REPUBLIQUE TUNISIENNE

Ministre de lagriculture et de lenvironnement

IRESA

INRGREF

Laboratoire de Recherche

Gestion des Risques Environnementaux en Agriculture Irrigue

LR GERE

Projet EU - PISEAU II

Valorisation agricole des eaux uses traites et des boues rsiduaires en agriculture

(Rgion de Tunis et Nabeul)

Rapport davancement

Avril 2011

Coordinatrice

REJEB Saloua

Introduction Actuellement on compte 106 stations dpuration qui traitent annuellement 238 millions de m3 deau use. Seulement environ 30% de ces eaux traites sont utilises en irrigation et concernent environ 9400ha dont 8000 ha des terres agricoles. Concernant les boues, leur utilisation nest pas gnralise et reste limite des parcelles pilotes.

Lextension des eaux uses traites et des boues et leur utilisation long terme sur des terres agricoles ncessite loptimisation de cette pratique. Il sagit dlargir la gamme des cultures utilises, damliorer la qualit de ces eaux lchelle du primtre, dadapter les systmes dirrigation la qualit des eaux uses traites et la culture irrigue, dajuster la fertilisation aux besoins des cultures, dvaluer les risque microbiologique et chimique inhrents cette utilisation et de dfinir une mthodologie de suivi et de contrle au niveau des primtres irrigus aux EUT. Plusieurs aspects ont t tudis ultrieurement alors que dautres ncessitent dtre maitriss et tudis ou dvelopps et approfondis.

Ainsi, nous avons identifis entre autres 4 actions raliser dans le cadre du projet PISEAU II et qui peuvent se rsumer comme suit :

Action 1 : Irrigation des cultures par des eaux uses traites ayant subi un stockage saisonnier.

Action 2 : Rutilisation agricole des eaux uses et des boues rsiduaires - transfert des mtaux lourds et des microorganismes dans le systme eau/boues- sol - nappe- plantes.

Action 3 : Mthodologie de surveillance des sols dans les primtres irrigus aux EUT-Cas de Cebala Borj-Touil.

Action 4 : Valorisation des EUT en sols salins hydromorphes par des espces forestires.

Objectif gnral Le projet EU a pour objectif lextension et lamlioration de lutilisation agricole des EUT et des boues tout en prservant la durabilit de cette pratique grande chelle et long terme et ceci en minimisant les risques de pollution chimique et biologique lchelle du systme eau/sol/plante/nappe/usager et consommateur. 1. Action 1: Irrigation des cultures par des eaux uses traites

ayant subi un stockage saisonnier

Responsable : M. Trad Equipe de recherche : Rejeb S., Khelil M.N.

1.1. Objectifs spcifiques - Dterminer les performances du stockage et son effet sur les caractristiques physico-

chimiques et biologique des EUT - Etudier le devenir des mtaux lords et leur rpartition entre la phase liquide et le dpt.

- Elargir la gamme des cultures irrigues - Tester diffrentes techniques pour appliquer ces EUT afin didentifier les plus adaptes

compte tenu des caractristiques de ces eaux obtenues aprs stockage - Evaluer leffet de ces eaux obtenues aprs stockage sur la qualit biologique et alimentaires

des produits rcolts

2.2. Travaux raliss Lexcution de cette action tributaire de lamnagement des bassins de stockage na pas pu dmarrer jusqu ce jour pour des raisons budgtaires. Ceci ncessite que des efforts soient dploys pour louverture des crdits allous cet effet. 2. Action 2 : Rutilisation agricole des eaux uses et des boues

rsiduaires- transfert des mtaux lourds et des microorganismes dans le systme eau/boues - sol - nappe- plante

Responsable : S. Rejeb Equipe de recherche : M. Trad, M.N. Khelil, F. Gharbi, N. Lassoued

Cette action a pour objectif de prvenir les phnomnes de contamination et de toxicit par les lments polluants dorigine chimique et biologique susceptibles dtre prsents dans les boues et/ou les eaux uses traites. Elle est subdivise en deux parties concernant dune part les effets des aux uses traites et dautre part les effets des boues dpuration.

