RESUME THESE

Incidence de lutilisation des sous-produits de

lassainissement cologique sur les sols et la production des

cultures en zone sahlienne

Drissa SANGARE

M. Hamma YACOUBA Matre de Confrences 2iE Directeur de Thse

M. Lacina COULIBALY Professeur Titulaire Universit Nangui Abrogoua, Abidjan Directeur de Thse

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Rsum

De nos jours, lassainissement prend trs peu en compte la notion de recyclage des dchets

organiques. Des tudes scientifiques ont pourtant mis en vidence la possibilit de transformer

ces dchets liquides et solides en matires valorisables en agriculture et/ou en nergie. La

valorisation de ces dchets est une rponse la double problmatique de la scurit

alimentaire et de la lutte contre la dfcation lair libre. Cette valorisation se ralise travers

lassainissement cologique qui est un mode dassainissement de type autonome bas sur la

collecte spare des sous-produits de lassainissement cologique que sont les fces, les urines

et les eaux grises. Cela offre de nombreux avantages pour rcuprer et recycler des lments

nutritifs en agriculture, contrler les micropolluants et agents pathognes tout en prservant

l'environnement (Esrey et al., 2001; Lopez et al., 2002). En effet, la plupart des nutriments

indispensables aux plantes sont sous forme ionique dans les urines, donc directement

assimilables par les plantes. Une quantit apprciable de travaux scientifiques ont mis en

vidence la valeur fertilisante de lurine humaine (Kirchmann et Pettersson, 1995; Boh et al.,

2013). La quantit annuelle d'urine gnre par une personne correspond la quantit

d'engrais requise pour produire 250 kg de crales ce qui est quivalent aux besoins en

crales quun individu doit consommer par an (Wolgast, 1993). L'amendement organique

partir du compost base de fces amliore la structure du sol, l'agrgat la stabilit et la

capacit de rtention des sols (Sridevi et Srinivasamurthy, 2010). Lirrigation avec les eaux

grises attnue la pnurie des ressources en eau qui est une proccupation de plus en plus

inquitante dans les rgions arides et semi-arides (Jury et al., 2007). De plus, elles renferment

les nutriments facilement disponibles qui favorisent les rendements des cultures (Morel et

Diener, 2006; Travis et al., 2010).

Malgr tous ces avantages pour lagriculture, les urines humaines contiennent une quantit

importante de sodium (Na+) qui peut modifier les proprits du sol amends et la croissance

des plantes (Mnkeni et al., 2005; Germer et al., 2011). Une acidification du pH des sols

amends probablement due la nitrification de l'ammoniac, en produisant des ions H+

provenant des urines a t signale par Mnkeni et al. (2008). Tout comme les urines, les eaux

grises sont des sources potentielles de sels dont l'irrigation long terme conduit une

lvation de la conductivit lectrique, du ratio d'adsorption du sodium (SAR) et du pH des

sols irrigus (Al-Hamaiedeh et Bino 2010; Travis et al., 2010). Les matires fcales

renferment de forte charge en mtaux qui pourraient tre nfastes pour les cultures et les sols,

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car il peut y avoir itrations antagonistes qui affectent l'absorption par les plantes (Drakatos et

al., 2002).

Bien que les sous-produits contiennent des polluants organiques et inorganiques, ces

aspects sont gnralement clipss par les risques levs de pathognes. En effet, l'pandage

matires fcales non hygienises pourrait tre dangereux cause de la prsence des aux

agents pathognes (Ottoson et Stenstrm, 2003). Ces agents pathognes font courir des

risques sanitaires au niveau des agriculteurs et des consommateurs des cultures fertilises

avec les sous-produits (WHO, 2006). En somme, la valorisation des sous-produits de

lassainissement prsentent des risques potentiels pour la sant humaine et lenvironnement,

bien que les tudes en ce domaine soient encore rares, notamment en Afrique et

particulirement au Burkina Faso. Les doses correspondantes aux besoins des cultures, les

impacts sur la qualit des sols et les risques sanitaires associs leur rutilisation sont peu

connus en zone Sahlienne.

