensuite lue au spectrophotomètre à 507
nm. La densité optique des ions nitrates considéré est lue sur l’écran d’affichage digital de
l’appareil par référence à un témoin constitué de 10 ml de l’échantillon. Le résultat est exprimé
en mg/L.
II.3.2.8 Détermination de la demande chimique en oxygène
La demande chimique en oxygène est déterminée par la méthode de digestion au réacteur.
Après homogénéisation de l’échantillon d’eau usée, 2 ml sont prélevés et introduits dans des
tubes à DCO, puis digérés en présence d’un témoin à 150 °C pendant 2 heures dans un réacteur
de DCO de marque Hach. Après refroidissement des tubes, la valeur de la DCO de l’échantillon
est lue au spectrophotomètre de marque JENWAY à la longueur d’onde de 600 nm.
II.3.2.9 Détermination de la demande biochimique en oxygène pendant 5 jours
La demande biochimique en oxygène pendant 5 jours est déterminée par la méthode
manométrique à l’aide d’un appareil à DBO5 de marque Hach. Dans une bouteille contenant 250
ml d’eau usée est ajoutée une solution tampon nutritive pour DBO5, puis le tout est incubé
pendant 5 jours consécutifs à la température de 20 °C et en absence de la lumière. Pendant cette
période, les bactéries utilisent l’oxygène présent dans la partie supérieure de la bouteille pour
oxyder les matières organiques contenues dans la solution et rejettent le CO2. Ce dernier est fixé
par les cristaux d’hydroxyde de potassium présents dans la cupule placée à la tête de chaque
bouteille appelée Oxitop. L’élimination de l’oxygène fait monter le mercure dans le tube fixé à
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 33
l’entrée de la bouteille à DBO et ainsi, la valeur de la DBO5 correspond à la valeur du mercure
monté [35].
II.3.3 Caractérisation bactériologiques des eaux usées
Les micro-organismes retenus comme bio-indicateurs de la pollution fécale sont
généralement les coliformes fécaux (CF) et streptocoques fécaux (SF). Les streptocoques fécaux
(SF) et coliformes fécaux (CF) présents dans les échantillons d’eaux sont déterminés par filtration
sur membrane et dénombrés conformément au protocole standard décrit par Rodier. Le milieu
de culture utilisé pour les SF est le milieu Bile Esculine Azide agar (BEA) tandis que pour les
coliformes fécaux, c’est le milieu Tetraphenyl Tetrazolium Chloride (TTC) et tergitol 7.
Après dilution décimale des échantillons de 33 ml d’eaux usées dans de l’eau distillée,
les échantillons ont été filtrés sur membrane à l’aide d’une pompe à vide. Les membranes de
filtration ont ensuite été placées dans les milieux de culture respectifs puis incubées à 35 ± 0,2
°C pour les SF et à 44,5 ± 0,2 °C pour les CF pendant 24 heures. Après incubation, les colonies
ont été dénombrées.
II.3.4 Taux d'abattement des paramètres de pollution de la STEP
L'effet des charges polluantes sur le rendement épuratoire de la station de traitement des
eaux usées de Biyem-Assi a été évalué après détermination des concentrations des paramètres
physico-chimiques et bactériologiques. Le taux d’abattement est déterminé par l’expression
suivante :
Avec :
Ce= concentration à l’entrée de la station d’épuration
Cf = concentration à la sortie de la station d’épuration.
𝑇𝑎𝑢𝑥 𝑑′
𝑎𝑏𝑎𝑡𝑡𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 = (
𝐶𝑒 − 𝐶𝑓
𝐶𝑒
) 𝑥 100
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 34
b
d
f
a : boite de pétri b : Spectrophotomètre HACH DR/3900
c : incubation des DBO-mètres d : Multimètre conductivity/TDS
e :pH-mètre f : différents milieux de culture
Figure 16 : Matériels utilisés au laboratoire
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 35
CHAPITRE III:
RESULTATS ET DISCUSSION
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 36
Dans ce chapitre, nous présenterons dans un premier temps les caractéristiques physico-
chimiques et bactériologiques des eaux usées avant et après le traitement. Dans un deuxième
temps nous évaluerons les rendements épuratoires de la station d’épuration.
III.1 Caractéristiques physico-chimiques des eaux usées brutes et traitées
Les paramètres physico-chimiques analysés sont : la température, la conductivité, le pH,
la demande chimique en oxygène (DCO), la demande biochimique en oxygène pendant 5 jours
(DBO5), les matières en suspension, les ions nitrates (NO3
–
), les ions ammoniums (NH4
+
), les
ions phosphates (PO4
3-
).
III.1.1 Température
Les variations de la température de la STEP ont des effets importants car elles influencent
le développement des colonies de micro-organismes [36]. La figure 17 présente les variations
mensuelles de la température. Il ressort de cette figure que la température des eaux usées brutes
varie de 25,6°C à 24,4°C avec un pic au mois de mai qui est de 26o
C. Pour les eaux usées traitées
elle varie de 24,4°C à 24,7°C avec un pic au mois de mai qui est 25,4°C. Cette variation de la
température est en conformité avec la variation de la température du micro climat de la station
d’épuration. Les valeurs de température des eaux traitées ne dépassent pas 30°C considérée
comme la valeur limite des rejets directs dans le milieu récepteur selon les normes Camerounaise
fixées par le MINEPDED [37].
Figure 17 : Variation de la température des eaux usées brutes et des eaux épurées
23
24
25
26
27
avril mai juin
Temperature(oC)
Mois
eau brute
eau traitée
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 37
III.1.2 Potentiel d’hydrogène (pH)
Le pH est un indicateur de la pollution par excellence. Il indique l’alcalinité des eaux
usées et varie suite à la nature des effluents basiques ou acides [36]. La figure 18 présente les
variations mensuelles du pH. Il ressort de cette figure que la valeur du pH des eaux usées brutes
de la STEP varie de 7,29 à 6,6 et celle des eaux usées traitées varie de 6,69 à 7. Les valeurs du
pH des eaux traitées sont comprises entre 5,5-9,5. Elles sont par conséquence considérées comme
la valeur limite des rejets dans le milieu récepteur selon les normes Camerounaise fixées par le
MINEPDED.
Figure 18 : Variation du pH des eaux usées brutes et des eaux épurées
III.1.3 Conductivité
La conductivité traduit le degré de minéralisation globale des eaux usées. Elle nous
renseigne sur le taux de salinité. La figure 19 présente les variations mensuelles de la
conductivité. Il ressort de cette figure que la conductivité des eaux usées brutes varie de 645
μS/cm à 748 μS/cm avec un pic au mois de mai à 823 μS/cm. Celle des eaux traitées varie de 332
μS/cm à 229 μS/cm avec un pic au mois de mai à 458 μS/cm. Les eaux usées brutes présentent
des valeurs de conductivité plus forte par rapport aux eaux usées traitées. Les valeurs de
conductivité élevées particulièrement au mois de mai pourraient être expliquées par l’infiltration
des eaux de pluie et le rejet des déchets fortement minéralisés (azote minéral et phosphate) dans
le réseau collecteur d’assainissement.
4
5
6
7
8
avril mai juin
pH
Mois
eau brute
eau traitée
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 38
Figure 19 : Variation de la conductivité des eaux usées brutes et des eaux épurées
III.1.4 Oxygène dissous
L’oxygène dissous est très important car il conditionne la dégradation de la matière
organique [38]. La figure 20 présente les variations du taux d’oxygène dissous. Il ressort de cette
figure que le taux d’oxygène dissous des eaux usées brutes varie de 8,5 % à 32 % avec un pic au
mois de mai de 76 %.Celui des eaux traitées varie de 34,2 % à 43,1 % avec un pic au mois de
mai de 45,3%. Les valeurs de la teneur en oxygène dissous des eaux brutes et traitées sont plus
élevées au mois de mai. Le fort taux d’oxygénation pourrait être expliqué par le fait que le débit
élevé des eaux usées brutes et traitées en cette période cause une turbulence en apportant une
quantité importante d’oxygène.
III.1.5 Matières en suspension
Les matières en suspension représentent l’ensemble des particules minérales et
organiques contenues dans les eaux usées [38]. La figure 21 présente les variations de la teneur
des matières en suspension. Il ressort de cette figure que la teneur des matières en suspension des
eaux usées brutes varie de 509 mg/L à 168 mg/L avec une moyenne de 358,33mg/L. Celle des
eaux traitées est presque constante et stable durant tous les mois avec une moyenne de 27mg/L.
Les valeurs élevées des MES dans les eaux usées brutes au mois d’avril et mai pourraient être
expliqués par le lessivage du sol (riche en déchets minéraux et organiques) et l’infiltration des
eaux de ruissellement chargées en particule diverse dans le réseau d’assainissement par temps de
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Avril Mai Juin
Conductivité(µS/Cm)
Mois
Eau brute
Eau traitée
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 39
pluie. La valeur des matières en suspension des eaux traitées ne dépassent pas 30mg/L. Elle est
conforme à la valeur limite de rejet dans le milieu récepteur selon les normes Camerounaise
fixées par le MINEPDED.
Figure 20 : Variation de l’oxygène dissous des eaux usées brutes et des eaux épurées
Figure 21 : Variation des matières en suspension des eaux brutes et des eaux épurées
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Avril Mai Juin
Oxygenedissous(%O2)
Mois
Eau brute
Eau traitée
0
100
200
300
400
500
600
avril mai juin
MES(mg/L)
Mois
eau brute
eau traitée
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 40
III.1.6 Demande biochimique en oxygène en cinq jours
La DBO5 est une expression pour indiquer la quantité d’oxygène qui est utilisée pour la
destruction de matières organiques décomposables par des processus biochimiques [38]. La
figure 22 présente les variations mensuelles de la demande biochimique en oxygène en cinq jours
(DBO5).Il ressort de cette figure que la DBO5 des eaux usées brutes varie de 500 mg/L à 250
mg/L respectivement au mois d’avril et juin avec une moyenne de 364,86 mg/L. Pour les eaux
traitées elle varie de 30 mg/L à 3,2 mg/L respectivement au mois d’avril et juin avec une
moyenne de 27,7 mg/L. Les valeurs de la DBO5 des eaux traitées sont largement inférieures à
100 mg/L. Elles sont conformes à la valeur limite de rejet dans le milieu récepteur selon les
normes Camerounaise fixées par le MINEPDED.
Figure 22 : Variation de la DBO5 des eaux usées brutes et des eaux épurées
III.1.7 Demande chimique en oxygène
La DCO permet d’apprécier la concentration en matières organiques dissoutes ou en
suspension dans les eaux usées à travers la quantité d’oxygène nécessaire pour l’oxydation
chimique. La figure 23 présente les variations mensuelles de la demande chimique en oxygène
des eaux usées brutes et traitées. Il ressort de cette figure que les valeurs de la DCO des eaux
usées brutes sont quasi constantes avec une légère chute au mois de mai à 855 mg/L et une
moyenne de 879,86 mg/L. Pour les eaux traitées elle varie de 20 mg/L à 18,8 mg/L avec une un
pic au mois de mai qui est 90 mg/L. La forte concentration de la DCO des eaux usées butes durant
tous les mois serrait due au fait que les rejets proviennent essentiellement des utilisations
0
100
200
300
400
500
600
avril mai juin
DBO5(mg/L)
Mois
eau brute
eau traite
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 41
domestiques or de tels effluents sont chargés en matière organique. Les valeurs de la DCO des
eaux traitées nous renseignent sur le bon abattement de la pollution carbonée. Ces valeurs de la
DCO sont largement inférieures à 200 mg/L considérée comme la valeur limite de rejet dans le
milieu récepteur selon les normes Camerounaise fixées par le MINEPDED.
Figure 23 : Variation de la DCO des eaux usées brutes et des eaux épurées
III.1.8 Rapport DCO/DBO5
Le rapport DCO/DBO5 permet de juger la biodégradabilité d’une eau usée et par voie de
conséquence de l’intérêt du choix d’un procédé d’épuration biologique [38]. Les résultats de ce
rapport constituent une indication de l’importance des matières polluantes peu ou pas
biodégradables. La figure 24 présente la variation du rapport DCO/DBO5 des eaux usées brutes.
Il ressort de cette figure que les valeurs du rapport DCO/DBO5 des eaux brutes obtenues au mois
d’avril (2,88) et juin (2,59) sont inférieures à 3. Ces valeurs montre une bonne biodégradabilité
par conséquence la facilité de l’épuration biologique à filtres plantés de macrophyte. Par contre
la valeur obtenue au mois de mai (3,42) est supérieure à 3. Ceci permet de dire que les eaux usées
brutes au mois de mai ont une mauvaise biodégradabilité car elles contiennent des substances
biodégradables et d’autres peu biodégradables. Cela pourrait être expliqué par une variation
saisonnière du mode d’alimentation et le type de déchet rejeté par la population dans le réseau
d’assainissement durant ce mois.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
avril mai juin
DCO(mg/L)
Mois
eau brute
eau traitée
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 42
Figure 24 : Variation du rapport DCO/DBO5 des eaux usées brutes
III.1.9 Teneur en ions phosphates, ammonium, nitrates et nitrites.
Les figures 25 et 26 illustrent les variations de la teneur en ions phosphates, ammonium,
nitrates et nitrites des eaux usées brutes et des épurées de la STEP.