2.1. Rutilisation agricole des eaux uses 2.1.1. Objectifs spcifiques

- Evaluer les risques de contamination et de toxicit au niveau dun systme arboricole irrigu avec les eaux uses traites

- Mettre en vidence les effets du court, moyen et long terme de lirrigation avec les eaux uses en agrumiculture

- Etudier les effets des eaux uses sur la qualit des fruits - Evaluer les risques de pollution des nappes

2.2.2. Travaux raliss Cette action a t entame en avril 2010. Lessai consiste valuer leffet de lirrigation avec les EUT sur le grenadier et quelques varits dagrume. Au cours de la campagne 2010-2011, nous avons suivi la qualit des fruits. Les prlvements ont t raliss soit dans la station exprimentale de Nabeul de lINRGREF soit dans le primtre irrigu dOued Souhil chez lagriculteur.. Le suivi complet englobant le sol, les feuilles, les fruits, leau dirrigation et la nappe sont raliss au niveau la station de lINRGREF. Les prlvements et les analyses du sol de point de vue paramtres chimiques ont t raliss ainsi que le suivi de leau dirrigation (qualit et quantit). Au niveau de la plante, les analyses sont en cours. Les aspects bactriologiques et parasitolgiques des eaux et des produits agricoles ont t ajouts au suivi depuis octobre 2010 Dans ce travail, on essayera de mettre en vidence dune part leffet qualit deau et dautre part leffet court, moyen et long terme. Certains rsultats feront lobjet dun PFE. Dans ce cadre galement, une thse va tre entame sur des jeunes plantations dagrume.

2.2. Rutilisation agricole des boues 2.2.1. Objectifs spcifiques

- Evaluer la biodisponibilit et le devenir des mtaux lourds dans les systmes culturaux et la recherche de solutions la pollution par les mtaux lourds par la phytoremdiation

- Evaluer les risques de contamination chimique et biologiques des sols

- Evaluer la persistance des polluants microbiologiques dans lenvironnement agricole 2.2.2. Travaux raliss Lessai men vise lvaluation des risques de contamination mtallique et biologique de deux types de boues sur le systme sol plante. Lexprimentation est implante dans la station doued Souhil partir de septembre 2011. Les deux types de boue sont choisis selon lorigine des eaux uses collectes et traites dans la STEP. Ces boues sont soit urbaine soit dorigine industrielle :

- Les boues urbaines utilises proviennent de la station dpuration de Korba. Cette STEP traite en moyenne 5917m3/j et a une charge moyenne de 2366 kg DBO5/j. Le procd de traitement des eaux est boues actives faible charge suivi dune maturation. Les eaux uses sont pour la plupart dorigine domestique et industrielle (70%) avec (30%) dorigine touristique.

Les boues issues de cette station ont subit une stabilisation en arobie suivie dun schage sur lits.

- Les boues dorigine industrielles proviennent de la station dpuration de Bou Argoub

situe 45 kilomtres au sud de Tunis. Cette STEP accueille les eaux uses de bou Argoub y compris les effluents provenant de deux units industrielles, les entreprises de la Socit frigorifique et brasserie de Tunis (SFBT) dans lagroalimentaire, et de lusine Assad de la fabrication des batteries. Sa capacit de traitement est de 2700m3/jour. Les boues issues de cette station ont subit une stabilisation en arobie suivie dun schage sur lits. Ces boues sont charges en mtaux lourds surtout en plomb et chrome

Deux cultures sont choisies en fonction de leur capacit de prlvement des mtaux :

- Le colza (Brassica napus) est une plante annuelle fleurs jaunes de la famille des Brassicaces. Cette plante est reconnue accumulatrice des mtaux lourds

- Le bl est une plante herbace, monocotyldone qui appartient au genre Triticum de la famille des gramines. Le bl est faiblement accumulateur des mtaux lourds

Le dispositif dessai est install sur deux parcelles juxtaposes rserve chacune pour une culture (sorgho ou colza). Pour chaque type de boues, 4 doses (5, 25, 50 et 100 t/ha) ont t mises en jeu et compares un tmoin sans aucun apport. Pour chaque culture, lessai est men en quatre blocs randomiss comprenant 9 traitements (Figure 1).