Lobjectif principal de cette tude tait dvaluer lincidence de lutilisation des sous-

produits de lassainissement cologique sur la qualit des sols, les productivits agricoles et

les risques sanitaires associs. A cet effet, quatre exprimentations agricoles ont t conduites,

dont deux en conditions contrles et deux en plein champ. En condition contrle, le

meilleur ratio urine/compost bas sur lapport dazote pour une productivit des sols a t

dtermin. La salinit des sols de bas-fonds de texture argilo-sableuse amends avec lurine a

t value de faon continue avec des capteurs dans des pots. En plein champ, les effets

combins des sous-produits compars ceux des engrais chimiques (NPK) sur la production

agricole, la salinit et la sodisation traduite par le rapport dadsorption de sodium (SAR) des

sols ont t valus. Enfin, les risques sanitaires lis linfection annuelle par les agents

pathognes (salmonelles et Ascaris) ont t estims au niveau des agriculteurs et des

consommateurs de laitue dans le cas le plus dfavorable. L'valuation quantitative du risque

microbien (EQRM) rsultant de dangers spcifiques et de diffrentes voies ou scenarios

dexposition a t utilise pour estimer ces risques sanitaires associs lutilisation des sous-

produits.

Les rsultats de la premire activit ont montr qu partir des diffrents ratios tests sur la

culture du gombo, le meilleur ratio obtenu est lapport de 75 % N_urine + 25 % N_compost

(15,0 2,0 g/pot). Ce ratio permet la fois dobtenir un rendement suprieur au traitement

conventionnel (100 % engrais minral) tout en entrainant une salinit relativement faible au

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niveau des sols cultivs. Cette tude a galement confirm linefficacit des amendements

bass exclusivement sur lapport durine (100 % N_urine) qui a produit le plus faible

rendement (6,6 1,0 g/pot). Cet apport 100 % N_urine a entrain une acidification et une

augmentation de la salinit (conductivit lectrique) et de la sodisation (SAR) des sols

compare celle des autres traitements et du sol initial. Cependant, lapport du compost a

entrain un effet tampon et contribu diminuer la salinit des sols au niveau des traitements

composs des diffrents ratios urine/compost et 100 % N_compost.

En ce qui concerne, le suivi continu de la salinit des sols des bas-fonds, les rsultats ont

montr quen apportant des urines aux quantits quivalentes aux besoins en azote de la

tomate, il y avait une accumulation de sels durant la saison sche suivi une dissolution de ces

sels en saison pluvieuse, qui se traduit par une augmentation marque de la conductivit

lectrique (salinit) dans la solution du sol. Contrairement au phnomne de dissolution, la

pluie pourrait galement entrainer la dilution des concentrations de sels mais ceci na pas t

observ au cours de cette tude. En revanche, la diminution de la CE juste aprs le troisime

apport de lurine du traitement urine est attribuable la hausse de la temprature durant cette

priode qui a stimul la reprise vaporatoire. Tout comme la prcdente tude, la salinit des

sols traits avec lurine uniquement sont significativement suprieures celles des sols traits

avec compost + urine et videmment suprieures celles des sols non traits. Ltude a aussi

indiqu que les sels se retrouvent gnralement dans la couche suprieure comprise entre 0-15

cm pour lensemble des sols amends.

Sachant que les eaux grises contiennent galement des nutriments, il tait intressant

dobserver le rendement du gombo en associant toutes les sources de nutriments valorisables

en plein champ au cours de cette troisime tude. Cette activit a montr des rsultats

satisfaisants suite lirrigation avec les eaux grises traites (EGT) associe la fertilisation

azote (urine) et amendements organiques (compost base de fces), des cultures du gombo.

Une bonne croissance et de meilleurs rendements de la culture du gombo (0,67 t/ha) irrigue

avec les eaux grises traites (EGT) sont observs contrairement celles irrigues avec les

eaux du barrage suivi dune fertilisation avec les engrais chimiques (NPK) (0,22 t/ha). En

revanche, lirrigation avec les EGT en plus des apports des urines et du compost ont entrain

une hausse du pH, de la salinit et la sodisation des sols aprs culture. Toutefois, le

phnomne sodisation pourrait tre attnu par le systme de rotation des cultures qui favorise

la lixiviation du Na+ et d'autres ions. Par ailleurs, une tendance laugmentation de matire

organique a t remarque au niveau des sols irrigus avec les EGT en plus du compost. Il

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convient de surveiller les sols cultivs afin de prvenir des situations irrversibles qui seraient

contre productives pour lusage des sous-produits en agriculture en zone Sahlienne.

Lvaluation des risques sanitaires associs lutilisation des sous-produits de

lassainissement a montr que les agriculteurs sont les plus exposs contrairement aux

consommateurs. Les risques annuels d'infection aux salmonelles sont estims 9,55 x 10-1

par

personne par anne (pppa) et sont estims 1,9 x 10-1

pppa suite respectivement lingestion

accidentelle des sols contamins par les urines et lingestion involontaire des eaux grises

pendant 275 jours d'exposition par les agriculteurs. Ces risques sont levs et dpassent

galement le risque sanitaire tolrable (10-6

DALY) de cinq ordres de grandeurs. Par contre,

de faibles risques dinfection annuelle aux salmonelles associs la consommation de laitue

ont t valus 5,00 x 10-7

pppa, ce qui est infrieur de un ordre de grandeur au risque

sanitaire admissible. En revanche, des risques levs dinfection annuelle aux Ascaris suite

la consommation de feuilles de laitue ont t estims 2,41 x 10-2 pppa lis lapport du

compost et galement lapport combin des sous-produits.