III.1.9.1 Teneur en ions phosphates
Il ressort des figures 25 et 26 que la valeur de la teneur en ions phosphates (PO4
3-
) des
eaux usées brutes varie de 3,7mg/L à 2,82 mg/L au mois de mai. Celle des eaux traitées oscille
entre 0 mg/L et 2,33 mg/ L au mois de juin avec une moyenne de 1,59 mg/L. La teneur en ions
phosphates dans les eaux brutes peut être expliquée par le rejet sauvage de certains produits
(détergents) dans le réseau collecteur et une contamination par le lessivage des produits riche en
NPK issus des engrais. Les valeurs de la teneur en ions phosphates des eaux traitées sont
inférieures à 10mg/L, considéré comme la valeur limite fixée par le MINEPDED sur la qualité
de rejet dans le milieu récepteur [37].
III.1.9.2 Teneur en ions ammonium
Il ressort des figures 25 et 26 que la valeur de la teneur en ions ammonium (NH4
+
) des
eaux brutes varie de 11 mg/L à 6 mg/L avec une moyenne de 7,73 mg/L. Pour les eaux traitées
elle varie de 2,75 mg/L à 5,28 mg/L avec une moyenne de 5,51mg/L. Les valeurs de la teneur en
ion ammonium supérieur à 5 mg/L traduisent un processus de dégradation incomplet de la
matière organique lorsque la teneur en oxygène est insuffisante pour assurer sa transformation
[39]. D’où l’élévation de la teneur en NH4
+
de l'eau usée avant le traitement.
0
1
2
3
4
Avril Mai Juin
DCO/DBO5
Mois
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 43
III.1.9.3 Teneur en ions nitrites
Il ressort des résultats présentés par les figures 25 et 26 que les valeurs de la teneur en
ions nitrites (NO2
-
) des eaux brutes varient de 3,3 mg/L à 2,5 mg/L avec une chute au mois de
mai à 0,25 mg/L. Pour les eaux traitées elles restent constantes et stables avec une valeur
inférieure à 0,1 mg/L. Ces valeurs des nitrites dans l’eau épurée sont largement inférieures à
1mg/L considéré comme valeur limite fixée par les normes de rejet [33].
III.1.9.4 Teneur en ions nitrates
Il ressort des résultats présentés par la figure 25 et 26 que les valeurs de la teneur en ions
nitrates (NO3
-
) des eaux brutes varient de 1,1 mg/L à 2,4 mg/L avec un pic au mois de mai qui
est de 10,5 mg/L et une moyenne de 7,73 mg/L. Ce pic de la teneur en ions nitrates enregistré
au mois de mai pourrait être expliqué par le fait que les eaux agricoles issues des terres cultivées
chargés d’engrais nitratés pourrait être lessivées, ruisselées et s’infiltrées dans le réseau collecteur
défectueux par temps de pluie. Pour les eaux traitées elles restent quasi constantes durant tous
les mois avec une valeur inférieure à 1,2 mg/L.
Figure 25 : Variation de la teneur des ions nitrites, nitrates phosphates et ammonium, des eaux
usées brutes
0
2
4
6
8
10
12
Avril Mai Juin
Concentrations(mg/L)
Mois
ammonium
nitrites
nitrates
phosphates
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 44
Figure 26 : Variation de la teneur des ions nitrites, nitrates phosphates et ammonium, des eaux
épurées
III.2 Variations des paramètres bactériologiques des eaux usées brutes et traitées
Les figures 27 et 28 présentent les variations mensuelles des coliformes fécaux et des
streptocoques fécaux dans les eaux usées brutes et épurées.
Il ressort de la figure 27 que les valeurs des coliformes fécaux présent dans les eaux usées
brutes varient de 309 UFC/100mL à 1364,2 UFC/100mL avec un pic au mois de mai qui est de
5530 UFC/100mL. Pour les eaux traitées, elles sont presque constantes et stables durant tous les
mois inférieur à 40UFC/100mL. Cela nous permet de déduire que le traitement adopté par les
filtres plantés à un rendement largement inférieurs aux valeurs exigées par les normes
Camerounaise fixée par le MINEPDED sur la qualité de rejet qui est de 2000 UFC/100mL [37].
Il ressort de la figure 28 que les valeurs des streptocoques fécaux présent dans les eaux
usées brutes varient de 228,5 UFC/100mL à 4787,8 UFC/100mL au mois de mai. Pour les eaux
traitées, elles restent constante et quasi stable durant tous les mois inférieur à 10UFC/100mL.
Cela nous permet de déduire que le traitement adopté par les filtres plantés à un très bon
rendement largement inférieurs aux valeurs exigées par les normes Camerounaise de rejet fixée
par le MINEPDED qui est de 1000 UFC/100mL.
0
1
2
3
4
5
6
Avril Mai Juin
Concentations(mg/L)
Mois
ammonium
nitrites
nitrates
phosphates
Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 45
Figure 27 : Variation des coliformes fécaux dans les eaux usées brutes et eaux épurées
Figure 28 : Variation des streptocoques fécaux dans les eaux usées brutes et eaux épurées
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Avril Mai Juin
Coliformesfécaux(UFC/100mL)
Mois
Eau brute Eau traitée
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Avril Mai Juin
Streptocoquesfécaux(UFC/mL)
Mois
Eau brute Eau traitée
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  • 1. REPUBLIC OF CAMEROON Peace – Work – Fatherland ********** MINISTRY OF HIGHER EDUCATION *********** THE UNIVERSITY OF MAROUA ************ HIGHER INSTITUTE OF THE SAHEL ************ DEPARTMENT OF HYDRAULIC AND WATER MANAGEMENT REPUBLIQUE DU CAMEROUN Paix – Travail – Patrie ********* MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ********** UNIVERSITE DE MAROUA *********** INSTITUT SUPERIEUR DU SAHEL ************ DEPARTEMENT D’HYDRAULIQUE ET MAITRISE DES EAUX EVALUATION DE LA PERFORMANCE EPURATOIRE DE LA STATION D’EPURATION DES EAUX USEES DOMESTIQUES A FILTRES PLANTÉS DU CAMP SIC BIYEM-ASSI (YAOUNDE) . Mémoire de fin d’études en vue de l’obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception en Hydraulique et Maîtrise des Eaux Option : Génie Sanitaire et Environnement Présenté par : KAMENI Stève Arnauld Matricule : 14A136S Licence ès Sciences de la Terre B.P/P.O. Box: 46 Maroua Tel : +237 22620376/22620890 Fax : +237 22291541/22293112 Email : institutsupsahel.uma@gmail.com Site : http://www.uni-maroua.citi.cm Structure d’Encadrement : SOPREC Cameroun MOULIOM NDOUOP Jonas Ingénieur du Génie Sanitaire In Sous la Direction de : Dr. KOFA Guillaume Chargé de Cours Année académique 2015-2016
  • 2. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page i
  • 3. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page ii DEDICACE Je dédie ce mémoire : A Mes parents : M. KAMDOUM Dénis & Mme NJUIKOM Brigitte
  • 4. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page iii REMERCIEMENTS Le présent travail, qui marque la fin de la formation n’aurait pu être mené à son terme sans la grâce de Dieu. Nous prenons à cœur le soutien des personnes auxquelles il est nécessaire de retourner nos sincères reconnaissances. Ainsi, nos remerciements s’adressent :  Au Docteur KOFA Guillaume, encadreur de ce mémoire, pour son appui, sa disponibilité, ses conseils et le partage d’expérience ;  Au Professeur DANWE RAÏDANDI, Directeur de l’Institut Supérieur du Sahel, pour toutes les mesures prises sur notre encadrement au sein de son établissement ;  Au Docteur OMBOLO Auguste, Chef de Département d’Hydraulique et Maîtrise des Eaux, pour son appui, sa disponibilité et ses multiples conseils dont nous avons toujours bénéficiés tout au long de notre formation ;  A Monsieur CISSE Souleymane, Directeur général de la SOPREC et monsieur M.MOULIOM NDOUOP Jonas encadreur professionnel qui, nous ont permis de réaliser le stage dans la structure dont ils ont la charge et ont mis à notre disposition toutes les ressources nécessaires pour mener à terme ce travail ;  à tous les enseignants de l’Institut Supérieur du Sahel, et notamment ceux du département d’Hydraulique et Maîtrise des Eaux, pour les connaissances scientifiques et les conseils acquis à leurs côtés ;  à mes frères, sœurs et amis pour leur encouragement et leur soutien de toutes natures.  à tous mes camarades de promotion du Master en Hydraulique et Maîtrise des Eaux, ainsi qu’à tous mes amis de l’Institut Supérieur du Sahel, pour l’harmonie partagée durant ces deux années de formation.  Mes remerciements s’adressent enfin à toutes les personnes physiques ou morales qui n’ont pas été citées et qui ont apporté leur soutien d’une manière ou d’une autre à la réalisation de ce travail.
  • 5. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page iv RESUME Les eaux usées peuvent conduire à une pollution de l’environnement et un impact sur la santé et l’hygiène des populations si elles sont rejetées anarchiquement dans la nature sans traitement préalable. Cependant, une station d’épuration permet de traiter ces eaux usées de manière à réduire la pollution pour qu’elles puissent être rejetées dans le milieu récepteur sans impact. Cette étude a été réalisée à la station d’épuration des eaux usées domestiques du camp SIC Biyem-Assi à Yaoundé. L’objectif du travail était de déterminer les performances du traitement des eaux usées de la station d’épuration à filtre plantés. Les caractérisations physico- chimiques et bactériologiques des eaux brutes et épurées ont été effectuées. L’évaluation du rendement épuratoire de la station effectuée. Les échantillonnages des eaux brutes et épurées ont été prélevés durant les trois mois d’étude (avril, mai et juin 2016) juste à l’entrée de la station avant les ouvrages du prétraitement puis à la fin du traitement à la sortir avant le rejet dans le milieu récepteur .Les mesures et analyses ont été effectuées in situ et au laboratoire. Il ressort de cette étude que la performance épuratoire du système montre un abattement important de la demande biochimique en oxygène (96,04 %), de la demande chimique en oxygène (91,41 %), des matières en suspension (93,11 %) et de la teneur en ion nitrites (97,67 %). Par contre une diminution faible de la conductivité (54,02 %), de la teneur en ions ammonium (61,06 %) et phosphates (52,87 %). Les résultats ont également montré que l’abattement des micro- organismes pathogènes est satisfaisant. Le taux d’abattement des coliformes fécaux est de 99,09 % et celui des streptocoques fécaux est de 99,84 %. Le meilleur rendement a été observé grâce à la présence des filtres remplis de sable et gravier ainsi que la présence des plantes macrophytes. Mots-clés: Eaux usées, station d’épuration, filtres plantés, performance épuratoire.
  • 6. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page v ABSTRACT Wastewater can lead to pollution of the environment and impact on health and hygiene populations if released anarchic in nature without any treatment. However, a treatment plant can treat the wastewater to reduce pollution so they can be discharged into the receiving environment without impact. This study was conducted at the wastewater treatment plant domestic wastewater CIS Biyem-Assi camp in Yaounde. The objective of the study was to evaluate the purification performance of the planted filter treatment plant. The physico- chemical characterization and biological raw and treated water were performed. The evaluation of the treatment efficiency of the station performed. Sampling of raw and treated water were collected during the three-month study (April, May and June 2016) at the entrance of the station before the pretreatment works then at the end of treatment before discharge out in the receiving environment .The measures and analyzes were performed in situ and in the laboratory. It appears from this study that the purifying performance of the system shows a significant reduction of biochemical oxygen demand (96.04 %), chemical oxygen demand (91.41 %), suspended solids (93.11 %) and the nitrite ion content (97.67 %). As against a small decrease in conductivity (54.02 %) of ammonium ion content (61.06 %) and phosphate (52.87 %). The results also showed that the reduction of pathogens is satisfactory. The abatement of fecal coliforms rate is 99.09 % and faecal streptococci is 99.84%. The best performance was observed thanks to the presence of sand-filled and gravel filter. Keywords: Wastewater, sewage treatment plant, constructed wetland, treatment performance.