BU- 25t/ha

BU- 50t/ha

BU-100t/ha

BU- 5t/ha

BI- 25t/ha BI- 50t/ha

BI-100t/ha T- 0t/ha

BI-5t/ha

BU- 25t/ha

BU- 50t/ha

BU-100t/ha

BU- 5t/ha

BI- 25t/ha

BI- 50t/ha BI-100t/ha T- 0t/ha

BI-5t/ha

BU- 25t/ha

BU- 50t/ha

BU-100t/ha

BU- 5t/ha

BI- 25t/ha

BI- 50t/ha

BI-100t/ha

T- 0t/ha

BI-5t/ha

BU- 25t/ha

BU- 50t/ha

BU-100t/ha

BU- 5t/ha

BI- 25t/ha

BI- 50t/ha

BI-100t/ha

T- 0t/ha

BI-5t/ha

BU- 50t/ha

BU-100t/ha

BU

BI

BI-100t/ha T- 0t/ha

BI-5t/ha

BU- 25t/ha

BU

BU- 5t/ha

BI- 25t/ha

BI- 50t/ha T- 0t/ha

BU- 25t/ha

BU- 50t/ha

BU- 5t/ha

BI

BI

BI

BU

BU

BU-100t/ha

BI- 25t/ha

BI- 50t/ha

BI-100t/ha

T

BI-5t/ha

Bl Colza

5m

2m

1,5m

Bloc 1 Bloc 2 Bloc 3 Bloc 4 Bloc 1 Bloc 2

Figure 1: Plan dessai

Avant lpandage et la mise en culture, un prlvement initial du sol a t effectu. Les analyses sont en cours. Avant leur pandage, les boues ont t analyses. Elles ont t manuellement enfouies dans le sol avant une quinzaine de jour du semis. Le semis du bl et du colza a t effectu la main respectivement en octobre et dcembre 2011. Actuellement, les deux cultures sont encore en place (Photo 1)

Le colza Le bl

Photo 1: Vue gnrale des cultures mises en place la station dOued Souhil

Les paramtres tudier au niveau de cet essai sont relatifs aux aspects agronomique, chimiques, bactriologiques et parasitolgiques et concernent toutes les composantes du systme boues- sol- plante. Des mesures de la surface foliaire ont t effectues au stade floraison pour les deux espces. Pour chaque traitement, le prlvement a concern 3 plants par rptition. La mesure a t faite sur lensemble du feuillage dune plante. Ce travail sera poursuivi sur dautres campagnes et sur les mmes cultures pour valuer leffet moyen terme de lpandage des boues. Paralllement aux essais au champ, des tests de phytotoxicit des boues seront conduits au laboratoire sur des graines de diffrentes espces. Certains aspects de ce travail feront lobjet dune thse

3. Action 3 : Mthodologie de surveillance des sols dans les primtres irrigus aux EUT-Cas de Cebala Borj-Touil

Le suivi des primtres irrigus avec les eaux uses traites est ncessaire pour faire face dventuels problmes de pollution. Afin de mettre en place une mthodologie et des indicateurs fiables susceptibles de faciliter le suivi, une tude a t entam dans le primtre irrigu aux EUT de Cebala Borj-Touil. Pour aborder cette problmatique, nous avons adopt une approche globale englobant tout le systme depuis la parcelle soumise lirrigation avec les EUT jusquau milieu rcepteur final (mer ou aquifre). Ainsi, notre tude na pas t limit au sol comme indiqu au titre mais toutes les composantes qui constituent lenvironnement agricole et qui sont intimement lies les unes aux autres. Parmi les lments polluants considrer dans cette tude, nous nous sommes intresss plus particulirement aux lments traces mtalliques (ETM) et aux microorganismes. Pour certaines activits concernant essentiellement les ETM, ce travail a dmarr depuis 2009 et se poursuit actuellement pour approfondir certaines questions ou englober dautres cultures. Depuis octobre 2010, trois nouveaux aspects ont t considrs dans cette approche et ont t rajouts au suivi savoir laspect agro-conomique entam par un diagnostic auprs des agriculteurs et les aspects bactriologique et parasitologique concernant les eaux dirrigation, de la nappe et de drainage et dans les produits agricoles.

