H. Berdai, N. Jellal, T. Benchokroun et A. Jemali ( AGR), B. Soudi
et B. Jemali (Institut Agronomique et Vétérinaire
Hassan II-Rabat) et A. Khana (ORMVA/Ouarzazate)
Les avantages de la réutilisation des eaux usées après traitement en agriculture sont incontestables. En effet,
- Le déficit hydrique de plus en plus accusé dû au climat aride et à la vulnérabilité du Maroc aux périodes de sécheresse prolongées;
- Le problème de pollution engendré par les rejets non contrôlés et sans cesse croissant des eaux usées brutes dans la nature, sont autant de facteurs qui nous incitent à traiter et à valoriser cette ressource en eau additionnelle et fertilisante en agriculture.
Par ailleurs, le développement agricole durable passe pour une part importante par la sauvegarde, voire même l'amélioration des moyens de production: l'eau et le sol
Ainsi, la réutilisation des eaux usées en agriculture, comme toute autre pratique agricole, nécessite une recherche préalable afin de prévenir et contrôler les effets négatifs de cette pratique sur la qualité des ressources naturelles 'eau-sol ' et assurer en conséquence son exploitation rationnelle et durable.
De part les risques sanitaires pour l'Homme et le cheptel, liés à la pollution bactériologique et parasitaire, la valorisation agricole non maitrisée des eaux usées traitées en agriculutre pourrait engendrer plusieurs types de pollutions, parmi lesquelles citons:
- La pollution organique liée à certaines substances pouvant avoir une action phytotoxique, herbicide et antimicrobienne telles que les détergents, les polyphénols etc... Vu leur biodégradabilité, ces substances ne constituent pas un risque potentiel pour le sol (Minzi et al., 1992).
- La pollution métallique liée à l'apport excessif d'élèments à l'état de trace. La toxicité de ces élèments dépend d'un grand nombre de facteurs: la texture du sol, le pH, l'interaction entre élèments, La forme chimique des élèments etc...L'influence du pH sur l'adsorption de certains métaux lourds a été étudié par plusieurs auteurs (Godfrin et Van Bladel, 1990), (Halen et al., 1991). Ces études ont montré que la rétention de ces métaux lourds évolue de façon exponentielle avec le pH. Et à pH identique, d'autres facteurs expliquent la variabilité de l'adsorption : la teneur en matière organique, le type d'argile, la capacité d'échange cationique et les oxydes de fer libres.
Par rapport à la pollution organique, la pollution métallique est plus dangereuse car irréversible. Et, des applications répétées de quantités élevées en métaux lourds pourraient à long terme, contaminer le sol et le rendre finalement stérile ou sa production imporpre à l'affouragement du bétail et à la consommation par l'Homme (Delcarte, 1988).
- La pollution physico-chimique liée au caractère salin et/ou alcalin des eaux usées épurées et accentuée par d'autres facteurs (climat, nature du milieu physique et pratiques culturales).
- Et la pollution nitrique des eaux souterraines si les apports totaux en azote dépassent les besoins des cultures. En effet, en plus de la fourniture naturelle par le sol, importante dans les sols marocains (Chiang et al., 1983, Soudi et al., 1990; 1991), s'ajoute les apports par les eaux usées traitées ce qui constitue en cas d'excès, un risque potentiel de pollution de la nappe par les nitrates.
Le présent article décrit les résultats obtenus dans le cadre du projet MOR 86/018 relatif à l'épuration et la réutilisation des eaux usées de la ville de Ouarzazate en agriculture. Les effets des irrigations avec ces eaux sur le sol et la nappe sont évalués.
Qualité physico-chimique des eaux d'irrigation
Les eaux EUB et EUE sont classées en C4S2 et l'EPT en C4S3. La conductivité électrique et le SAR sont respectivement de 2,62 mmhos/cm et 5,97 pour EUB, 2,59 mmhos/cm et 5,96 pour EUE et 4,13mmhos/cm et 7,19 pour EPT
Ce qui nécessite dans le cas de l'irrigation de surface des restrictions sévères pour l'EPT et des restrictions modérées pour l'EUB et l'EUE (directives FAO). Le sel dominant pour les trois types d'eau est le chlorure de sodium. Les teneurs les plus élevées en Na+ et en Cl- sont observées dans l'EPT. L'effet de toxicité, lié à ces ions, est aggravé dans le cas de l'irrigation par aspersion et par microjet en liaison avec l'absorption foliaire des ions toxiques. Il dépend également de la nature de la culture et du stade physiologique, les cultures étant plus sensibles au stade jeune. Pour réduire cet effet, nous avons adopté la pratique de l'irrigation par aspersion pendant la nuit. Les résultats étaient nettement meilleurs.