  • 7. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page vi SOMMAIRE DEDICACE.................................................................................................................................i RESUME...................................................................................................................................iv ABSTRACT............................................................................................................................... v SOMMAIRE .............................................................................................................................vi LISTE DES FIGURES............................................................................................................viii LISTE DES TABLEAUX.........................................................................................................ix LISTE DES ANNEXES............................................................................................................. x LISTE DES ABREVIATIONS, SIGLES ET SYMBOLES ...................................................... x AVANT-PROPOS ...................................................................................................................xii INTRODUCTION...................................................................................................................... 1 CHAPITRE I : GÉNÉRALITÉS................................................................................................ 4 I.1 Présentation de la zone d’étude......................................................................................... 5 I.1.1 Situation géographique............................................................................................... 5 I.1.2 Relief .......................................................................................................................... 5 I.1.3 Climat ......................................................................................................................... 5 I.1.4 Géologie et sol............................................................................................................ 6 I.1.5 Hydrogéologie et Hydrographie ................................................................................. 7 I.1.6 Végétation................................................................................................................... 7 I.1.7 Habitat ........................................................................................................................ 7 I.2 Revue de la littérature ....................................................................................................... 8 I.2.1 Origines et caractéristiques des eaux usées ................................................................ 8 I.2.2 Filière de traitement des eaux usées ......................................................................... 11 I.2.3 Techniques biologiques d’épuration des eaux usées ................................................ 15 I.2.4 Risques sanitaires et environnementaux des eaux usées et des sous-produits.......... 21 I.3 Présentation de la station d’épuration des eaux usées domestiques de Biyem-Assi....... 24
  • 8. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page vii I.3.1 Description des ouvrages de traitement de la STEP................................................. 24 I.3.2 Fonctionnement du bassin de filtres plantés de la STEP de Biyem-Assi................. 25 CHAPITRE II: MATÉRIEL ET MÉTHODES...................................................................... 28 II.1 Localisation et présentation du site d’étude................................................................... 29 II.2 Matériels de travail sur le terrain et au laboratoire ........................................................ 30 II.3 Méthodes........................................................................................................................ 30 II.3.1 Echantillonnage des eaux usées et mesure.............................................................. 30 II.3.2 Caractérisations physico-chimiques des eaux usées ............................................... 30 II.3.3 Caractérisation bactériologiques des eaux usées..................................................... 33 II.3.4 Taux d'abattement des paramètres de pollution de la STEP ................................... 33 CHAPITRE III: RESULTATS ET DISCUSSION ................................................................ 35 III.1 Caractéristiques physico-chimiques des eaux usées brutes et traitées ......................... 36 III.1.1 Température ........................................................................................................... 36 III.1.2 Potentiel d’hydrogène (pH).................................................................................... 37 III.1.3 Conductivité........................................................................................................... 37 III.1.4 Oxygène dissous .................................................................................................... 38 III.1.5 Matières en suspension .......................................................................................... 38 III.1.6 Demande biochimique en oxygène en cinq jours .................................................. 40 III.1.7 Demande chimique en oxygène............................................................................. 40 III.1.8 Rapport DCO/DBO5 .............................................................................................. 41 III.1.9 Teneur en ions phosphates, ammonium, nitrates et nitrites. .................................. 42 III.2 Variations des paramètres bactériologiques des eaux usées brutes et traitées ............. 44 III.3 Rendement épuratoire de la station d’épuration de Biyem-Assi .................................. 46 CONCLUSION ........................................................................................................................ 48 BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................... 51 ANNEXES ............................................................................................................................... 55
  • 9. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page viii LISTE DES FIGURES Figure 1 : Organigramme fonctionnel de la SOPREC ............................................................xiv Figure 2 : Localisation de la zone d'étude................................................................................. 5 Figure 3 : Données climatologiques de la ville de Yaoundé..................................................... 6 Figure 4 : Carte géologique de la roche mère du bassin du fleuve Nyong ............................... 7 Figure 5 : Differentes étapes de prétraitement des eaux usées ............................................... 13 Figure 6 : Filière d'épuration des eaux usées par un lit bactérien ........................................... 16 Figure 7 : Filière d'épuration des eaux usées par disques biologiques ................................... 16 Figure 8 : Filière d’épuration des eaux usées par boues activées ........................................... 17 Figure 9 : Schéma classique de la filière lagunage .................................................................. 18 Figure 10: Schéma de fonctionnement d’un filtre planté à écoulement horizontal ................. 20 Figure 11: Schéma de fonctionnement d'un filtre planté à écoulement vertical ...................... 20 Figure 12: Différentes phases de traitement des eaux usées de la STEP de Biyem-Assi ........ 25 Figure 13 : Aperçu général de la station d’épuration du Camp-SIC de Biyem-Assi.............. 26 Figure 14 : Ouvrages et dispositifs de la station d’épuration................................................... 27 Figure 15 : Carte de localisation de la station d’épuration du Camp SIC Biyem-Assi............ 29 Figure 16 : Matériels utilisés au laboratoire............................................................................. 34 Figure 17 : Variation de la température des eaux usées brutes et des eaux épurées ................ 36 Figure 18 : Variation du pH des eaux usées brutes et des eaux épurées .................................. 37 Figure 19 : Variation de la conductivité des eaux usées brutes et des eaux épurées ............... 38 Figure 20 : Variation de l’oxygène dissous des eaux usées brutes et des eaux épurées .......... 39 Figure 21 : Variation des matières en suspension des eaux brutes et des eaux épurées .......... 39 Figure 22 : Variation de la DBO5 des eaux usées brutes et des eaux épurées ......................... 40 Figure 23 : Variation de la DCO des eaux usées brutes et des eaux épurées........................... 41 Figure 24 : Variation du rapport DCO/DBO5 des eaux usées brutes....................................... 42 Figure 25 : Variation de la teneur des ions nitrites, nitrates phosphates et ammonium, des eaux usées brutes .............................................................................................................................. 43 Figure 26 : Variation de la teneur des ions nitrites, nitrates phosphates et ammonium, des eaux épurées...................................................................................................................................... 44 Figure 27 : Variation des coliformes fécaux dans les eaux usées brutes et eaux épurées........ 45 Figure 28 : Variation des streptocoques fécaux dans les eaux usées brutes et eaux épurées.. 45 Figure 29 : Taux d’abattement des paramètres physico-chimiques et bactériologiques.......... 46
  • 10. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page ix LISTE DES TABLEAUX Tableau 1: Pollution domestique journalière produite par personne ....................................... 11 Tableau 2 : Procédés d’épuration des eaux usées. ................................................................... 15 Tableau 3 : Avantages et inconvénients de quelques filières de traitement des eaux usées .... 20 Tableau 4 :Quantité moyenne des organismes pathogènes présents dans les eaux usées et maladies associée . ................................................................................................................... 23
  • 11. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page x LISTE DES ANNEXES Annexe 1 : Résultat des analyses physico chimiques et bactériologiques mensuelle des eaux usées brutes et eaux traitées. ...................................................................................................... a Annexe 2: Taux d’abattement global et concentration moyenne des eaux usées brutes et des eaux traitées................................................................................................................................ b Annexe 3 : Données hydrauliques et caractéristiques de la station d’épuration ........................ b Annexe 4 : Norme Camerounaise et Européenne relatives à la qualité physico-chimique et biologique des eaux usées destinées au rejet en milieu naturel ................................................. c Annexe 5 : Plan en masse de la Station d’épuration de Biyem-Assi ......................................... d Annexe 6 : Structuration d’un réseau d’égout gravitaire conventionnel ................................... d
  • 12. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page xi LISTE DES ABREVIATIONS, SIGLES ET SYMBOLES Camp-SIC : Camp construit par la Société Immobilière du Cameroun ; CF : Coliformes Fécaux ; CND : Conductivité ; CT : Coliforme Totaux ; CUY : Communauté Urbaine de Yaoundé ; DBO5 : Demande biochimique en oxygène pendant 5 jours DCO : Demande chimique en oxygène EH: Equivalent Habitant GPS: Global Positioning System ISS : Institut Supérieur du Sahel ; MAETUR : Mission d’Aménagement des Terrains Urbains et Ruraux MES : Matières en suspension MINEPDED Ministère de l’Environnement, de la Protection de la nature et du Développement Durable NO3 - : ions Nitrates NO2 - : ions Nitrites NTU: Nephelometric Turbidity Units. OMS : Organisation Mondiale de la Santé ONU : Organisation des Nations Unis ; pH : Potentiel d’Hydrogène PO4 3- : ion phosphate SF : Streptocoques Fécaux ; SIC : Société Immobilière du Cameroun ; SOPREC : Société de Prestation et de Construction ; STEP: Station d’épuration TDS: Total Dissolved Solids UFC: Unité formant colonie
  • 13. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page xii AVANT-PROPOS L’institut Supérieur du Sahel (ISS) est un établissement de l’Université de Maroua créé par décret présidentiel N° 2008/281 du 09 Août 2008 portant organisation académique de l’Université de Maroua. Son objectif principal est la formation professionnelle des jeunes Camerounais ainsi que ceux des pays étrangers, particulièrement ceux de la zone CEMAC. Il offre des formations impressionnantes reparties en dix départements:  Département d’Agriculture, Élevage et Produits dérivés (AGEPD)  Département des Beaux-arts et Science du Patrimoine(BEARSPA)  Département Climatologie ; Hydrologie et Pédologie (CHP)  Département des Énergies Renouvelables (ENREN)  Département de Génie du Textile et du Cuir (GTC)  Département d’Hydraulique et Maitrise des Eaux (HYMAE)  Département d’Informatique et Télécommunication (INFOTEL)  Département des Sciences Environnementales (SCIENVI)  Département des Sciences Sociales Pour le Développement (SCISOD)  Département de Traitement de Matériaux, Architecture et Habitat (TRAMARH) L’ISS comporte deux cycles de formation : le cycle d’Ingénieur des Travaux et le cycle d’Ingénieur de Conception. La durée de la formation est de 3 ans pour les Ingénieurs de Travaux et de 2 ans pour les Ingénieurs de Conception. Le Département d’Hydrauliques et Maîtrise des Eaux (HYMAE) auquel nous appartenons, compte deux options : Génie Sanitaire et Environnement(GSE) et Génie hydraulique(GH). Le souci majeur du GSE est le traitement des eaux pour améliorer la santé de ses usagers, l’alimentation en eau potable, l’assainissement des milieux et la préservation de l’environnement. Un projet de fin d’études d’une durée de 4 mois est prévu dans le cadre de cette formation d’Ingénierie en vue de l’obtention du diplôme d’Ingénieur de conception et ceci dans le but d’apporter des solutions aux problèmes industriels ou ceux rencontrés au quotidien par les sociétés et les communautés humaines. C’est ainsi que dans le cadre de nos travaux de fin de formation allant du 01 Mars au 30 Juin, nous avons effectué notre stage de fin d’étude dans une station d’épuration des eaux usées domestiques de la société SOPREC.
  • 14. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page xiii PRESENTATION DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL Création et historique Crée en 1994 par son fondateur M.CISSE Souleymane, SOPREC est une entreprise dénommée « Société de Prestation et de Construction » donc le siège social se trouve à Yaoundé sis quartier Messa. Cette société offre ses services dans plusieurs domaines et plus particulièrement dans la construction, la réhabilitation et l’entretien des stations d’épuration (STEP).SOPREC a réalisé de nombreux projets dans le domaine de la conception et la construction des stations d’épuration parmi lesquels :  La réhabilitation et l’entretien de la STEP du Camp Sic Cité Verte et Biyem-Assi donc le système utilisé est de types hybride à filtres et plantes respectivement en Février 2010 et Juin 2013 ;  La réhabilitation et l’entretien de la STEP du Camp Sic Messa donc le système utilisé est un épandage souterrain (Février 2010) ;  La construction de la STEP de l’hôpital de la caisse et l’hôpital général avec pour système préconisé un plateau adsorbant. Objectif de l’entreprise Les objectifs de la SOPREC sont :  Soutenir le gouvernement Camerounais dans la lutte contre la pollution des eaux ;  Obtenir une plus-value des boues de vidange issues des STEP ;  Préserver notre environnement tant pour les générations présentes que futures ;  Relever les lacunes qui persiste dans la gestion des eaux usées domestiques ;  Eradiquer le déversement anarchique des eaux usées ;  Combattre la prolifération des maladies hydriques qui minent notre pays. Les partenaires de la SOPREC  Ministère du Développement Urbain et de l’Habitat (MINDUH)  Communauté Urbaine de Yaoundé I (CUY)  Wasterwater rechear Unit  Centre Pasteur Soil and Water
  • 15. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page xiv Organigramme fonctionnel La figure 1 présente l’organigramme fonctionnel de la SOPREC. Figure 1 : Organigramme fonctionnel de la SOPREC
  • 16. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 1 INTRODUCTION
  • 17. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 2 L’accroissement démographique, économique et urbain est à l’origine de différentes sources de pollution, surtout dans les pays en voie développement moins préoccupés et moins sensibilisés par les risques sanitaires et environnementaux [1].En effet dans la majorité des pays africains, les eaux usées urbaines brutes sont rejetées anarchiquement dans le milieu naturel (rue, rivière caniveau, lac, étang, mayo) sans traitement préalable [2].Les systèmes de collecte et de traitement d'eaux usées sont très peu développés voire inexistants [3]. D’après les enquêtes menées par le Programme des Nation Unie pour le Développement en 2013, 63 % de la population africaine n'a pas accès aux installations sanitaires de base et seule 10 % des eaux usées sont traitées avant leur rejet en milieu naturel. L’Organisation Mondiale de la Santé dans son rapport de 2012 stipule que : « plus de 40 % des eaux servies ou prélevées pour la consommation en eau potable d'une part, et celles utilisées dans le ménage d'autre part, retournent dans le milieu nature chargées, souillées sous forme d'eau usée ». De nos jours, devant l’ampleur de l’incidence des eaux polluées sur l’environnement, la santé et le développement économique, il s’avère nécessaire d’accorder une plus grande importance à l’évacuation et au traitement de ces eaux usées. Les travaux de Wethe et Kengne réalisés en 2006 ont montré que dans la ville de Yaoundé comme la plupart de nombreuses villes Camerounaises, les eaux usées sont généralement rejetées dans le milieu naturel sans traitement du fait que la quasi-totalité des stations d’épuration sont défectueuses, surchargées ou abandonnées et parfois même inexistantes [4]. Le rejet incontrôlé des eaux usées contribue à la propagation des maladies, au dégagement des odeurs, à la dégradation du paysage et à la contamination des eaux superficielles et souterraines [5]. Selon l’Organisation Mondiale de la Santé les mauvaises conditions d’assainissement et d’hygiène sont à l’origine de 13,4% des maladies au Cameroun. Pour faire face à ce problème, le gouvernement Camerounais a entrepris au début de l’année 2010 à la réhabilitation et à la construction de plusieurs stations d’épuration pour le traitement des eaux usées dans la ville de Yaoundé notamment celle en provenance des logements sociaux aménagés du Camp SIC Biyem-Assi. Cette station d’épuration traite les eaux usées domestiques et celles épurées sont rejetées directement dans le milieu récepteur. Le rejet des eaux traitées entraine l’eutrophisation des cours d’eau, la prolifération des algues et la contamination des eaux superficielles et souterraines. Aujourd’hui la station d’épuration de Biyem-Assi enregistre plusieurs problèmes à savoir : la prolifération des odeurs nauséabondes pour les riverains, le colmatage du matériau filtrant, le vieillissement des plantes épuratrices l’infiltration des eaux de pluie dans le réseau collecteur et la dégradation de certains ouvrages. D’où l’intérêt d’une étude sur l’évaluation des performances épuratoires de cette station d’épuration.