3.1. Objectifs spcifiques Evaluer les risques de contamination microbienne et Identifier les prcautions prendre pour prvenir et minimiser ces risques

Etudier la mobilit des ETM dans le systme plante-sol-eaux de surface et souterraine et valuer les risques de pollution lis aux ETM

Dfinir des conditions dutilisation qui minimisent les risques potentiels lis lirrigation par les EUT dans les conditions relles de lagriculteur

Evaluer ltat de pollution du primtre avec toutes ses composantes Dterminer des indicateurs fiables et une mthodologie de suivi des primtres irrigus aux eaux uses traites.

3.2. Travaux raliss Les premiers travaux raliss dans le primtre irrigu de Cebala Borj Touil ont dmarr par un suivi au niveau du sol, des eaux dirrigation, de la nappe et de leau de drainage. Ce suivi a concern les paramtres de qualit chimique relatifs la salinit et aux lments traces mtalliques avec une tude sur limpact de lirrigation avec les EUT sur les composantes eaux et sols dans le primtre.

Dans une seconde tape, le facteur plante a t introduit. Ainsi, des tudes sur mas fourrager et sur quelques varits doliviers ont t ralises en plein champ chez les agriculteurs pour mettre en vidence leffet de ces EUT sur le comportement, la croissance et la qualit des produits.

Pour maitriser et comprendre les mcanismes de mobilit et de transfert des ETM, des tudes ont t menes paralllement aux travaux du champ et sont relatives :

- La capacit des sols irrigus par les eaux uses traites la dsorption des lments traces mtalliques - Cas du primtre de Cebala Borj-Touil

- Contribution ltude de la lixiviaion des sels et de la moblit des ETM pour diffrentes textures de sols

- Etude en pot de la mobilit du nickel en fonction de la texture du sol et de la richesse en matire organique.

Les premiers rsultats obtenus montrent quau niveau du primtre de Cebala bordj Touil et dans le secteur retenu pour ltude (500 ha), des dpassements des teneurs en certains ETM peuvent tre observs au niveau de leau dirrigation, des eaux de la nappe et des eaux de drainage ainsi quau niveau du sol. Ces dpassements ont concern essentiellement le cadmium, le plomb, le chrome, et le nickel. Toutefois, ces dpassements sont variables dans le temps et en teneurs. Ces rsultats doivent tre confirms par dautres campagnes de suivi et de mesure afin de pouvoir quantifier les risques potentiels surtout sur le moyen et le long terme en tenant compte de tous les facteurs environnants et en vitant toute les autres sources de contamination. En outre, une amlioration des traitements et du fonctionnement de la station dpuration ainsi quun contrle au niveau des rejets industriels qui se dversent dans les eaux uses collectes par la STEP concerne pourrait pallier ou minimiser ces problmes.

Par ailleurs, il a t constat que la texture du sol a un effet significatif sur la mobilit du nickel. En effet, cette mobilit est plus leve dans la texture sableuse que limoneuse quargileuse. Par contre, la matire organique na pas exerc un effet significatif dans les conditions de notre tude. Le travail relatif aux aspects microbiologiques na pas t limit au sol car ce dernier nest quune des composantes qui constituent lenvironnement agricole et qui sont intimement lies les unes aux autres. Pour lucider les processus de contamination et de dcontamination microbienne, des suivis ont dmarrs aux niveaux des eaux uses traites utiliss en irrigation sur ce primtre et aux niveaux des eaux de drainage. Un suivi de la qualit sanitaire des eaux de la nappe phratique est galement entrepris travers des prlvements rguliers et des analyses bactriologiques et parasitologiques ralises sur les eaux des diffrents pizomtres implants sur le primtre irrigu. Prs de 100 chantillons deau (EUT, Eau de la nappe phratique et eau de drainage) ont t prlevs et analyses durant le dernier trimestre 2010 et le dbut de 2011. Un contrle de la qualit sanitaire des produits agricoles rcolts sur ce primtre a t galement entrepris. Dans ce cadre, huit exploitations agricoles ont t visites et une trentaine dchantillons de produits ont t prlevs et analyss. Les produits concerns par les contrles sont essentiellement des fruits (grenades, coings, olives) et des fourrages. Selon les premiers rsultats obtenus, les fruits produits sur le primtre de Borj Touil prsentent une qualit bactriologique satisfaisante. Afin de pouvoir tirer des conclusions adquates, le suivi doit tre poursuivi pour dautres campagnes de mesure.

