Quelles perspectives pour l enfouissement technique et le stockage éco-compatible des résidus solides dans les PED vis-à-vis des impacts sur l hydrosphère urbaine? Youcef KEHILA 1,*, M. AINA 2, F. MEZOUARI 1, G. MATEJKA 2, D. MAMMA 1 Laboratoire Architecture et Environnement (LAE), Ecole Polytechnique d'architecture et d'urbanisme (EPAU), Alger - Algérie. E-mail : khehilayoucef@yahoo.fr 2 Laboratoire des Sciences de l'eau et de l'environnement (LSEE), ENSIL- Université de Limoges, France. Laboratoire d Expertise et de Recherche en Chimie de l Eau et l Environnement (LERCEE), Université d Abomey Calavi (UAC) BP 526 Abomey Calavi (BENIN) Abstract The aim of this study is a comparison between dumping and sanitary landfilling of Municipal Solid Waste (MSW) collected in urban area of developing countries (PED). Even if these ways of MSW removal are commonly held in these countries, they don't limit the environmental impacts because neither for dumping or for landfilling an efficient control of leachate and biogas production is reached. Nevertheless, leachate and biogaz are the most important emitted pollutants and need to be controlled. Two landfilling sites are chosen and compared, Hevie (Cotonou, Benin) and Ouled Fayet (Algiers, Algeria), the results conduct to a necessary methodological approach for the conception of sanitary landfills and for their control during the time. Mots clés : déchets solides urbains, décharges, centre d'enfouissement technique, lixiviat, bilan hydrique, pollution des eaux. Introduction Dans les pays en développement, l élimination des déchets solides urbains pose des problèmes, les filières de valorisation des déchets ne sont pas encore maîtrisées et l incinération n est pas appropriée compte tenu de son coût assez élevé et du fort taux d humidité des déchets. Les dépotoirs et les décharges brutes constituent ainsi, l exutoire final des ordures dont les conditions de stockage ne répondent aucunement aux garanties nécessaires pour éviter la contamination des eaux, des sols et assurer une gestion efficace des sites. En effet, dès la phase de dépôt, les déchets sont soumis à des processus de dégradation liés à des réactions biologiques et physico-chimiques complexes. L'eau s'y infiltre et produit des lixiviats et du biogaz chargés de substances organiques ou minérales qui engendrent une pollution essentiellement de type organique et métallique, en relation avec la biodégradation naturelle des déchets confinés et avec leurs composants anthropiques qui libèrent de nombreuses substances toxiques dans le milieu naturel, notamment dans l'atmosphère, les eaux souterraines et les cours d'eau. Pollutions du sol et des eaux Sur les sites de décharges, on rencontre essentiellement trois types de pollutions : (1) pollution par les matières organiques et/ou minérales, (2) pollution par les métaux lourds, () pollution par les microorganismes. Pollution par les matières organiques et minérales La composition des lixiviats est une photographie de l état des déchets à un certain moment de leur dégradation. Christensen et al. (2001), en étudiant plusieurs sites ont défini les fourchettes de fluctuations de la composition physico-chimique des lixiviats d ordures 1
ménagères. La fraction minérale des lixiviats est essentiellement constituée de chlorures, sulfates, bicarbonates, potassium, sodium, et ammonium. La partie organique très forte est liée à l âge des déchets. Ce fort taux de matière organique peut se retrouver dans les eaux de surface et souterraines quand les conditions minimales d enfouissement de déchets ne sont pas respectées. Et c est malheureusement le cas dans les pays en développement. Cependant, même si dans certains PED, on assiste à la mise en place des géomembranes, la durée de vie de ces matériaux soumis à l agressivité chimique des lixiviats est mal connue et la possible présence de fuites peut occasionner la contamination de la nappe. C est pourquoi la collecte ou le drainage des lixiviats reste fondamentale. Un risque de colmatage biologique des structures de drainage peut apparaître, mais un dimensionnement adéquat permet de retarder son apparition. Selon une étude du Cemagref (2005), lorsque le système drainant est colmaté, le lixiviat s accumule au fond du CSD et la hauteur de lixiviat s élève. La pression s accentue sur la géomembrane, ce qui renforce les risques de fuite. Pollution par les métaux lourds Dans la quasi-totalité des PED, aucune précaution n'est prise et les populations sont exposées au risque de contaminations massives. La contamination des sols par les métaux lourds, constitue un enjeu fondamental d'abord, parce qu'elle affecte notre environnement proche, chargé en symboles (la terre nourricière), mais surtout parce que l'enjeu de la pollution des sols est lié directement à l'alimentation en eau potable. La migration des métaux lourds dans les