  • 18. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 3 Le présent travail a pour objectif général de déterminer les performances du traitement des eaux usées domestiques la station d’épuration à filtres plantés du Camp SIC Biyem-Assi. Les objectifs spécifiques seront portés sur:  la caractérisation des paramètres physico-chimiques et bactériologiques des eaux usées brutes et des eaux épurées avant le rejet dans le milieu récepteur.  l’évaluation du rendement épuratoire de la station d’épuration. Ce mémoire comprend trois chapitres encadrés par une introduction et une conclusion et des recommandations.  le premier chapitre est consacré aux les généralités ;  le second chapitre s’attardera sur le matériel et la méthodologie utilisée pour atteindre les objectifs ci-dessus fixés ;  le dernier présentera les résultats obtenus au cours de cette étude et une discussion de ceux-ci.
  • 19. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 4 CHAPITRE I : GÉNÉRALITÉS
  • 20. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 5 I.1 Présentation de la zone d’étude I.1.1 Situation géographique La ville Yaoundé est la capitale politique du Cameroun située dans la région du Centre. Elle est localisée entre 3°47’ et 3°56’ N et entre 11°10’ et 11°45’ E. Située à environ 250 km de la côte de l’Océan Atlantique et à la lisière de la grande forêt du Sud, Yaoundé s’inscrit dans le bassin du Mfoundi sur une étendue d’environ 260 Km2 [6]. Figure 2: Localisation de la zone d'étude I.1.2 Relief Le relief de la ville de Yaoundé est assez accidenté avec une altitude moyenne de 800m. Ce relief est dominé par des collines, ce qui lui a valu autrefois le nom de ville aux sept collines en référence à sa position relative dans une vallée bordée de sept collines. Les plus élevées sont situées du côté Ouest et Nord-ouest : il s’agit des monts Mbankolo (1200m), Fébé (1073m) et Akokndoué (967m) [7]. I.1.3 Climat Le climat est de type équatorial à quatre saisons. La précipitation moyenne annuelle de 1600 mm/an, et une évapotranspiration de 800 mm/an caractérisent ce climat [8]. Les variations
  • 21. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 6 inter saisonnières se répartissent comme suit : une grande et petite saison sèche s’étalant respectivement de décembre à février et de juin à août ; une grande et petite saison de pluie de août à novembre et de mars à mai. Quant aux températures, elles sont légèrement élevées avec une moyenne oscillant autour de 24,5°C [9]. Figure 3:Données climatologiques de la ville de Yaoundé [10]. I.1.4 Géologie et sol Le socle précambrien de la région de Yaoundé comporte différents faciès géologiques : les schistes et les complexes de base (gneiss associés aux micaschistes et gneiss migmatisés et grenatifères) [11]. La géologie des roches mères du bassin du fleuve Nyong, appartenant aux roches siliclastiques métasédimentaires de l’orogénèse panafricaine, près de la marge Nord constituée par le craton du Congo (figure 3). La zone Nord de la ville est identifiée comme étant constituée de migmatites alors que les micaschistes forment la partie Sud de la ville [11]. Dans la ville de Yaoundé et ses environs, les formations pédologiques se subdivisent généralement en trois types de sols [12]:  les sols ferralitiques rouges, très épais (20-30m) et plus abondants, sont localisés sur les sommets des interfluves et sont développés sur une roche gneissique ;  les sols ferralitiques jaunes sont localisés dans les bas-fonds à large vallée et pentes adoucies ;  les sols hydromorphes tapissent généralement les vallées marécageuses. Leur matrice est argileuse. Ces sols sont gorgés d’eau. 0 50 100 150 200 250 300 J F M A M J J A S O N D 23 23,5 24 24,5 25 25,5 26 Précipitation Mois Température Précipitation (mm) Température (°C)
  • 22. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 7 Figure 4:Carte géologique de la roche mère du bassin du fleuve Nyong [12]. I.1.5 Hydrogéologie et Hydrographie Au Cameroun, on peut distinguer deux grandes unités hydrogéologiques distinctes : les bassins sédimentaires et les zones de socles cristallin et cristallophyllien [13]. Ces unités sont surmontées par des formations pédologiques plus ou moins épaisses. La ville de Yaoundé étant en milieu cristallin, les phénomènes météorologiques enregistrés contribuent plus à la recharge de la nappe qu’à l’alimentation des cours d’eau du réseau hydrographique superficiel du bassin [13]. I.1.6 Végétation Au niveau de la végétation, les abords de la ville sont couverts par une forêt dense semi- décidue marquée par des espèces arborescentes caractéristiques que sont les sterciliacées et les celtis. A cette flore, s’ajoute Termalia superba (limba) et les Pennisetum purpurem (sissongo). Les zones hydromorphes sont occupées par des raphias et des pandanus candela [14]. I.1.7 Habitat Des travaux ont été menés dans le but de décrire la typologie de l’habitat dans la ville de Yaoundé, suivant des critères variés liés à l’économie, à l’accès aux services urbains de base. Ils ont conduit à des classifications qui diffèrent en fonction du niveau de détails considérés. Ainsi, on retrouve les centres administratifs, les centres commerciaux, les habitats haut standing, moyen
  • 23. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 8 standing et spontané. Les camps SIC appartiennent à l’habitat moyen standing [15]. La superficie urbanisée de la ville est passée de 16 000 ha en 2002 à 20 000 ha en 2010, soit une croissance spatiale de 40 % en 8 ans. Les quartiers à habitat précaire et dense représentaient environ 35% de la superficie urbanisée en 2010, soit en moyenne 7 000 ha pour une population estimée à 940 000 habitants [16]. I.2 Revue de la littérature I.2.1 Origines et caractéristiques des eaux usées Les eaux résiduaires urbaines ou eaux usées, sont des eaux chargées de polluants, solubles ou non, provenant essentiellement de l’activité humaine [17]. Une eau usée est généralement un mélange de matières polluantes répondant à ces catégories, dispersées ou dissoutes dans l’eau qui a servi aux besoins domestiques, agricoles ou industriels [18].Les eaux à traiter ou à épurer comportent plusieurs types de composés qui en fonction de leur taille, de leur origine, de leur pouvoir de sédimentation, de leur solubilité, et de leur nature, organique ou inorganique nécessitent des traitements adaptés afin de les éliminer [18]. I.2.1.1 Origine des eaux usées Les eaux usées proviennent de trois sources principales (les eaux usées domestiques, les eaux usées industrielles et les eaux de pluie ou de ruissellement) [19]. a) Eaux usées domestiques Elles proviennent des différents usages domestiques de l'eau. Elles sont essentiellement porteuses de pollution organique et se répartissant en deux grandes familles: Les eaux ménagères ou grises (salles de bains et cuisines) issues des activités domestiques telles que : cuisine, nettoyage et lessive. Ces eaux sont généralement chargées en détergents, en graisses, en solvant et en débris organiques. Les eaux vannes ou eaux noires issues des WC caractérisées par une importante charge en diverses matières organiques azotées et en germes fécaux et pathogènes. Les matières organiques contenues dans les eaux usées représentent environ 1/3 de l’ensemble des eaux usées domestiques. b) Eaux usées industrielles Elles sont très différentes des eaux usées domestiques. Leurs caractéristiques varient d’une industrie à l’autre. En plus des matières organiques azotées ou phosphorées, elles peuvent aussi contenir des produits toxiques, des solvants, des métaux lourds, des micropolluants organiques, des hydrocarbures. Les eaux usées industrielles doivent faire l’objet d’un
  • 24. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 9 prétraitement par les industrielles avant d’être collectées. Elles ne devraient pas être admises dans le réseau. c) Eaux de pluie ou de ruissellement: Elles peuvent également constituer une cause de pollution importante des cours d’eau. L'eau de pluie se charge d'impuretés au contact de l'air (fumées industrielles), puis en ruisselant, elles se chargent des résidus. Ces résidus sont généralement déposés sur les toits, les chaussées et les sols. I.2.1.2 Caractéristiques des eaux usées Les eaux usées contiennent des matières minérales ou organiques en proportions variables selon leur origine. Ces matières peuvent être sous forme solide, colloïdale ou dissoute. En général, elles contiennent également une multitude d'organismes vivants dont certains peuvent être fortement pathogènes. Les principaux paramètres caractéristiques des eaux usées urbaines peuvent être regroupés en quatre grandes classes [19]. a) Paramètres chimiques organiques Les paramètres chimiques organiques caractéristiques des eaux usées sont généralement sont la demande biochimique en oxygène, la demande chimique en oxygène et le rapport DCO/DBO5. • Demande biochimique en oxygène (DBO): elle exprime la quantité de matières organiques biodégradables présente dans l'eau. Ce paramètre exprimé en mg d'oxygène par litre, mesure la quantité d'oxygène nécessaire à la destruction des matières organiques grâce aux phénomènes d'oxydation par voie aérobie. Pour mesurer ce paramètre, on prend comme référence la quantité d'oxygène consommée au bout de 5 jours qui est la DBO5. • Demande chimique en oxygène (DCO): exprimée en mg d'oxygène par litre, elle représente la teneur totale de l'eau en matières oxydables. Ce paramètre correspond à la quantité d'oxygène qu'il faut fournir pour oxyder par voie chimique ces matières. La mesure de la DCO permet une quantification de l’ensemble des composés organiques présent sous forme solide, colloïdale ou dissout. • Rapport DCO/DBO5 : Le rapport DCO/DBO5 permet de juger de la biodégradabilité d’une eau usée et par voie de conséquence de l’intérêt du choix d’un procédé d’épuration biologique. Pour une eau usée domestique, ce rapport mesuré après décantation est généralement voisin de 2,5 et dans tous les cas inférieur à 3. b) Paramètres chimiques minéraux
  • 25. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 10 Les paramètres chimiques minéraux caractéristiques des eaux usées sont généralement le phosphore et l’azote. • Azote et phosphore: Les teneurs en azote et en phosphore sont également des paramètres très importants. Les rejets excessifs de phosphore et d'azote contribuent à l'eutrophisation des lacs et des cours d'eau. Ce phénomène se caractérise par la prolifération d'algues et la diminution de l'oxygène dissous, ce qui appauvrit la faune et la flore des eaux superficielles (cours d'eau, lacs). c) Paramètres physiques Les paramètres chimiques minéraux caractéristiques des eaux usées sont généralement les matières en suspension, le pH, la turbidité, la température, la couleur et l’odeur. • Matières en suspension (MES) : Les MES représentent l’ensemble des matières solides, colloïdales, floculées, organiques ou minérales contenues dans les eaux usées qui sont séparables par filtration ou par centrifugation. Ce sont les matières non dissoutes exprimées en mg/L. C’est la forme la plus visible de la pollution. • pH: Il influence fortement les réactions de dégradation de la matière organique. Si l'eau usée se trouve à un pH neutre ou basique et si les bactéries qui dégradent la matière organique ont une croissance optimale à un pH plus bas, le rendement de la station d'épuration sera affecté. • La turbidité: L’appréciation de l’abondance de MES mesure son degré de turbidité. Elle diminue la pénétration de la lumière. • La couleur et l’odeur : Les eaux usées fraiches sont généralement d’une couleur gris brun assez claire. Cependant, au fur e à mesure que le temps de séjour dans le système de collecte augmente, et que les conditions anaérobiques se développent, la couleur des eaux usées changent pour passer du gris au gris sombre puis finalement au noir. Les eaux usées sont dites septiques quand elles sont noires. • La température: elle joue un rôle fondamental dans toutes les réactions chimiques qui ont lieu dans un milieu liquide. La vitesse de dégradation de la matière organique dans une eau usée est d'autant plus importante que la température est élevée. Son importance se fait surtout sentir dans la cinétique de l'épuration par une accélération des processus d'épuration quand le milieu biologique s'y prête. • Le débit :Le principal intérêt de la mesure du débit est le fait qu'il permet de quantifier la pollution rejetée par l'intermédiaire de «équivalent habitant » qui exprime le volume d'eau usée moyen déversé par habitant et par jour. d) Paramètres biologiques Les eaux usées contiennent aussi des contaminants microbiologiques : bactéries, virus, protozoaire et parasites [20]. Ces germes pathogènes représentent un grand risque sanitaire et
  • 26. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 11 reflètent l’état de santé des populations [21]. Dans une eau usée, on trouve également des micro- organismes dégradateurs de la matière organique, représentés surtout par des bactéries gram négatif telles que Pseudomonas, Flavobacterium ou Achromobacter [22], en plus d’une grande variété de champignons et de levures. L'OMS a choisi plusieurs témoins répondant à certaines exigences. Il s'agit des coliformes, des streptocoques fécaux(SF), et parfois les Clostridium sulfito-réducteurs (CSF). L’évaluation de tous ces paramètres détermine le degré de pollution potentielle ou réelle du milieu récepteur par l’ensemble des eaux usées urbaines. Tableau 1:Pollution domestique journalière produite par personne [23]. Matières organiques ou minérales (en suspension dans l'eau sous forme de particules) : MES 60g Matières oxydables (détermine la demande biologique en oxygène, DBO) 55g Matières azotées (azote Kjeldahl et ammoniacal) 15g Phosphore (issus des detergents) 4g Résidus de métaux lourds (plomb, cadmium, arsenic, mercure, etc.) 0,23 g Composés (fluor, chlore, brome, iode, etc.) 0,05 g Germes (coliformes fécaux) par 100 ml. plusieurs milliards de germes pour 100 ml. I.2.2 Filière de traitement des eaux usées Une station d’épuration est installée généralement à l’extrémité d’un réseau de collecte des effluents (eaux usées domestiques) et juste en amont de la sortie des eaux qui seront épurées. Dans une station d'épuration, les eaux usées passent dans une succession de dispositifs conçus pour extraire un ou plusieurs polluants qui sont contenus dans ces eaux (figure 5). On distingue classiquement, dans les stations d’épuration, la succession de plusieurs étapes de traitement parmi lesquelles [24]:  Les prétraitements présents dans toutes les stations d’épuration, ont pour but d’éliminer les éléments solides ou particulaires les plus grossiers, susceptibles de gêner les traitements ultérieurs ou d’endommager les équipements.