La teneur élevée des sels dans les eaux compense l'effet néfaste du Na sur la vitesse d'infiltration de l'eau dans le sol. Le pH est neutre pour EPT et EUB et alcalin pour EUE.
Les eaux EUB et EUE présentent une valeur fertilisante, en éléments majeurs, extrêmement appréciable (figure 1).
Dans ces eaux, l'azote est présent essentiellement sous forme ammoniacale soit 35,23mg/l dans EUB et 20,10 mg/l dans EUE confirmant les résultats obtenus par d'autres auteurs (RHALLABI et al 1990; REJEB, 1986). Cette perte se produisant au cours de l'épuration serait due à une consommation par les algues et les micro-organismes et une volatilisation de l'ammonium se produisant en milieu alcalin (pH (EUE)= 8,34).
Si on ne considère que la fraction d'azote minérale directement assimilable par la plante, les eaux d'irrigation apportent au sol 390, 218 et 64 kg/ha respectivement pour EUB, EUE et EPT. Ces valeurs représentent respectivement environ 223%, 125% et 36,6% du besoin théorique de la tomate par exemple.
A cette forme d'azote s'ajoute la forme organique apportée par les eaux EUB et EUE ainsi, que celle du sol qui sont progressivement minéralisées de sorte que les besoins moyens de la plupart des cultures se trouvent largement dépassés causant ainsi un risque potentiel de pollution de la nappe par les nitrates.
Pour ce qui est des éléments traces, les concentrations mesurées dans les EUE sont, en général, inférieurs aux teneurs maximales proposées pour l'irrigation des cutures. Nous pensons que les métaux lourds se trouvant en excès ou à la limite des normes proposées ne sont pas permanents dans les EUB et qu'il s'agit de rejets ponctuels liés à de petites industries traditionnelles d'autant plus que ces éléments ne se retrouvent pas en quantités excessives dans les boues.
Impact de la valorisation agricole des eaux usées sur la nappe
Le niveau de la nappe phréatique a fluctué durant la période du projet entre 2,5m et plus de 4m en amont de la station et entre 1,4m et 3,7 en aval.
Vu la faible profondeur de la nappe, celle-ci se trouve fortement exposée aux problèmes de contamination par les eaux d'irrigation.
Ainsi, de fortes teneurs en sels et en nitrates sont observées dans les eaux souterraines (tableau 4). La conductivité électrique moyenne de ces eaux varie entre 5,10 mmhos/cm (Préf) et 9,48 mmhos/cm (puits-piézomètre). La teneur en azote nitrique est de 13,54mg/l (Préf) et varie en moyenne entre 10,6mg/l et 13,7 mg/l au niveau des piézomètres. Les valeurs extrêmes observées durant la période du projet sont de 19,04 mg/l (piéz 2) et 20,3mg/l (piéz 3). Les normes de potabilité de l'eau qui sont de 50mg/l de nitrates, soit 11,3mg/l d'azote nitrique se trouvent ainsi dépassés.
Impact de la valorisation agricole des eaux usées sur le sol
L'irrigation par les eaux usées n'a pas permis de modification notable concernant les propriétés physiques et physico-chimiques du sol . Ceci va dans le sens des observations faites par d'autres chercheurs montrant que les effets des eaux usées sur le sol ne se manifestent qu'après plusieurs années d'irrigation intensive (Shende et al., 1985; Abdel Ghaffar et al., 1985).
Par ailleurs, des différences significatives concernant l'effet type d'eau ont été noté pour certains paramètres du sol. Celles-ci rentrent dans les limites de la variabilité spatiale des caractéristiques du sol.
Pour la salinité du sol et sa teneur en Na+ échangeable, des différences significatives sont observées pour le facteur type d'eau et système d'irrigation.
L'EPT produit, en effet, une salinisation du sol et une accumulation en Na+ échangeable plus importantes que l'EUE et EUB.
Les parcelles luzernes, recevant plus d'eau, sont généralement moins salines que les parcelles 'autres cultures' .
L'aspersion n'entraine pas une salinisation excessive du sol. pour cette technique d'irrigation, l'application d'une dose d'eau en une seule fois pendant la nuit permet d'éviter les fortes évaporations et l'accumulation des sels en surface.