sols et l'infiltration vers les eaux, met en jeux un grand nombre de phénomènes : solubilisation à ph acide, complexation par la matière organique de type humique, précipitation à ph basique, rétention des MES sur des particules des sols, adsorption des ions ou des molécules à la surface des grains de matrice poreuse, phénomène d échange d ions etc. (Lagier, 2000). Par conséquent le mouvement de ces métaux est essentiellement en relation avec les différents compartiments minéral, organique et biologique des milieux récepteurs. En outre, ces fractions métalliques ont vis-à-vis de certains ligands minéraux et organiques présents dans l eau interstitielle des potentiels de remobilisation différents, ce qui peut expliquer les différents comportements de migration des métaux au sein du massif de déchets et dans les sols des décharges (Rinke et al., 1999, Matejka et al, 1999) Pollution par les microorganismes L effectif bactérien dans le lixiviat brut oscille entre 0,04 10 6 et 0,4 10 6 bactéries /ml et la biomasse bactérienne varie entre 8,78 et 77,51 µg C/L. Plusieurs maladies hydriques sont causées par la consommation des eaux contaminées par les lixiviats qui contiennent des microorganismes pathogènes. La pleine image des maladies associées à l eau est complexe pour un grand nombre de raisons. Durant la dernière décennie, les problèmes relatifs à l eau sont devenus de plus en plus vastes, avec l émergence de nouvelles maladies d infection relatives à l eau et la réémergence d'autres déjà connues, (salmonelle, choléra, shigellose). Enfouissement des déchets dans les PED Dans les PED, la situation d un pays à l autre ou d une ville à l autre est globalement similaire. L'audit réalisé par Johannessen et al en 1999 pour le compte de la banque mondiale, a montré que sur 97 décharges expertisées en Afrique, Asie et Amérique Latine, 11 seulement ont bénéficié d équipements plus ou moins corrects. En Algérie, le Ministère de l'aménagement du Territoire et de l'environnement (MATE) a recensé en 2005 environ 200 décharges sauvages occupant une superficie de plus de 150. 000 hectares parmi les terres les plus fertiles. 2
La décharge de Oued Smar (Alger) d'une superficie de 2 hectares située à coté de l aéroport, pose un problème sérieux pour l'environnement et cause des perturbations à la navigation aérienne. En réalité, les projets de «décharges modernes» dans les PED sont rares, et il apparaît à travers les premiers cas, que souvent des standards reproduits des expériences des pays industrialisés conduisent à des principes de fonctionnement et de conception inadaptés. C est le cas de plusieurs décharges dites modernes dans ces pays mais qui, malheureusement ne sont pas des solutions aux problèmes environnementaux, malgré les forts moyens engagés.(thonart et al. 2002). Etat des lieux des sites de HEVIE ( Benin) et de OULED FAYET (Algérie) Dans ce qui suit, nous présentons quelques résultats relatifs aux impacts des activités de deux sites de stockage de déchets sur la qualité physico-chimique et toxique des eaux de surface et des eaux souterraines. Le 1 er site est situé à Hévie situé à 0 Kms de Cotonou, capitale économique du Bénin et le 2 ème à Ouled Fayet situé à 15 Kms d'alger, capitale d'algérie. L'objectif recherché est de proposer une méthodologie pour la conception et l'exploitation des centres de stockage de déchets (CSD) urbains adaptée aux PED. Site de HÊVIE (Bénin) Description du site La localité de HEVIE est située dans la Commune d Abomey Calavi et distante d'environ 0 kms de Cotonou (capitale économique du Bénin). population estimée à 9500 habitants sur une superficie de 0 km², température moyenne annuelle : 25 C avec une pluviométrie cumulée annuelle de 1100mm. L évapotranspiration est assez élevée, taux d humidité relative de l ordre de 90 %. le centre de traitement de déchets d une superficie de 7 ha a été créé en 1995 dans le cadre du programme d'assainissement et de Protection de l Environnement. les agglomérations les plus proches sont situées située à 1,5 km de la décharge. Le flux des déchets reçus est très variable suivant les saisons et les mois. De janvier à octobre 2001, le site a reçu en moyenne 21 camions/ jour correspondant à environ 270 m de déchets essentiellement ménagers n ayant pas fait l objet de trie à la base. Les études de terrain ont été effectuées sur le site afin d'apprécier la quantité de lixiviats ayant percolé dans les eaux souterraines et de surface. L échantillonnage a concerné six (6) puits, deux (2) points d eau de surface (lac et rivière) et (2) deux points d eau de forage (profondeur 50m) (fig 1). Les prélèvements ont été effectués durant les mois de mars, mai, et juin, juillet et août 200. Le traitement de ces résultats a permis de calculer les taux moyens des différents paramètres en tenant compte de la morphologie des sols et de la profondeur des nappes.