  • 27. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 12  Le traitement primaire (optionnel en fonction de la filière de traitement retenue), est une séparation physique liquide-solide par décantation. Il ne porte que sur les matières en suspension (MES) présentes dans les eaux usées. L’élimination complémentaire des colloïdes s’effectue par un traitement physico-chimique mettant en œuvre une coagulation-floculation en amont d’une séparation liquide-solide par décantation ou flottation.  Le traitement secondaire fait appel aux procédés biologiques où la matière organique (MO) présente dans les eaux usées est dégradée par l’action de bactéries aérobies (dans certains cas anaérobies pour des effluents très concentrés).  Le traitement tertiaire ou de finition qui permet d’affiner le traitement secondaire ou d’envisager des traitements complémentaires.  Le traitement de boue I.2.2.1 Prétraitements et élimination des sous-produits Les opérations de prétraitement intègrent à la fois les opérations de traitements physiques des eaux usées et la gestion des sous-produits générés. L’objectif principal de cette étape est de séparer de la phase liquide, les matières solides grossières. Parmi les étapes de prétraitement on peut citer : le dégrillage, le dessablage, le déshuilage et le dégraissage. a) Le dégrillage A l’entrée de la station d’épuration, les effluents doivent subir un dégrillage (voire un tamisage). Ainsi, les matières volumineuses ou flottantes sont retenues au travers de grilles. L’opération de dégrillage permet de protéger la station contre l’arrivée des gros objets susceptibles de provoquer des bouchages au niveau de différentes unités de l’installation et d’éliminer les matières volumineuses charriées par l’eau brute, qui pourraient nuire à l’efficacité des traitements ultérieurs. Après cette étape, les eaux usées passent par le dessablage. b) Le dessablage Il s’agit d’un procédé gravitaire assuré par un dessableur. Le dessableur est un ouvrage dans lequel les particules denses vont pouvoir se déposer ou décanter. Il s’agit principalement de sable. L’élimination de sable présent dans les effluents bruts est une opération indispensable pour :  Eviter les dépôts dans les canalisations conduisant à leur bouchage ;  Protéger les pompes et autres organes mécaniques contre l’abrasion ;  Eviter de perturber les autres stades du traitement (surtout au niveau du réacteur biologique);
  • 28. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 13  Réduire la production des boues. La dernière étape du prétraitement est le déshuilage-dégraissage. c) Le dégraissage-déshuilage Il se base également sur la réduction de vitesse d’écoulement des eaux afin de faire flotter les graisses. Les opérations de dégraissage et de déshuilage consistent en une séparation des huiles et graisses, produits de densité légèrement inférieure à celle de l’eau, de l’effluent brut. Les graisses sont ensuite raclées en surface. Le traitement et/ou l’évacuation des sous-produits générés pendant l’étape des prétraitements (refus de dégrillage, sables et graisses) est nécessaire. Les eaux usées après prétraitement ne contiennent plus qu’une charge polluante dissoute et des matières en suspension pour être traité par voie biologique. La figure 4 montre les différentes étapes du traitement des eaux usées arrivant dans une station d’épuration. Figure 5:Differentes étapes de prétraitement des eaux usées [24] I.2.2.2 Traitement primaire ou décantation Après le prétraitement, les effluents conservent une charge polluante dissoute et des matières en suspension. Le traitement primaire est une simple décantation qui permet d’éliminer la majeure partie de ces matières en suspension. Les bassins de traitement primaire sont souvent de forme conique mais il existe d’autres types de décanteurs. Cette étape permet d’éliminer 70% environ des matières minérales et organiques en suspension qui se déposent au fond du bassin où elles constituent les boues dites « primaires » [24]. Cette étape permet d’éliminer 90 % des matières colloïdales [25].
  • 29. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 14 I.2.2.3 Traitement secondaire ou traitement biologique Ce traitement intervient à la suite du traitement primaire. Le traitement biologique des eaux usées est le procédé qui permet la dégradation des polluants (matières organiques, carbone) grâce à l'action de micro-organismes [25]. Ils vont permettre ainsi d’éliminer la pollution soluble biodégradable et une partie de MES [25]. Les procédés utilisés sont d’ordre biologique. Ils consistent en la création artificielle du principe d’autoépuration naturelle de l’eau. Cette technique est anaérobie si elle se déroule en absence d’oxygène. Dans le cas contraire, elle est aérobie. Il convient de distinguer deux types de procédés (tableau 2). - Les procédés biologiques extensifs utilisent la capacité épuratrice des plans d’eau peu profonds. Les eaux usées circulent dans différentes lagunes pendant une durée pouvant atteindre 60 jours. Les bactéries présentes dans l’eau dégradent la pollution organique et le rayonnement solaire détruit certains germes. - A l’inverse, les procédés biologiques intensifs ont recours à des cultures bactériennes concentrées qui consomment les pollutions. Les cultures peuvent être libres dans le courant des eaux ou fixées sur des systèmes filtrants appelés films biologiques. Ces films, synthétiques ou naturels, ont la capacité de filtration et de fixation des cultures. I.2.2.4 Traitements tertiaires Ils sont encore appelés traitements avancées, de finissage, d’affinage. Lorsque l’eau épurée doit être rejetée en milieux particulièrement sensibles, tels que les lacs, étangs et rivières souffrant de phénomène d’eutrophisation, un traitement tertiaire est réalisé afin d’éliminer l’azote et le phosphore. Le traitement tertiaire peut viser également un enlèvement plus poussé pour des paramètres conventionnels comme les matières en suspension ou encore certains paramètres pour lesquels il y a peu d’élimination dans un traitement secondaire. Parmi les étapes qu’on peut trouver dans un traitement tertiaire nous avons la déphosphatation, la nitrification et la dénitrification. I.2.2.5 Traitement de boues Les boues de stations d’épuration sont des produits résiduaires qui résultent du traitement des eaux usées dans les stations d’épuration. Au cours des traitements primaires et secondaires des boues sont produites. Le traitement des boues est un peu long (épaississement, stabilisation, conditionnement, élimination final) [26]. Ce traitement de boues sert à une élimination des germes pathogènes; une réduction du volume des boues; une valorisation agricole des boues; récupération de produits ayant une valeur économique (boue industrielle) [27].
  • 30. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 15 I.2.3 Techniques biologiques d’épuration des eaux usées Les méthodes d’épuration des eaux usées sont divisées en deux catégories (tableau 2) : les techniques intensives qui font appel à des technologies appropriées et les techniques extensives qui font appel aux pouvoirs épurateur de la nature, mais nécessitent plus d’espace. Le tableau ci-dessous présente le classement des procédés d’épuration des eaux usées. Tableau 2 : Procédés d’épuration des eaux usées [27]. Techniques intensives Techniques extensives culture libre culture fixe Lits bactériens Lagunage naturel Filtres plantés de roseaux à écoulement horizontal. Disques biologiques Lagunage à macrophytes Filtres plantés à écoulement vertical. Boues activées Lagunage aéré Infiltration-percolation. I.2.3.1 Techniques intensives a) Lits bactériens Après un prétraitement dans un décanteur digesteur, les eaux usées traversent un lit bactérien composé de matériaux présentant un indice des vides importants. Ce garnissage peut être en matériaux naturels de type pouzzolane ou bien synthétique. Il s’agit d’un procédé de cultures fixes sur support grossier analogue à celui des filtres enterrés avec récupération des eaux traitées. La culture bactérienne présente dans le garnissage consomme la pollution [26]. Par rapport aux filtres enterrés, le système est amélioré par un prétraitement plus efficace. De plus l’alimentation du lit en eaux usées se fait par un système rotatif. Enfin, à la sortie du garnissage, l’eau transite par un clarificateur avant d’être rejetée dans le milieu naturel. Une partie des boues est réinjectée dans le système pour maintenir l’activité bactérienne (figure 6).
  • 31. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 16 Figure 6:Filière d'épuration des eaux usées par un lit bactérien [26] b) Disques biologiques Le procédé de traitement des eaux usées par des disques biologiques, est un procédé de traitement biologique à cultures fixées. Le réacteur biologique est constitué de plusieurs disques minces en plastique montés sur un axe horizontal. Les micro-organismes responsables de la dégradation de la matière organique sont fixés naturellement sur les disques et forment un biofilm d’une épaisseur d’environ 1 à 4 mm [27]. Environ 40% de la surface des disques est immergée où l’eau à traiter circule [27]. Au cours de la rotation des disques, le biofilm fixé est alternativement mis en contact avec l’oxygène de l’air et de la pollution à dégrader. L’effluent est préalablement décanté afin d’éviter tout colmatage des matériaux supports. Les boues qui se décrochent sont ensuite séparées de l’eau traitée par décantation dans un clarificateur (figure 7). Figure 7:Filière d'épuration des eaux usées par disques biologiques [27]
  • 32. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 17 c) Boues activées C’est le procédé le plus répandu actuellement pour l’épuration des eaux résiduaires urbaines des petites, moyennes ou grandes collectivités [28]. Le procédé à boues activées est un système en continu dans lequel des micro–organismes sont mis en contact avec des eaux usées renfermant des matières biodégradables pendant un temps suffisant. Ces amas biologiques sont maintenus en agitation au sein de l’eau de façon à assurer un contact avec toute la partie de l’effluent. L’oxygénation est fournie en quantités suffisantes par des aérateurs. Ainsi, dans le bassin d’aération, en présence d’oxygène, les micro-organismes vont se développer et se reproduire aux dépens des matières biodégradables formant ainsi des flocons décantable, orientés par la suite vers un clarificateur (figure 8). A la sortie une eau traitée et des boues seront produites, une partie de ces boues sera expédiée vers les organes de traitement de boues et l’autre partie réintroduite dans le bassin d’aération. Figure 8: Filière d’épuration des eaux usées par boues activées [28] I.2.3.2 Techniques extensives à culture libre a) Lagunage naturel Le lagunage naturel est une technique d’assainissement des eaux usées par un système ouvert de bassins successifs (marais reconstituée) qui permet d’épurer complètement les matières organiques [28]. Les micro-organismes qui sont à la base de la dépollution se développent en suspension dans des bassins dont la profondeur n’excède pas 1,2 m. Il convient de prévoir trois bassins en série (un bassin anaérobie, un bassin facultatif et un bassin de maturation) au moins [28] (figure 9). La production de l’oxygène est assurée par des algues qui se développent naturellement dans les bassins et à partir du phénomène de la photosynthèse. Le procédé permet
  • 33. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 18 d’obtenir des rendements d’élimination de la pollution de l’ordre de 70 à 80% et un très bon abattement de la pollution bactériologique [28]. b) Lagunage à macrophytes Les algues macroscopiques (visibles à l’œil nu) vivent dans la lagune et dans le bassin des plants aquatiques [29] (figure 9). Les plantes aquatiques puisent les sels minéraux indispensables à leur croissance et permettent le développement de micro-organismes qui se nourrissent des plantes elles-mêmes, et des éléments dissous dans l’eau. Parmi ces plantes on peut citer: iris, roseaux, joncs, phragmites, lentilles d’eau, jacinthe d’eau [29]. L’épuration des eaux usées domestiques par lagunage à macrophytes abouti à des rendements satisfaisants où on obtient un abattement de 87% de la DCO et une réduction de 95% des MEST. L’abattement de la charge bactérienne exprimée par les bactéries témoins de la contamination fécale peut atteindre jusqu’à 2 ULog «10 2 germes » pour un temps de séjour de 7 jours et un abattement de 100 % des œufs d’helminthes [30]. c) Lagunage aéré C’est une technique d’épuration biologique des eaux usées par culture libre avec un apport artificiel d’oxygène. Dans l’étage d’aération, les eaux usées sont dégradées par des micro- organismes qui consomment et assimilent les nutriments. Le principe de base est le même que celui des boues activées avec une densité de bactéries faible et l’absence de recirculation. L’oxygénation est assurée par un aérateur de surface ou insufflation d’air. La décantation est assurée principalement par une ou deux simples lagunes. Les matières en suspension s’agglomèrent lentement sous forme de boue et elles sont régulièrement extraites. Les avantages et inconvénient de ce système sont regroupés dans le tableau 3. Figure 9 : Schéma classique de la filière lagunage [29]
  • 34. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 19 I.2.3.3 Techniques extensives à culture fixe a) Filtres plantés de roseaux à écoulement horizontal Un filtre planté à écoulement horizontal sous surface est un grand canal rempli de gravier et de sable sur lequel la végétation aquatique est plantée. L’eau usée coule horizontalement à travers le canal. Le matériau filtrant filtre les particules et les micro-organismes dégradent la matière organique. Le niveau d’eau dans un filtre planté à écoulement sous surface est maintenu de 5 à 15 cm en dessous de la surface pour assurer un écoulement souterrain [31]. Le lit devrait être large et peu profond de sorte que le chemin d’écoulement de l’eau soit maximisé. Une zone d’admission devrait être utilisée pour distribuer également l’écoulement. Le traitement primaire est essentiel pour éviter le colmatage et assurer un traitement efficace. Le lit devrait être garni d’un revêtement imperméable (argile ou géotextile) pour empêcher l’infiltration dans le sous-sol. Un gravier petit, rond et de taille égale comprise entre 3 et 32 mm de diamètre est généralement employé pour remplir le lit à une profondeur de 0,5 à 1 m [31]. Pour limiter le colmatage, le gravier devrait être propre et exempt de fines particules. Les eaux à traiter devraient subir un traitement primaire avant d’entrer dans le filtre et le matériau filtrant nécessite un remplacement tous les 8 à 15 ans. L’efficacité de l’abattement du filtre est fonction de la superficie et de la section [31]. La figure 9 montre le schéma d’un filtre planté à écoulement horizontal utilisé pour l’épuration des eaux usées. b) Filtres plantés de roseaux à écoulement vertical Le principe des filtres verticaux consiste à admettre les eaux usées, sans traitement préalable, sur un massif de gravier planté de roseaux. Les bactéries épuratrices sont fixées sur les grains de sable, sur les rhizomes des roseaux et la couche de boue de surface. Elles se développent et dégradent la pollution. Le filtre planté de roseaux est généralement composé de deux étages : le premier retient les particules solides et débute le traitement, le second affine l’épuration. Le dispositif est alimenté de façon séquencée grâce à la présence d’un réservoir de chasse placé en tête permettant d’assurer une alimentation homogène sur l’ensemble de la surface du filtre. Cette filière a de bon rendement sur la matière organique et traite partiellement l’azote. Le procédé est recommandé pour une population de 50 à 2000 équivalents habitants, globalement 10 m2 /eqh[31]. L’exploitation et l’entretien sont simples. La figure 10 montre le schéma d’un filtre planté à écoulement vertical utilisé pour l’épuration des eaux usées. Les avantages et inconvénient de ce système sont regroupés dans le tableau 3.
