De : Services publics et Approvisionnement Canada
Les marais artificiels sont des zones humides spécialement aménagées pour recevoir et éliminer ou filtrer divers types de contaminants qui peuvent être présents dans l'eau de surface, l'eau souterraine ou l'eau de ruissellement. Ils sont conçus pour recréer la structure et la fonction d’une zone humide naturelle, pour agir en tant que filtre ou élément purificateur. Dans ce système autonome, les mécanismes abiotiques (physiques et chimiques) et biotiques (microbiens et phytologiques) peuvent agir seuls, de façon séquentielle ou simultanément sur les contaminants ou sur les microorganismes pathogènes. Les eaux de ruissellement, l'eau de drainage d'origine minière et les eaux usées municipales, industrielles ou agricoles sont des exemples d’effluents qui peuvent être traités en utilisant cette technologie.
L'utilisation de cette technologie permet le traitement d'une grande variété de contaminants tels les hydrocarbures, les composés azotés et phosphatés, les métaux et les microorganismes pathogènes. La technologie permet aussi de filtrer les matières en suspension et rétablir les niveaux d’oxygène. Certains contaminants sont transformés en substances moins nocives ou dangereuses, tandis que d’autres sont transportés, immobilisés ou concentrés dans le substrat. Lors de la conception d'un marais artificiel, il est possible d'optimiser les paramètres afin de valoriser les mécanismes nécessaires au traitement de contaminants spécifiques.
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Les marais artificiels sont classés en deux groupes principaux : les marais à écoulement en surface et les marais à écoulement souterrain.
Les marais à écoulement en surface imitent le mieux les marais naturels. Ils sont constitués de bassins peu profonds dans le sol ou de tout autre support capable de soutenir les racines des plantes. Ils sont généralement constitués d’un fond en sol et d’une végétation émergente. L’eau de surface qui s’y trouve est exposée à l’atmosphère et se déplace à travers la zone humide (base du marais constituée de sols, de gravier, de sédiments, etc.) à faible vitesse. Les plantes de ce système sont adaptées aux milieux aquatiques et sont capables de supporter des conditions de sols continuellement saturés, ainsi que conditions anaérobies qui peuvent être rencontrées sous la surface de l’eau et dans les sédiments se trouvant au fond du marais.
Les marais à écoulement souterrain sont généralement constitués d'un bassin contenant un substrat poreux composé de roches, de gravier ou de sable. Ces marais peuvent être conçus pour un écoulement horizontal ou vertical, permettant à l’eau située sous la surface du sol, mais près de celle-ci de s’écouler au travers des milieux perméables racinaires qui se trouvent à la base du marais.
Dans tous les cas, les marais artificiels doivent être construits de manière à assurer la saturation périodique nécessaire au développement des plantes ainsi qu’à permettre une rétention de l’eau suffisamment longue pour éliminer les composés inorganiques et organiques, les nutriments ou les agents pathogènes.
La mise en œuvre d’un tel système peut inclure :
Les travaux de construction ont généralement peu d’impact et requièrent peu de matériel sur le site. Les matériaux principaux à considérer pour la construction d’un marais artificiel sont :
L’entreposage est principalement lié aux composés utilisés dans le système et aux procédés d’application.
En général, les marais artificiels éliminent ou filtrent les contaminants. Certains résidus, tels que les substrats mis en place lors de l’aménagement du bassin ou des boues et des solides provenant des effluents ayant circulé dans le bassin,peuvent s’accumuler lors de ce traitement.
Les sols ou les boues résultant du traitement doivent être récupérés et peuvent être remis sur le site ou disposés hors site. La nature de ces rejets devra être déterminée afin d’en faire une disposition adéquate.
Après la fin du traitement, les résidus végétaux doivent être manipulés, entreposés et éliminés de façon adéquate.
Les eaux traitées à l’intérieur du marais artificiel sont rejetées après leur passage dans le marais. Elles se doivent de respecter les critères applicables au point de sortie du marais. Dans le cas contraire, en présence de sous-produits ou d’un pH inacceptable pouvant représenter un danger pour les récepteurs, elles doivent être pompées et disposées de façon adéquate.