Actes des JSIRAUF, Hanoi, 6-9 novembre 2007 Akokponanwa E A r r o n d i s s e m e n t d e O uèd o Houéhadja C o m m u n e d e T o r i B o s s i t o E9 Zoungo E1 E2 ½ E E5 E8 E7 E6 Fonkomé Bozoun Alognanhoué Aguèko Houinmè Tchangbé Akossavié Hèvié E10 Lac toho A r r o n d i s s e m e n t d e E4 g o d o m e y Plan d'eau Limite d'arrondissement Echelle : 0,5 1 1,5 Marécage Chef-lieu d' Arrondissement Cours eau Village,quartier et hameaux Route non bitumée Point de prélèvement Source : fond topographique IGN, 1991 Réalisation : MATCHI Bernard Limite de Commune ½ site de décharge de Hèvié Figure : Carte d'échantillonnage Figure 1: Carte d'échantillonnage et de Géomorphologie du site de Hévie Détermination des niveaux de pollution des eaux souterraines Les paramètres physico chimiques (température, oxygène dissous, conductivité, TDS potentiel redox et ph ont des valeurs qui varient très peu d un point de prélèvement à un autre. Le ph a fluctué entre 5,9 et 6,14, caractéristique d un milieu faiblement acide. Tableau 1: Valeurs moyennes des paramètres (points de prélèvement d eau souterraine) Ech/Paramètres E1 E2 E E5 E6 E7 E8 E9 Réf. O 2 (mg/l) 5,1,97 4,9 4,45 2,91 5,45 4,51 4,4 4,5 pot redox 72 87,17 62,8 57,5 66,2 6 58, 86,8 25 T C 1,48 29,12 0,7 29,01 28,5 29,08 28,7 28,49 29 ph 6,04 6,08 6,01 6,02 6,09 5,92 6,09 6,14 5 Cond (µs/cm) 65,47 87,85 65,56 91,6 72,12 95,68 59,48 66,52 28,9 TDS (ppm) 65,5 88 66 91,8 61,28 95,67 59,67 66,8 0,4 PO4- (mg/l) 0,21 1,09 7,7 1,65 1,02 2,21 0,84 1,2 1,49 N0-2 (mg/l) 0,029 0,57 0,01 0,25 0,9 0,16 0,19 0,2 0 NH + 4 (mg/l) 0,9 1 ;6 15,5 1,58 5,41 10,52 9,74 11,69 0,17 N0 - (mg/l) 21,66 4,42 21 ;18 8,6 40,28 42,42 41,4& 4,62 1,5 DCO(mg/L) 66,8 88 52, 106,17 71,4 10,8 112, 12, 21 DBO 5 (mg/l) 1,87 5,46 1,79 4,06,46 4,25 5,75 4,7 1 Les nutriments analysés montrent des valeurs qui varient d un point à un autre. Les plus faibles valeurs sont obtenues pour les points E1 et E2 qui correspondent aux eaux de forage avec une profondeur de 50m. Les eaux de puits dont le niveau de la nappe est de 25 m de 4
profondeur, ont des taux de nutriment élevés comparés à celui des eaux du puits de référence. Les eaux de forage (réalisé sur le site de la décharge et situé en zone marécageuse), malgré l importance de la profondeur, présentent des taux de nutriments élevés. Pollution organique La figure 2 montre que pour l'ensemble de points de prélèvement, le taux de DBO 5 est faible alors que celui de la DCO reste assez élevé. La différence qui représente la partie non biodégradable est très élevée et témoigne de l importance de la contamination des eaux par des matières non biodégradables. ph DCO(mg/L) DBO5(mg/L) 140 120 100 80 60 40 20 0 E1 E2 E E5 E6 E7 E8 E9 Réf. Figure 2 : Taux de matières organiques en fonction des points de prélèvement Métaux lourds dans eaux superficielles et profondes 2500 Conc (mg/l) 2000 1500 1000 500 Cadmium (µg/l) Plomb (µg/l) Zinc (µg/l) 0 E2 (puits) E4 (lac) E6 (puits) E10 (rivière) Figure : Teneurs en métaux lourds dans les différents types d eau. Pollution métallique toxique des eaux L analyse de métaux au niveau de certains puits indique que le puits correspondant à E2, plus proche de la décharge (zone marécageuse), a un fort taux en plomb et en cadmium alors que le puits correspondant à E6, beaucoup plus éloigné de la décharge et hors zone marécageuse, ne contient que du cadmium en quantité plus faible (Fig.). La migration du cadmium dans la strate semble plus importante que celle du plomb. Pour les eaux de surface, la forte teneur de plomb obtenu au niveau de la rivière qui draine une partie des eaux résiduaires des quartiers périphériques de Cotonou invite à entrevoir d autres sources de pollution. 5