  • 35. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 20 c) La filtration /percolation La filtration ou percolation consiste à traiter les eaux usées par l’intermédiaire d’un sol ou d’un massif filtrant. On filtre les effluents à raison de quelques centaines de litres d’effluents par mètres carrées de massif filtrants et par jours. Deux mécanismes entrent en jeu: -Filtration de MES : plus le sable est grossier, plus la fixation de MES se fera en profondeur et les MES finissent par colmater le filtre. Pour lutter contre le bouchage du massif filtrant, il faut alterner la phase de filtration et la phase de séchage. L’élimination de MES permet l’élimination des microorganismes qui y sont fixées. -L’adsorption des bactéries libres par les grains du sable de filtre. Il se forme alors un film biologique contaminé, surtout dans la partie supérieure ce film va permettre une dégradation microbienne de la matière organique et des substances dissoutes dans l’effluent (phosphate, nitrates). Cette dégradation consomme de l’O2 et produit du CO2. Il faut donc aérer régulièrement le film pour éviter l’asphyxie du milieu. Figure 10 : Schéma de fonctionnement d’un filtre planté à écoulement horizontal [31] Figure 11:Schéma de fonctionnement d'un filtre planté à écoulement vertical [31]
  • 36. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 21 Tableau 3 : Avantages et inconvénients de quelques filières de traitement des eaux usées Filières de traitement Avantages Inconvénients Lagunage - Grande simplicité de fonctionnement ; - ne requiert pas une source d’énergie ; encore une main d’œuvre qualifiée ; - coûts d’installation et d’entretien moyen; - Adapté aux zones tropicales où les conditions climatiques favorisent un fonctionnement sans interruption toute l’année; -Haute réduction des germes pathogènes; -Très bonne intégration paysagère. - requiert de large surface pour son installation ; - représente un gite de développement important de moustiques et nuisances olfactives; - inaccessibilité de tous les bassins à une intervention ; - accumulation de boues mixtes très et difficileà extraire; -intervention du curage fréquent. Filtres plantés de roseaux - Bonnes performances épuratoires pour les paramètres particulaires, carbonés et bacteriologiques; - Possibilité de traiter les eaux usées brutes ; - Coûts d'investissement relativement faible; - Facilité et faible coût d'exploitation (pas de consommation énergétique) hors alimentation par poste ; - Bonne intégration paysagère. - Peu adapté aux surcharges hydrauliques; - Faibles abattements pour le traitement de l'azote global (absence de dénitrification) et du phosphore; -Exploitation régulière, faucardage annuel, désherbage manuel avant la prédominance des roseaux; - Risque de présence d'insectes,moustiques ou de rongeurs. Boues activées -Bonne pour toute taille de collectivité (sauf très petite) ; -Bonne élimination de l’ensemble des paramètres de pollution ; -Adapté pour la protection des milieux récepteurs sensibles ; -Boues légèrement stabilisées ; -Facilité de mise en œuvre d’une déphosphatation simultanée. -Coûts d’investissement assez important ; -Consommation énergétique importante ; -Nécessité de personnel qualifié et d’une surveillance régulière ; -Sensibilités aux surcharges hydrauliques; -Décantabilité de boues pas toujours aisées à maîtriser ; -Forte production de boue qu’il faut concentrer. Lits bactériens -Adapté pour les collectivités <10 -Faible consommation d’énergie ; -Bonne decantabilité des boues ; -Sensibilité faible aux variations de charge et aux toxiques. -Performance généralement plus faible ; -Coûts d’investissement assez élevés ; -Sensibilité au colmatage et au froid ; -Source de développement d’insectes ; -nécessite de prétraitement efficace. Infiltration- percolation sur sable -Excellents résultat sur la DBO5 la DCO les MES et nitrification poussée -superficie nécessaire bien moindre que pour un lagunage naturel capacité de décontamination intéressante. -Nécessite d’un ouvrage de décantation primaire efficace ; -Risque de colmatage à gérer; -Nécessite d’avoir à disposition de grande quantité de sable ;
  • 37. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 22 I.2.4 Risques sanitaires et environnementaux des eaux usées et des sous-produits I.2.4.1 Risques Sanitaires La station d’épuration des eaux usées reçoit divers effluents tels que des eaux grises et des eaux vannes venant des ménages. C’est dans les eaux de sanitaires ou vannes que se concentrent la plupart des microorganismes. Ils proviennent principalement des matières fécales. Les agents pathogènes des eaux usées se concentrent également dans les boues lors des procèdes de traitement des effluents. Le tableau 4 présente les relations entre différents types de bactéries présentes dans les eaux usées et les maladies transmises. Les travaux de plusieurs auteurs [32,34] ont montrés que les boues issues des stations d’épuration contiennent généralement des organismes pathogenèse pour l’homme tels que des bactéries (Escherichia coli, Salmonella, Shigella, Pseudomonas, Campylobacter), des virus (enterovirus, adenovirus, coronavirus, rotavirus, virus de l’hepatite A et E), des protozoaires (Giardia et Cryptosporidium) ainsi que des œufs d’helminthes. En étant déversées à proximité des habitations, les boues peuvent contaminer les populations avoisinantes et causer de nombreuses maladies infectieuses telles que : le Choléra, fièvre typhoïde, dysentérie, gastro-entérite, maladie diarrhéiques [32]. I.2.4.2 Risques environnementaux La STEP de Biyem-Assi ne dispose pas d’un lit de séchage pour les boues. Les sous- produits de la STEP sont déversés dans la nature. Ces boues rejetées entrainent la prolifération des odeurs nauséabondes pour les populations riveraines, la dégradation du sol et du couvert végétal. Les boues de la STEP sont également entrainées par ruissellement dans les cours d’eau voisin ce qui pourrait conduire à la pollution des eaux de surface et des eaux souterraines ainsi que la contamination microbienne et chimique de ces eaux.  Effets sur les eaux souterraines Les effets sur les eaux souterraines sont souvent plus importants que les effets sur le sol. La contamination des sources d’approvisionnement en eau des populations riveraines (puit, forage…) par les eaux usées et les boues de la STEP. La pollution des eaux souterraines avec des constituants de l'eau usée est possible [32].  Effets sur les eaux de surface Le rejet dans le milieu récepteur des eaux usées des matières organiques et des matières en suspension élevées conduit à de nombreux effets néfastes tel que : une réduction immédiate de l’oxygène dissous, une augmentation de la turbidité, le colmatage de branchie de poisson, un appauvrissement de la diversité biologique et la perte d’espèces [33].La concentration élevée en
  • 38. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 23 substance nutritive comme l’azote et le phosphore dans l'eau usée est d'un intérêt particulier lorsque l'eau usée épurée est déversée dans le milieu aquatique (rivière, lac). Ces éléments peuvent créer des conditions favorables à l’eutrophisation [33]. Dans de telles conditions, l'apparition d'algues vertes est très fréquente et il est difficile de remédier aux problèmes y associés [32]. Les incidences sur les écosystèmes aquatiques de l’ajout des substances nutritives sont sources d’importantes préoccupations car ces quantités supplémentaires peuvent favoriser la croissance des producteurs primaires (algues) à des niveaux nuisibles pour l’écosystème [33]. Tableau 4 : Quantité moyenne des organismes pathogènes présents dans les eaux usées et maladies associées [34]. Organismes Maladies Nombre par litre Virus pathogènes Adénovirus Entérovirus (polio) Hépatite A Virus Norwalk Rota virus Maladies respiratoires, infections oculaires, vomissements, diarrhée Paralysies, méningite, fièvre Hépatite infectieuse Vomissement épidémique et diarrhée Diarrhée et vomissement 182-492 000 Non reporté Non détecté 400-85 000 Bactéries pathogènes Salmonella Shigella Campylobacter spp Vibrio cholerae Thyphoïde, paratyphoïde, salmonellose Dysenterie bacillaire Gastro-entérite cholera 20-80 000 10-10 000 37 000 100-100 000 Protozoaires pathogènes Entamoeba histolytica Giardia lamblia Balantidium coli Cryptosporidium parvum Dysenterie amibienne Diarrhée, malabsorption Diarrhée modérée, ulcération du colon Diarrhée 4 125-200 000 28-52 0,3-4 000 Helminthes Ascaris Ancylostoma Trichuris Ascardiose Anémie Diarrhée, douleurs abdominales 5-111 6-188 10-41
  • 39. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 24 I.3 Présentation de la station d’épuration des eaux usées domestiques de Biyem-Assi I.3.1 Description des ouvrages de traitement de la STEP Compte tenu de la qualité des effluents à traiter et du niveau de rejet requis, la filière de traitement utilisée au niveau de la STEP de Biyem Assi est du type filtre planté. Les eaux usées en provenance du Camp SIC Biyem assi sont collectées et traitées à travers trois étapes (figure 12) à savoir :  Le prétraitement  Le traitement par les filtres plantés  L’évacuation des eaux épurées I.3.1.1 Prétraitement Le système de prétraitement des eaux usées(EU) a été réalisé à l’amont de la STEP. Les EU circulent de manière gravitaire dans les différents ouvrages. Les ouvrages de prétraitement sont défectueux et nécessitent un redimensionnement. Ce système est constitué d’un dégrillage, d’un bac de décantation, d’un déshuilage et d’un filtre à sable. Le dégrillage (figure 14a et 14b) consiste à retenir tous les gros déchets et les déchets insolubles (branches, les plastiques, les feuillages…) pour éviter les obstructions. Le système de dégrillage de la STEP de Biyem-Assi comprend une série de grilles, espacées d’environ 50cm avec les mailles de plus en plus serrés. Dès que les mailles sont encombrées un racleur monte le long des grilles et les retire. Le dégrillage est manuel. Les déchets issus du dégillage sont compostés pour une valorisation en agriculture. Le déshuilage par écumage des graisses permet d’éliminer les huiles par un principe de la flottation. La STEP de Biyem-Assi ne dispose pas du déshuilage. L’élimination des graisses se fait par un raclage de la surface. Les graisses retirées peuvent être recyclées en biocarburant. Le décanteur (fosse toutes eaux). La fosse toutes eaux est un réservoir fermé de décantation dans lequel les boues décantées sont en contact direct avec les eaux usées traversant l’ouvrage. Les matières organiques solides y sont partiellement décomposées par voie bactériennes anaérobie. Elle a pour but d’éliminer les particules en suspension dont la densité est supérieure à celle de l’eau. Le décanteur de la STEP de Biyem-Assi est une grosse structure en béton. La vitesse lente de l’eau permet le dépôt de matières en suspension au fond du décanteur (boues primaires). Un filtre à sable ou préfiltre permet de retenir des particules plus fines à travers des grains anguleux de sable. Le préfiltre de la STEP de Biyem-Assi intégré à la fosse est destiné à prévenir
  • 40. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 25 le colmatage par les matières en suspension du dispositif d’épuration (filtres plantés).Elle est située juste après la fosse décantation avant le bassin des filtres plantés I.3.1.2 Traitement par filtres plantés (figure 16b) Une fois le traitement primaire terminé, les eaux usées sont acheminées vers le filtre planté. Les substrats utilisés pour construire le filtre sont constitués de sable, de gravier, de pierre (ballast), et de matières organiques telles que le compost. Leur perméabilité affecte la circulation de l’eau ainsi ils retiennent les sédiments et les déchets qu’elle transporte. Les utilisées sont les plantes macrophytes vasculaire (plantes supérieures) qui joue un rôle important dans le traitement des eaux usées domestiques. I.3.1.3 Evacuation des eaux usées épurées (figure 14g). Après épuration des eaux usées de la station de Biyem Assi celles-ci sont acheminées et évacuées à travers les canalisations vers le milieu récepteur. Le milieu récepteur est la rivière Biyeme affluent du Mfoundi. Figure 12 : Différentes phases de traitement des eaux usées de la STEP de Biyem-Assi I.3.2 Fonctionnement du bassin de filtres plantés de la STEP de Biyem-Assi. Après le processus de prétraitement, vient l’étape de l’épuration de ces eaux usées à travers des filtres plantés. Les filtres plantés assurent l’épuration des eaux à l’aide d’un massif filtrant constitué de couches superposées de graviers ou de sable à granulométries différentes. Le traitement par cultures fixées de la STEP de Biyem-Assi s’effectue sur substrat variés et en présence des plantes vasculaires telle qu’Echinochloa pyramidalis. Ces plantes sont enracinées et émergent à la surface du filtre. Le fonctionnement consiste à faire percoler les eaux usées ayant subir le prétraitement préalable sur deux bassins aménagés montés en parallèle, dans lesquels minéraux et végétaux favorisent l’activité épuratoire. Les bassins sont bien étanches pour éviter l’infiltration et la contamination de la nappe. Le système de traitement de Biyem-Assi fonctionne à travers les filtres plantés à écoulement vertical (figure 13). Ces filtres plantés à écoulement vertical sont largement régulés par l’activité des micro-organismes (bactéries, protozoaire, Collecte Prétraitement EvacuationEpuration Dégrillage Déssablage Fosse toutes eaux Préfiltre Regard de répartition Bassin des filtres plantés Eaux usées venant des camps SIC Rejet en exutoire superficiel