Au terme de cette tude, il convient de retenir quen zone rurale sahlienne o les paysans

ont de trs faibles revenus, lassainissement cologique combin lagriculture maraichre se

prsente comme une solution prometteuse pour favoriser la petite agriculture de contre saison

par le recyclage des eaux et des nutriments, et amliorer les rendements par laccs des

engrais naturels moins coteux. Cette rutilisation doit cependant seffectuer sans risque afin

que ses bnfices pour la sant publique et lenvironnement soient les plus importants

possibles. Ainsi, les mesures de protection et dhygine prconises par les directives de

lOMS sur lutilisation sans risque des eaux uses, des excrta et des eaux mnagres en

agriculture doivent tre appliqus. Les diffrents rsultats ont permis didentifier plusieurs

perspectives de recherches :

- Etablir un modle qui prdit les effets de lutilisation des sous-produits de

lassainissement cologique sur des grandes parcelles avec plusieurs types de sols non

remanis et des cultures;

- Evaluer les risques sanitaires lis aux produits chimiques suite la valorisation des

sous-produits de lassainissement cologique en agriculture;

- Quantifier les gains conomiques associs aux lments nutritifs des sous-produits de

lassainissement cologique dans les conditions paysannes.

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Valorisations Scientifiques

Publications parues

Sangare D., Sou/Dakoure M., Hijikata N., Lahmar R., Yacouba H., Coulibaly L., Funamizu N. 2015.

Toilet compost and human urine used in agriculture: fertilizer value assessment and effect on

cultivated soils properties. Environmental Technology, 36 (10), 1291-1298.

Sangare, D., Sawadogo, B., Sou/Dakoure, M., Ouedraogo, D.M.S., Hijikata, N., Yacouba, H., Bonzi,

M., and Coulibaly, L. 2015. Ecological sanitation products reuse for agriculture in Sahel: effects on

soil properties, SOIL Discuss., 2, 291-322, doi:10.5194/soild-2-291-2015.

Contributions aux publications

N. Hijikata, T. Fujii, D. Sangare, M. Sou, K. Ushijima and N. Funamizu. 2014. Salts Monitoring and

Management for Human Urine Fertilization and Treated Greywater Irrigation in Sub-Sahel Region.

Journal of Arid Land Studies, 24-1, 85-88.

H. S. Darimani, M. Sou/Dakoure, N. Hijikata, D. Sangare, F. Sawadogo, R. Ito, AH. Maiga. 2014.

Inactivation of Enterococcus in Compost-Amended Soils. Journal of Japan Society of Civil Engineers,

70 (7), 323-330.

Publication soumise

D. Sangare, B. Sawadogo, M. Sou/Dakoure, N. Hijikata, D. S.M. Ouedraogo, H. Yacouba, M.

Takahashi, L. Coulibaly, N. Funamizu. Effects of greywater irrigation treated by high rate algal ponds

on soil chemical properties and vegetable production in dry season of Soudano-Sahelian climate

conditions. Soumis dans Water Science and Technology depuis janvier 2015.

Communications

D. Sangare, B. Sawadogo, M. Sou/Dakoure, N. Hijikata, D.S.M. Ouedraogo, H. Yacouba, M.

Takahashi, N. Funamizu. Effects of greywater irrigation treated by high rate algal ponds on soil

chemical properties and vegetable production in dry season of Soudano-Sahelian climate conditions.

AGRO2014 : 9th IWA International Symposium on Waste Management Problems in Agro Industries. Kochi, Japan, 24-26 November 2014.

D. Sangare, B. Sawadogo, M. Sou/Dakoure, N. Hijikata, D.S.M. Ouedraogo, H. Yacouba, and N.

Funamizu. 2014. Soil chemical properties, production in okra cultivation irrigated with greywater

treated in High Rate Algal Ponds, case of Burkina Faso. Africa Water Forum, Ouagadougou, Burkina

Faso, 12-14 Juin 2014.

D. Sangare, M. Sou/Dakoure, B. Sawadogo, H. Yacouba et A. H. Maiga. 2013. Mise en uvre de lassainissement cologique en milieu rural sahlien : une rponse au faible taux dassainissement et linscurit alimentaire. Premires Journes Scientifiques du CAMES, Abidjan, Cte dIvoire, 5-7 Dcembre 2013.