Site du CET d Ouled Fayet (Algérie) Une expertise a été réalisée dans le cadre d'une coopération scientifique entre l'ecole Polytechnique d'architecture et d'urbanisme (EPAU), Algérie, l'ensil (Université de Limoges France) et ADEME France; le but est de suivre et d analyser le fonctionnement opérationnel de l enfouissement des ordures ménagères d Alger sur le CET d Ouled Fayet, notamment : -l évolution des déchets, -les problèmes d eau sur le site, -la production des biogaz et lixiviats, -les impacts sur l environnement et les conditions d exploitation du site. (Kehila et al., 2006) Présentation du site : site situé à 15 Km au Sud-Ouest d Alger; Surface : 40 ha dont 20 ha d enfouissement de type décharge contrôlée compactée Précipitations moyennes 800-900 mm/an 5 casiers construits étanchéifiés (argile+géomembrane+géotextile) : C1 et C2 remplis et couverts (60.000 m ), C rempli et en phase de couverture (1.000000 m ), C4 et C5 vides Déchets enfouis : 800 T/J de la collecte sur la wilaya d Alger; Décharge réhabilitée en 1999 Ouverture du CET en 2002 : Casiers 1 et 2 fermés en juin 2004 et Casier en cours de couverture Figure 4: Plan de masse du CET de Ouled Fayet - Alger Résultats significatifs de l expertise Caractérisation des déchets collectés dans la wilaya d Alger (fig.5) : tri granulométrique, par catégories et composition chimique (5 campagnes d analyses), masse volumique spécifique, teneur en eau : c est une première évaluation des déchets produits au niveau de l'agglomération Algéroise. Les fermentescibles sont de l ordre de 66% de matière brute ; on trouve très peu de métaux et de ferrailles. Ces derniers sont récupérés à la source. CNC : combustibles non classés (bois, caoutchouc, ) INC : incombustibles non classés (graviers, céramiques, tuiles, plâtres etc.)/ 6
Humidité : H%= 45-56%, Masse volumique : 0,5-0,55 T/m Figure 5a: Caractérisation des déchets Figure 5b: composition des déchets urbains *Mise en évidence des problèmes de colmatage des drains des casiers 1, 2 et : les drains en PVC ont été écrasés par le poids des déchets ou colmatés (trous en trop petit nombre). *Mise en évidence de l imperméabilité de la terre argilo sablonneuse utilisée comme couverture intermédiaire. *Modélisation du bilan hydrique Le bilan hydrique des casiers 1, 2 et a été déterminé en tenant compte de plusieurs phénomènes, les pluies P, l évaporation ETR, la rétention d eau par les déchets enfouis, CR (mesurée sur site et 0%) et l eau apportés par les déchets, ED (humidité mesurée sur site 50%). (Aina M, 2006). L : débit de lixiviat. L = P-ETR + ED ± σ σ: variation du stock d eau : f(cr) ED : H%= 50% CR=0% Figure 6 : variation du débit de lixiviat mesuré et calculé Composition du lixiviat Les paramètres globaux des échantillons de lixiviat ont été mesurés (tab.2), notamment les paramètres en relation avec la matière organique (réfractaire et biodégradable, DCO et la matière organique biodégradable, DBO 5. Tableau 2 : composition du lixiviat CET Ouled Fayet 7
L évolution de la composition du lixiviat et notamment le rapport DBO 5 /DCO est en accord avec l âge des déchets enfouis puisque les trois casiers (dont les deux fermés et couverts), sont reliés hydrauliquement. Le traitement biologique du lixiviat par lagunage n est pas à préconiser pour le long terme. *Détection des problèmes d exploitation : sols de couverture intermédiaire, traitement du lixiviat, captage du biogaz, tassement des déchets et remontée des lixiviats dans les casiers 1 et 2 par les puits de dégazage du biogaz. Résultats et Commentaires L impact des lixiviats d'une décharge sur l environnement est leur infiltration dans les sols et leur migration dans les eaux souterraines et superficielles. Cette pollution concerne surtout la matière organique et les métaux à effet toxiques comme le plomb, le cadmium, le zinc, etc. Ces impacts ont pour origines les difficultés liées à l'exploitation des deux sites, à savoir: a) pour la décharge de Hévie Cotonou (Bénin) morphologie de type marécageuse du site; absence de dispositif de traitement et de gestion des lixiviats; sol essentiellement sableux, avec une faible cohésion et une porosité élevée; absence de dispositif d'étanchéité du site (type géomembrane ou autre). b) pour le CET d Ouled Fayet Alger (Algérie): drainage (colmatage des drains PVC des casiers 1, 2 et ) couche intermédiaire (argileuse), massif drainant