  • 41. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 26 levure…).Cette biomasse et son métabolisme digère le carbone organique et les éléments nutritifs. Le rôle de ces végétaux aquatiques est de percé le substrat pour apporter l’oxygène créant ainsi des conditions aérobies de traitement. Cette oxygénation est favorable à la nitrification et limite également le phénomène de colmatage. Ce mode d'alimentation est nécessaire pour contrôler la croissance de la biomasse épuratoire dans les matériaux de garnissage des massifs filtrants ainsi que les rhizomes et racines. Le système racinaire se développe dans le massif filtrant et crée des pores qui augmentent la conductivité hydraulique du système. Figure 13 : Aperçu général de la station d’épuration du Camp-SIC de Biyem-Assi Bassin de filtres plantés Fosse de decantation Prétraitement (dégrillage et dessablage)
  • 42. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 27 ba c e a : Dégrilleur et dessableur b : Dégrilleur à l’entrée c : Vue d’ensemble e : Bassin d’épuration à filtre planté d: Lit de séchage de boue f : Evacuations des eaux épurées Figure 14 : Ouvrages et dispositifs de la station d’épuration f d
  • 43. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 28 CHAPITRE II: MATÉRIEL ET MÉTHODES
  • 44. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 29 II.1 Localisation et présentation du site d’étude La Station d’épuration des eaux usées domestiques du Camp SIC Biyem-Assi a été réhabilitée en 2012. Elle se trouve en zone urbaine au Sud de la ville de Yaoundé particulièrement au 6ème arrondissement de coordonnées géographiques 3°50'18"N et 11°29'09"E avec une dénivellation de 698m. Les eaux résiduaires qui alimentent cette station proviennent essentiellement d’une population estimées à 2000EH avec un débit journalier de 300 m3 /h .Elle utilise la technique des filtres plantés en remplacement de l’ancienne qui était du type lagunaire. Le drainage de ces eaux se fait par gravitation à travers des tuyaux de canalisations. Le milieu récepteur des eaux épurées est la Biyeme qui est un affluent du Mfoundi. Figure 15 : Carte de localisation de la station d’épuration du Camp SIC Biyem-Assi
  • 45. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 30 II.2 Matériels de travail sur le terrain et au laboratoire Dans le cadre de la présente étude, les matériels utilisés sont les suivant:  DBO-mètre à servir à la mesure de la quantité d’oxygène nécessaire pour la dégradation de la matière organique ;  Tube et four à DCO à servir à la mesure la DCO ;  pH-mètre de marque marque CG 818 à servir pour la mesure du pH ;  Multimètre Conductivity/TDS de marque EXTECH équipé d’une électrode de mesure de la conductivité et de la TDS, une sonde pour la mesure de la température ;  Spectrophotomètre de marque JENWAY à servir à la lecture des valeurs de chaque paramètre étudié à diffèrent longueur d’onde;  Boîtes de Pétri a été utilisé pour contenir les échantillons destinés à la culture des streptocoques fécaux et coliformes fécaux ;  Milieu de culture Bile Esculine Azide agar (BEA) et Tetraphenyl Tetrazolium Chloride (TTC) ;  L’étuve à 150o C à servir au séchage l’échantillon d’eau usée à analyser ;  Le tableur Microsoft Excel 2013, pour effectuer les moyennes et les histogrammes des données obtenues ;  Géneral Position System (GPS), de marque Garmin à servir à la prise des coordonnées des différents point du site d’étude. II.3 Méthodes II.3.1 Echantillonnage des eaux usées et mesure. Les échantillons d’eaux usées ont été prélevés juste à l’entrée de la station avant les ouvrages du prétraitement puis à la fin du traitement à la sortir avant le rejet dans le milieu récepteur. Ces prélèvements ont été effectués pendant les périodes d’avril, mai et juin 2016. Les échantillons collectés ont été conservés dans des boites stériles puis dans une glacière et acheminés au Laboratoire d’Hydrobiologie et Environnement du département de Biologie et Organismes Animaux de l’Université de Yaoundé pour les analyses. II.3.2 Caractérisations physico-chimiques des eaux usées La caractérisation physico-chimique à consister à mesurer : le potentiel d’hydrogène (pH), la conductivité, la turbidité, la demande chimique en oxygène (DCO), la demande biochimique
  • 46. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 31 en oxygène pendant 5 jours (DBO5), les matières en suspension, les TDS, la température, les ions nitrates (NO3 – ), les ions ammoniums (NH4 + ), les ions phosphates (PO4 3- ). II.3.2.1 Mesure de la température, de la conductivité, TDS La température, la conductivité et la TDS ont été mesurées in situ à l’aide d’un multimètre portatif de marque EXTECH. Pour ces mesures, l’électrode du multimètre est plongée dans l’échantillon sous légère agitation et les valeurs des différents paramètres sont lues directement sur l’écran de l’appareil. Ces résultats sont exprimés respectivement en °C pour la température, en μS.cm-1 pour la conductivité et en mg/L pour la TDS. II.3.2.2 Mesure du pH Le pH a été déterminé à l’aide d’un pH-mètre de marque CG 818. Après calibrage du pH- mètre à l’aide des solutions tampons de pH connu (4 et7), l’électrode en verre a été introduite dans 100 ml d’échantillon sous légère agitation et la valeur du pH est lue sur l’écran à affichage digital. II.3.2.3 Mesure de la turbidité Pour la mesure de la turbidité 25 ml d’échantillon d’eau usée sont introduite dans les cellules de mesure de spectrophotomètre. L’appareil est mis en marche et la lecture s’effectue à la longueur d’onde de 450nm. II.3.2.4 Détermination des Matières en suspension (MES) Les matières en suspension sont déterminées par la méthode de filtration membranaire. On filtre sur une membrane filtrante 200 ml de l’échantillon d’eau usée à analyser, puis on sèche le filtre à l’étuve (150°C) jusqu’à ce que le poids reste constant après refroidissement au dessiccateur. La différence de poids de la membrane avant et après filtration nous donne la teneur en matières en suspensions de l’eau usée [35]. Le taux de matières en suspension est exprimé en milligrammes par litre. II.3.2.5 Détermination de la teneur en ions orthophosphates Dans 10ml d’échantillon d’eau usées on ajoute une gélule de PhosVer III ainsi qu’à l’échantillon témoin qui est de l’eau distillée. Le mélange est homogénéiser et laissé au repos pendant 2 minutes (temps de réaction). La teneur des orthophosphates (PO4 3- ) par référence au témoin, est lue directement sur l’écran digital du spectrophotomètre JENWAY à la longueur d’onde de 430 nm et les valeurs sont exprimées en mg/L.
  • 47. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 32 II.3.2.6 Détermination de la teneur en ions ammonium La concentration en ion ammonium a été déterminé par colorimétrique au réactif de Nessler. Dans 25 ml d’échantillon d’eau usée sont ajoutés successivement trois gouttes de stabilisant minéral et d’alcool polyvinylique puis 1 ml de réactif de Nessler. La coloration du complexe formé en présence des ions NH4+ est lu au spectrophotomètre à la longueur d’onde 425 nm. La densité optique est lue sur l’écran d’affichage digital de l’appareil par référence à un témoin constitué d’eau distillé. Les résultats sont exprimés en mg/L de NH4. II.3.2.7 Détermination de la teneur en ions nitrates. Les ions nitrates ont été déterminés par la méthode de réduction au cadmium à l’aide d’un spectrophotomètre de marque JENWAY. Après introduction de 10 ml d’échantillon dans une cellule spectrophotométrique, on y ajoute le contenu d’un sachet de Nitraver 5 pour 10 ml. Le mélange est ensuite homogénéisé et laissé au repos pendant 5 minutes (temps de réaction). La coloration ambre développée en présence des NO3 - est ensuite lue au spectrophotomètre à 507 nm. La densité optique des ions nitrates considéré est lue sur l’écran d’affichage digital de l’appareil par référence à un témoin constitué de 10 ml de l’échantillon. Le résultat est exprimé en mg/L. II.3.2.8 Détermination de la demande chimique en oxygène La demande chimique en oxygène est déterminée par la méthode de digestion au réacteur. Après homogénéisation de l’échantillon d’eau usée, 2 ml sont prélevés et introduits dans des tubes à DCO, puis digérés en présence d’un témoin à 150 °C pendant 2 heures dans un réacteur de DCO de marque Hach. Après refroidissement des tubes, la valeur de la DCO de l’échantillon est lue au spectrophotomètre de marque JENWAY à la longueur d’onde de 600 nm. II.3.2.9 Détermination de la demande biochimique en oxygène pendant 5 jours La demande biochimique en oxygène pendant 5 jours est déterminée par la méthode manométrique à l’aide d’un appareil à DBO5 de marque Hach. Dans une bouteille contenant 250 ml d’eau usée est ajoutée une solution tampon nutritive pour DBO5, puis le tout est incubé pendant 5 jours consécutifs à la température de 20 °C et en absence de la lumière. Pendant cette période, les bactéries utilisent l’oxygène présent dans la partie supérieure de la bouteille pour oxyder les matières organiques contenues dans la solution et rejettent le CO2. Ce dernier est fixé par les cristaux d’hydroxyde de potassium présents dans la cupule placée à la tête de chaque bouteille appelée Oxitop. L’élimination de l’oxygène fait monter le mercure dans le tube fixé à
  • 48. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 33 l’entrée de la bouteille à DBO et ainsi, la valeur de la DBO5 correspond à la valeur du mercure monté [35]. II.3.3 Caractérisation bactériologiques des eaux usées Les micro-organismes retenus comme bio-indicateurs de la pollution fécale sont généralement les coliformes fécaux (CF) et streptocoques fécaux (SF). Les streptocoques fécaux (SF) et coliformes fécaux (CF) présents dans les échantillons d’eaux sont déterminés par filtration sur membrane et dénombrés conformément au protocole standard décrit par Rodier. Le milieu de culture utilisé pour les SF est le milieu Bile Esculine Azide agar (BEA) tandis que pour les coliformes fécaux, c’est le milieu Tetraphenyl Tetrazolium Chloride (TTC) et tergitol 7. Après dilution décimale des échantillons de 33 ml d’eaux usées dans de l’eau distillée, les échantillons ont été filtrés sur membrane à l’aide d’une pompe à vide. Les membranes de filtration ont ensuite été placées dans les milieux de culture respectifs puis incubées à 35 ± 0,2 °C pour les SF et à 44,5 ± 0,2 °C pour les CF pendant 24 heures. Après incubation, les colonies ont été dénombrées. II.3.4 Taux d'abattement des paramètres de pollution de la STEP L'effet des charges polluantes sur le rendement épuratoire de la station de traitement des eaux usées de Biyem-Assi a été évalué après détermination des concentrations des paramètres physico-chimiques et bactériologiques. Le taux d’abattement est déterminé par l’expression suivante : Avec : Ce= concentration à l’entrée de la station d’épuration Cf = concentration à la sortie de la station d’épuration. 𝑇𝑎𝑢𝑥 𝑑′ 𝑎𝑏𝑎𝑡𝑡𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡 = ( 𝐶𝑒 − 𝐶𝑓 𝐶𝑒 ) 𝑥 100
  • 49. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 34 b d f a : boite de pétri b : Spectrophotomètre HACH DR/3900 c : incubation des DBO-mètres d : Multimètre conductivity/TDS e :pH-mètre f : différents milieux de culture Figure 16 : Matériels utilisés au laboratoire
  • 50. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 35 CHAPITRE III: RESULTATS ET DISCUSSION
  • 51. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 36 Dans ce chapitre, nous présenterons dans un premier temps les caractéristiques physico- chimiques et bactériologiques des eaux usées avant et après le traitement. Dans un deuxième temps nous évaluerons les rendements épuratoires de la station d’épuration. III.1 Caractéristiques physico-chimiques des eaux usées brutes et traitées Les paramètres physico-chimiques analysés sont : la température, la conductivité, le pH, la demande chimique en oxygène (DCO), la demande biochimique en oxygène pendant 5 jours (DBO5), les matières en suspension, les ions nitrates (NO3 – ), les ions ammoniums (NH4 + ), les ions phosphates (PO4 3- ). III.1.1 Température Les variations de la température de la STEP ont des effets importants car elles influencent le développement des colonies de micro-organismes [36]. La figure 17 présente les variations mensuelles de la température. Il ressort de cette figure que la température des eaux usées brutes varie de 25,6°C à 24,4°C avec un pic au mois de mai qui est de 26o C. Pour les eaux usées traitées elle varie de 24,4°C à 24,7°C avec un pic au mois de mai qui est 25,4°C. Cette variation de la température est en conformité avec la variation de la température du micro climat de la station d’épuration. Les valeurs de température des eaux traitées ne dépassent pas 30°C considérée comme la valeur limite des rejets directs dans le milieu récepteur selon les normes Camerounaise fixées par le MINEPDED [37]. Figure 17 : Variation de la température des eaux usées brutes et des eaux épurées 23 24 25 26 27 avril mai juin Temperature(oC) Mois eau brute eau traitée