Sauf pour les parcelles 'goutte à goutte - luzerne', l'irrigation localisée pratiquée d'une façon journalière sous de fortes chaleurs, provoque une salinisation du sol. La répartition spatiale de la salinité est homogène pour le micro-jet et hétérogène pour le Bas-Rhône à cause d'une accumulation préférentielle des sels à la périphérie des bulbes hydriques.
La salinité du sol n'est pas liée seulement au caractère salin des eaux d'irrigation mais également à la nature du milieu physique (texture limono-argileuse du sol, faible perméabilité, densité apparente élevée, existance d'une nappe salée peu profonde ...)
La vitesse d'infiltration de l'eau dans le sol en milieu saturé (MUNTZ) est resté faible. Les valeurs obtenus varient entre 3,98 mm/h et 21,11mm/h.
L'irrigation pendant trois ans par les eaux usées n'a eu aucun effet sur la teneur du sol en métaux lourds
Evolution de l'azote minérale dans le sol
Les essais réalisés, sur concombre et sur tomate, ont montré que le sol d'Ouarzazate présente un potentiel de minéralisation très élevé et que les conditions thermiques couplées à l'irrigation induisent une minéralisation intense de l'azote organique natif du sol et une bonne activité nitrifiante, , ce qui constitue une source naturelle supplémentaire d'azote, donnée nécesssaire à une bonne rationalisation des apports par les eaux usées. Le stock moyen d'azote minéral dans la couche 0-95 cm évalué pendant le cycle cultural du concombre est de 564kg/ha, 501 kg/ha et 392kg/ha respectivement pour EUB, EUE et EPT. Après chaque irrigation, des quantités importantes en azote minéral sont libérées dans le sol
Les teneurs maximales d'azote minéral sont atteintes à 48h après irrigation, ce qui correspond au rétablissement des conditions optimales d'aération et d'humidité pour l'activité ammonifiante et nitrifiante du sol. Les quantités libérées (48h après irrigation) ont été évaluées dans le cas du concombre à 732 kg/ha, 606kg/ha et 633kg/ha et dans le cas de la tomate à 557kg/ha, 387 kg/ha et 281 kg/ha respectivement pour EUB, EUE et EPT.
Conclusion
L'utilisation des EUE comme ressource additionnelle en agriculture s'avère intéressante.
En effet, les premiers résultats obtenus au cours de nos esssais montrent que les EUE présentent une valeur fertilisante extrêmement appréciable. De plus, les teneurs en éléments traces sont en dessous des seuils de toxicité.
La salinité des eaux usées est nettement plus faible que l'eau de nappe disponible pour l'irrigation dans la région, ce qui atténue le problème de salinisation des sols. Le problème de salinité et d'alcalinité du sol accentué par la nature du milieu physique, nécessite un contrôle continu. L'élimination des sels par lessivage impose l'amélioration des conditions de drainage dans la région.
Aucun effet sur les caractéristiques physiques et physico-chimiques du sol n'a été décelé.
Toutefois, la contamination des eaux souterraines par les nitrates a été observée ces nitrates lixiviés à partir du sol proviennent essentiellement de la minéralisation de l'azote organique natif du sol, intense dans les conditions hydriques et thermiques expérimentées et des apports par les eaux usées qui, en général, dépassent largement les besoins de la plante.
La méthode du bilan et celle du modèle mathématique ont permis une estimation raisonnable de la lixiviation de l'azote nitrique.
La méthode lysimètrique serait mieux exploitée si des percolats ont été récupérés et analysés après chaque irrigation.
Face au risque potentiel de pollution de la nappe par les nitrates, plusieurs mesures peuvent être prises, citons à titre d'exemple: le choix de cultures grande consommatrices d'azote, le mélange des eaux usées avec des eaux conventionnelles avant leur applications, l'utilisation des EUE en irrigation d'appoint. Il est clair que le moyen le plus efficace est celui de contrôler la dose et la fréquence des arrosages afin de maîtriser les apports d'azote par l'eau et la percolation en profondeur responsable de la lixiviation des nitrates.Cependant, la salinité du sol pose un problème majeur. Les mesures recommandées doivent donc concilier à la fois les contraintes liées à la salinité du sol et à la contamination de la nappe par les nitrates.
L'apport de doses de lessivage des sels au moment des irrigations est déconseillé. L'opération de lessivage doit être programmée au moment où la teneur du sol en azote est la plus faible et doit être réalisée en régime continu afin d'éviter la nitrification.