à base de concassé (calcaires) pas de rétention ni de traitement du lixiviat : rejet direct dans l oued pas de piézomètres de contrôle de la contamination des eaux souterraines Conclusion et Recommandations Dans les PED, l'option enfouissement des déchets solides urbains semble la plus pratique, les autres filières n étant pas encore maîtrisées. D'où la nécessité du choix d'un site d'enfouissement approprié pour éviter tous ces impacts négatifs à l'environnement. Il en va avant tout, de la protection des eaux de surface et souterraines qui pourraient être contaminées par les molécules solubles issues des déchets. Le choix entre une barrière géologique unique de type argileuse et l étanchéification du casier de stockage par des membranes imperméables 8
peut se poser en terme d efficacité technique et/ou de priorité économique (Förstner 1997). Le drainage des lixiviats et du biogaz doit être adapté à la composition du déchet enfoui notamment à la teneur en fermentescibles et donc en humidité, et au volume des précipitations. D autres conditions d exploitation des centres d enfouissement que celles habituellement pratiquées dans les pays développées sont certainement à proposer : récupération et traitement ou rejet des lixiviats dans le milieu naturel. Mais pour garantir un maximum de chances de réussite pour la mise en place pérenne d un système de gestion des déchets, il faut d autres conditions : 1. Volonté affirmée des pouvoirs publics et mise en place du cadre légal ; 2. Concertation de l ensemble des acteurs locaux ;. Mise à disposition par les institutions des moyens humains, matériels et financiers ; 4. Sensibilisation de la population à la problématique et participation de cette dernière; 5. Contrôle rigoureux des actions menées; Références bibliographiques Kehila Y. et al., Approche méthodologique pour la mise en place d'outils de conception, de suivi et de contrôle des installations de traitement et d'élimination des déchets solides urbains dans les Pays en Développement (PED): rôle de la recherche interuniversitaire. Mostaganem, Algérie du 4-6 avril 2006. Thonart P., Lardinois M., Diabaté S. et Hiligsmann S. : Guide pratique sur la gestion des déchets ménagers et des sites d enfouissement technique dans les pays du Sud. Collection Points de repère. Les publications de l'iepf 2005. ISBN 2-89481-00-X Aina M (2006) : Expertises des centres d enfouissement des déchets urbains dans les PED : contributions à l élaboration d un guide méthodologique et à sa validation sur sites. Thèse de doctorat Université de Limoges.. MATE. Manuel d information sur la gestion des déchets solides urbains, février 200, 240p. Thonart P., et al. (2002). La problématique de la gestion des déchets ménagers. Séminaire Atelier Francophone sur la gestion des déchets ménagers à Saaba Ouagadougou (Burkina Faso) Bellenfant G., (2001). Modélisation de la production de lixiviats en centre de stockage de déchets ménagers. Thèse de doctorat. Institut National Polytechnique de Lorraine, Nancy, 180p. Christensen T.H., et al. (2001). Biogeochemistry of landfillleachate plumes. Applied Geochemistry. 16: 659-718. Lagier (2000). Etude des macro molécules de lixiviat : Caractérisation et comportement vis-à-vis des métaux. Thèse de Doctorat. Université de limoges. Rinke M. (1999) Migration de la pollution minérale dans les sols sous les décharges d ordures ménagères : Etude de cas. Thèse de Doctorat, Université de Limoges. Matejka G. et al., (1999) Ground contamination of four municipal landfills: characterization and evolution of metallic, Seventh International Waste Management and Landfill Symposium, Cagliari (Italy) 4-8 octobre 1999. Förstner U. (1997). Waste treatement ; geochemical engineering approach. In geochemical approaches to environmental engineering of metals. Reuther R. Eds Springer. Rinke M. et al., (199) -Pollution engendrée par un lixiviat de décharge d'ordures ménagères: bilan hydrique et caractérisation- Environmental. Technology., 15, 1-22. 9
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