  • 52. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 37 III.1.2 Potentiel d’hydrogène (pH) Le pH est un indicateur de la pollution par excellence. Il indique l’alcalinité des eaux usées et varie suite à la nature des effluents basiques ou acides [36]. La figure 18 présente les variations mensuelles du pH. Il ressort de cette figure que la valeur du pH des eaux usées brutes de la STEP varie de 7,29 à 6,6 et celle des eaux usées traitées varie de 6,69 à 7. Les valeurs du pH des eaux traitées sont comprises entre 5,5-9,5. Elles sont par conséquence considérées comme la valeur limite des rejets dans le milieu récepteur selon les normes Camerounaise fixées par le MINEPDED. Figure 18 : Variation du pH des eaux usées brutes et des eaux épurées III.1.3 Conductivité La conductivité traduit le degré de minéralisation globale des eaux usées. Elle nous renseigne sur le taux de salinité. La figure 19 présente les variations mensuelles de la conductivité. Il ressort de cette figure que la conductivité des eaux usées brutes varie de 645 μS/cm à 748 μS/cm avec un pic au mois de mai à 823 μS/cm. Celle des eaux traitées varie de 332 μS/cm à 229 μS/cm avec un pic au mois de mai à 458 μS/cm. Les eaux usées brutes présentent des valeurs de conductivité plus forte par rapport aux eaux usées traitées. Les valeurs de conductivité élevées particulièrement au mois de mai pourraient être expliquées par l’infiltration des eaux de pluie et le rejet des déchets fortement minéralisés (azote minéral et phosphate) dans le réseau collecteur d’assainissement. 4 5 6 7 8 avril mai juin pH Mois eau brute eau traitée
  • 53. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 38 Figure 19 : Variation de la conductivité des eaux usées brutes et des eaux épurées III.1.4 Oxygène dissous L’oxygène dissous est très important car il conditionne la dégradation de la matière organique [38]. La figure 20 présente les variations du taux d’oxygène dissous. Il ressort de cette figure que le taux d’oxygène dissous des eaux usées brutes varie de 8,5 % à 32 % avec un pic au mois de mai de 76 %.Celui des eaux traitées varie de 34,2 % à 43,1 % avec un pic au mois de mai de 45,3%. Les valeurs de la teneur en oxygène dissous des eaux brutes et traitées sont plus élevées au mois de mai. Le fort taux d’oxygénation pourrait être expliqué par le fait que le débit élevé des eaux usées brutes et traitées en cette période cause une turbulence en apportant une quantité importante d’oxygène. III.1.5 Matières en suspension Les matières en suspension représentent l’ensemble des particules minérales et organiques contenues dans les eaux usées [38]. La figure 21 présente les variations de la teneur des matières en suspension. Il ressort de cette figure que la teneur des matières en suspension des eaux usées brutes varie de 509 mg/L à 168 mg/L avec une moyenne de 358,33mg/L. Celle des eaux traitées est presque constante et stable durant tous les mois avec une moyenne de 27mg/L. Les valeurs élevées des MES dans les eaux usées brutes au mois d’avril et mai pourraient être expliqués par le lessivage du sol (riche en déchets minéraux et organiques) et l’infiltration des eaux de ruissellement chargées en particule diverse dans le réseau d’assainissement par temps de 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 Avril Mai Juin Conductivité(µS/Cm) Mois Eau brute Eau traitée
  • 54. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 39 pluie. La valeur des matières en suspension des eaux traitées ne dépassent pas 30mg/L. Elle est conforme à la valeur limite de rejet dans le milieu récepteur selon les normes Camerounaise fixées par le MINEPDED. Figure 20 : Variation de l’oxygène dissous des eaux usées brutes et des eaux épurées Figure 21 : Variation des matières en suspension des eaux brutes et des eaux épurées 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Avril Mai Juin Oxygenedissous(%O2) Mois Eau brute Eau traitée 0 100 200 300 400 500 600 avril mai juin MES(mg/L) Mois eau brute eau traitée
  • 55. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 40 III.1.6 Demande biochimique en oxygène en cinq jours La DBO5 est une expression pour indiquer la quantité d’oxygène qui est utilisée pour la destruction de matières organiques décomposables par des processus biochimiques [38]. La figure 22 présente les variations mensuelles de la demande biochimique en oxygène en cinq jours (DBO5).Il ressort de cette figure que la DBO5 des eaux usées brutes varie de 500 mg/L à 250 mg/L respectivement au mois d’avril et juin avec une moyenne de 364,86 mg/L. Pour les eaux traitées elle varie de 30 mg/L à 3,2 mg/L respectivement au mois d’avril et juin avec une moyenne de 27,7 mg/L. Les valeurs de la DBO5 des eaux traitées sont largement inférieures à 100 mg/L. Elles sont conformes à la valeur limite de rejet dans le milieu récepteur selon les normes Camerounaise fixées par le MINEPDED. Figure 22 : Variation de la DBO5 des eaux usées brutes et des eaux épurées III.1.7 Demande chimique en oxygène La DCO permet d’apprécier la concentration en matières organiques dissoutes ou en suspension dans les eaux usées à travers la quantité d’oxygène nécessaire pour l’oxydation chimique. La figure 23 présente les variations mensuelles de la demande chimique en oxygène des eaux usées brutes et traitées. Il ressort de cette figure que les valeurs de la DCO des eaux usées brutes sont quasi constantes avec une légère chute au mois de mai à 855 mg/L et une moyenne de 879,86 mg/L. Pour les eaux traitées elle varie de 20 mg/L à 18,8 mg/L avec une un pic au mois de mai qui est 90 mg/L. La forte concentration de la DCO des eaux usées butes durant tous les mois serrait due au fait que les rejets proviennent essentiellement des utilisations 0 100 200 300 400 500 600 avril mai juin DBO5(mg/L) Mois eau brute eau traite
  • 56. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 41 domestiques or de tels effluents sont chargés en matière organique. Les valeurs de la DCO des eaux traitées nous renseignent sur le bon abattement de la pollution carbonée. Ces valeurs de la DCO sont largement inférieures à 200 mg/L considérée comme la valeur limite de rejet dans le milieu récepteur selon les normes Camerounaise fixées par le MINEPDED. Figure 23 : Variation de la DCO des eaux usées brutes et des eaux épurées III.1.8 Rapport DCO/DBO5 Le rapport DCO/DBO5 permet de juger la biodégradabilité d’une eau usée et par voie de conséquence de l’intérêt du choix d’un procédé d’épuration biologique [38]. Les résultats de ce rapport constituent une indication de l’importance des matières polluantes peu ou pas biodégradables. La figure 24 présente la variation du rapport DCO/DBO5 des eaux usées brutes. Il ressort de cette figure que les valeurs du rapport DCO/DBO5 des eaux brutes obtenues au mois d’avril (2,88) et juin (2,59) sont inférieures à 3. Ces valeurs montre une bonne biodégradabilité par conséquence la facilité de l’épuration biologique à filtres plantés de macrophyte. Par contre la valeur obtenue au mois de mai (3,42) est supérieure à 3. Ceci permet de dire que les eaux usées brutes au mois de mai ont une mauvaise biodégradabilité car elles contiennent des substances biodégradables et d’autres peu biodégradables. Cela pourrait être expliqué par une variation saisonnière du mode d’alimentation et le type de déchet rejeté par la population dans le réseau d’assainissement durant ce mois. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 avril mai juin DCO(mg/L) Mois eau brute eau traitée
  • 57. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 42 Figure 24 : Variation du rapport DCO/DBO5 des eaux usées brutes III.1.9 Teneur en ions phosphates, ammonium, nitrates et nitrites. Les figures 25 et 26 illustrent les variations de la teneur en ions phosphates, ammonium, nitrates et nitrites des eaux usées brutes et des épurées de la STEP. III.1.9.1 Teneur en ions phosphates Il ressort des figures 25 et 26 que la valeur de la teneur en ions phosphates (PO4 3- ) des eaux usées brutes varie de 3,7mg/L à 2,82 mg/L au mois de mai. Celle des eaux traitées oscille entre 0 mg/L et 2,33 mg/ L au mois de juin avec une moyenne de 1,59 mg/L. La teneur en ions phosphates dans les eaux brutes peut être expliquée par le rejet sauvage de certains produits (détergents) dans le réseau collecteur et une contamination par le lessivage des produits riche en NPK issus des engrais. Les valeurs de la teneur en ions phosphates des eaux traitées sont inférieures à 10mg/L, considéré comme la valeur limite fixée par le MINEPDED sur la qualité de rejet dans le milieu récepteur [37]. III.1.9.2 Teneur en ions ammonium Il ressort des figures 25 et 26 que la valeur de la teneur en ions ammonium (NH4 + ) des eaux brutes varie de 11 mg/L à 6 mg/L avec une moyenne de 7,73 mg/L. Pour les eaux traitées elle varie de 2,75 mg/L à 5,28 mg/L avec une moyenne de 5,51mg/L. Les valeurs de la teneur en ion ammonium supérieur à 5 mg/L traduisent un processus de dégradation incomplet de la matière organique lorsque la teneur en oxygène est insuffisante pour assurer sa transformation [39]. D’où l’élévation de la teneur en NH4 + de l'eau usée avant le traitement. 0 1 2 3 4 Avril Mai Juin DCO/DBO5 Mois
  • 58. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 43 III.1.9.3 Teneur en ions nitrites Il ressort des résultats présentés par les figures 25 et 26 que les valeurs de la teneur en ions nitrites (NO2 - ) des eaux brutes varient de 3,3 mg/L à 2,5 mg/L avec une chute au mois de mai à 0,25 mg/L. Pour les eaux traitées elles restent constantes et stables avec une valeur inférieure à 0,1 mg/L. Ces valeurs des nitrites dans l’eau épurée sont largement inférieures à 1mg/L considéré comme valeur limite fixée par les normes de rejet [33]. III.1.9.4 Teneur en ions nitrates Il ressort des résultats présentés par la figure 25 et 26 que les valeurs de la teneur en ions nitrates (NO3 - ) des eaux brutes varient de 1,1 mg/L à 2,4 mg/L avec un pic au mois de mai qui est de 10,5 mg/L et une moyenne de 7,73 mg/L. Ce pic de la teneur en ions nitrates enregistré au mois de mai pourrait être expliqué par le fait que les eaux agricoles issues des terres cultivées chargés d’engrais nitratés pourrait être lessivées, ruisselées et s’infiltrées dans le réseau collecteur défectueux par temps de pluie. Pour les eaux traitées elles restent quasi constantes durant tous les mois avec une valeur inférieure à 1,2 mg/L. Figure 25 : Variation de la teneur des ions nitrites, nitrates phosphates et ammonium, des eaux usées brutes 0 2 4 6 8 10 12 Avril Mai Juin Concentrations(mg/L) Mois ammonium nitrites nitrates phosphates
  • 59. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 44 Figure 26 : Variation de la teneur des ions nitrites, nitrates phosphates et ammonium, des eaux épurées III.2 Variations des paramètres bactériologiques des eaux usées brutes et traitées Les figures 27 et 28 présentent les variations mensuelles des coliformes fécaux et des streptocoques fécaux dans les eaux usées brutes et épurées. Il ressort de la figure 27 que les valeurs des coliformes fécaux présent dans les eaux usées brutes varient de 309 UFC/100mL à 1364,2 UFC/100mL avec un pic au mois de mai qui est de 5530 UFC/100mL. Pour les eaux traitées, elles sont presque constantes et stables durant tous les mois inférieur à 40UFC/100mL. Cela nous permet de déduire que le traitement adopté par les filtres plantés à un rendement largement inférieurs aux valeurs exigées par les normes Camerounaise fixée par le MINEPDED sur la qualité de rejet qui est de 2000 UFC/100mL [37]. Il ressort de la figure 28 que les valeurs des streptocoques fécaux présent dans les eaux usées brutes varient de 228,5 UFC/100mL à 4787,8 UFC/100mL au mois de mai. Pour les eaux traitées, elles restent constante et quasi stable durant tous les mois inférieur à 10UFC/100mL. Cela nous permet de déduire que le traitement adopté par les filtres plantés à un très bon rendement largement inférieurs aux valeurs exigées par les normes Camerounaise de rejet fixée par le MINEPDED qui est de 1000 UFC/100mL. 0 1 2 3 4 5 6 Avril Mai Juin Concentations(mg/L) Mois ammonium nitrites nitrates phosphates
  • 60. Rédigé par KAMENI Stève Arnauld Page 45 Figure 27 : Variation des coliformes fécaux dans les eaux usées brutes et eaux épurées Figure 28 : Variation des streptocoques fécaux dans les eaux usées brutes et eaux épurées 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Avril Mai Juin Coliformesfécaux(UFC/100mL) Mois Eau brute Eau traitée 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Avril Mai Juin Streptocoquesfécaux(UFC/mL) Mois Eau brute Eau traitée