4. Action 4: Valorisation des EUT en sols salins hydromorphes par des espces forestires

Pour augmenter le taux de rutilisation des EUT qui ne dpasse pas les 30% du volume disponible, il est important denvisager dautres formes de valorisation ct du secteur agricole. Les espces forestires et les plantes nergtiques peuvent prsenter une alternatives de valorisation trs intressante des EUT. Ceci est dautant plus important si cette valorisation peut concerner des milieux dgrads ou marginaux tels que les sols salins hydromorphes non drains de la Basse Valle de la Mejerda. Cest dans cette optique que notre tude sinscrit. 4.1. Objectifs immdiats

- Proposer de nouvelles alternatives pour la valorisation des EUT - Assurer une valorisation saine des EUT - Rhabiliter des zones marginales - Introduire les espces forestires et nergtiques dans les programmes de valorisation - Concevoir des techniques culturales et des mthodes dirrigation adaptes

3.2. Travaux raliss Cette tude est entreprise dans une parcelle situe ct de la Station dpuration de Kalaat Landelous. Cette parcelle se trouve dans une zone affecte par la salinit et lhydromorphie. Rappelons que lamnagement de la parcelle et linstallation du protocole ont dmarr en 2009. Deux plantations ont t mises en place et irrigues avec les eaux uses traites Jatropha et Aleo vera. Avant la mise en culture, nous avons procder un prlvement initial pour la caractrisation du sol et de la nappe. Puis nous avons dmarr des campagnes rgulire de suivi et de mesure lchelle de leau dirrigation, du sol, de la nappe et ce avant le cycle estival dirrigation et la fin de ce cycle. De mme, le suivi des plantations est priodiquement assur. Paralllement lexprimentation de terrain, des essais sous abris et dans des pots ont galement t mens pour approfondir ou maitriser certaines questions poses. Ces essais ont concern lvaluation des besoins en eau et le comportement de certaines espces vis--vis de la salinit (Jatropha, le Ricin, lAleo vera) et ce pour diffrentes texture du sol. Les premiers rsultats montrent une tolrance des ces plantes de fortes teneurs en sels et des conditions dhydromorphie excessives. VALORISATION En terme de valorisation, certains travaux cits prcdemment sont entrepris dans le cadre de PFE, mastres et thses. Les thses en cours relatives ces travaux sont :

Bahri E. - Caractrisation et modlisation de la nappe perche sale du primtre irrigu ctier de Cebala Borj-Touil. Mastre ESIER. Encadreur : M. Hachicha (en cours).

Sahraoui H. - Capacit des sols irrigus par les EUT la sorption et la dsorption des ETM-cas du primtre Cebala. Thse la FSB/Univ. Vgo Espagne. Encadreurs : Tarhouni J./ M. Cavlo/ M. Hachicha.

Mlaouhi S. - Salinit et stratgie dadaptation: Approche bio-conomique pour une agriculture soutenable " Cas de la basse valle de la Medjerda". Thse lISAC, Encadreurs : Boujelbene/Elloumi/Hachicha.

Lassoued N.- Impact des boues dpuration sur la biodisponibilit des mtaux lourds dans le systme sol- plante. Encadreurs : Rejeb M.N./ Rejeb S. /Khelil M.N.

Khaskoussy Khawla- Impact des diffrentes techniques dirrigation par les eaux uses traites sales sur le sol et une culture de mas fourrage. Encadreurs: Hachicha M./Rejeb S./Tarhouni J.

Chaouachi Mohamed- Evaluation des impacts de lirrigation des eaux uses traites dans le verger dagrumes dans la rgion du Cap bon. Encadreurs : Rejeb M.N./ Rejeb S. /Khelil M.N.