Les marais artificiels peuvent demeurer opérationnels en milieu nordique, cependant, l’aménagement et l’installation doivent être adaptés afin d’éviter les problèmes de gel. De plus, le système ne peut être utilisé en période hivernale si les températures sont trop basses. Les recommandations pour un système plus efficace en milieu nordique sont les suivantes :
À la suite du traitement et à la fin de la vie utile du marais artificiel, la litière, la végétation et les solides se trouvant accumulés dans les marais artificiels peuvent devoir être enlevés. Dans ce cas, des analyses doivent être réalisées afin de déterminer leur mode de gestion et de pouvoir en disposer de façon adéquate, dépendamment des concentrations en contaminants présentes.
Les processus biologiques en conditions anaérobies peuvent générer des odeurs désagréables. Une conception appropriée et le contrôle de l’apport en matières organiques peuvent minimiser le dégagement d'odeurs.
Un prétraitement minimal des eaux usées et des eaux souterraines avant le déchargement de l'eau dans le marais artificiel peut entraîner une réduction des frais de fonctionnement et des coûts d'investissement. Un marais artificiel peut être combiné à une série de différents processus de traitement tels des étangs de sédimentation, des séparateurs d'huile et d'eau et des méthodes de traitement physiques (filtration, etc.) ou chimiques (ajout de produits chimiques pour la réduction du phosphore, etc.). Les marais artificiels peuvent également être utilisés en tant que traitement de polissage suivant d'autres traitements ex situ.
Plusieurs facteurs affectent la performance des marais artificiels, incluant la concentration, la solubilité, la toxicité et d'autres propriétés chimiques des contaminants. Les marais artificiels peuvent diminuer de façon importante la demande en oxygène biologique, les matières en suspension, les concentrations en azote, en métaux, la teneur en matière organique et la présence de microorganismes pathogènes. Cependant, les taux de retrait sont fortement variables et sont fonction des caractéristiques de l’eau à traiter. L'efficacité observée pour l’abaissement de la demande en oxygène biologique et pour les matières en suspension varie habituellement entre 70 et 90 %; pour l'azote, les taux de diminution se situent entre 60 et 86 % et entre 97 et 99 % pour le cuivre, le zinc et le cadmium. Les marais artificiels démontrent une performance à long terme, requièrent peu d'entretien et de modifications et conséquemment, entraînent peu de coûts d’opération.
Poussière
S’applique seulement pendant la construction
Surveillance des conditions favorables à la dispersion des particules de sols
Émissions atmosphériques/de vapeurs – sources ponctuelles ou cheminées
Ne s’applique pas
S. O.
Émissions atmosphériques/de vapeurs – sources non ponctuelles
S’applique (potentiellement par phytovolatilisation)
Selon les particularités de chaque site : Échantillonnage et analyse des tissus végétaux et des gaz de transpiration
Air/vapeur – sous-produits
Selon les particularités de chaque site : Échantillonnage des tissus végétaux et des gaz de transpiration
Ruissellement
S’applique
Surveillance des niveaux d’eau
Eau souterraine – déplacement
Eau souterraine – mobilisation chimique/géochimique
Eau souterraine – sous-produit
S’applique pour les marais à écoulement souterrain
Surveillance de la qualité de l’eau souterraine
Accident/défaillance – dommage aux services publics
Vérification des dossiers et obtention des permis préalables aux travaux d’excavation, élaboration de procédures d’excavation et d’intervention d’urgence
Accident/défaillance – fuite ou déversement
Dans le cas de débordement du bassin ou d’inondation potentielle : examen des risques, élaboration de plans d’intervention en cas d’accident et d’urgence, surveillance et inspection des conditions favorables à une fuite ou déversement
Accident/défaillance – incendie/explosion
Autre – Contact direct avec les boues du marais artificiel qui peut contenir des bactéries pathogènes (dans le cas d’effluents municipaux)
Examen des risques, élaboration de plans d’intervention en cas d’accident et d’urgence, surveillance et inspection des conditions dangereuses
Autre – récupération des sols et/ou de boues contaminés
Fiche rédigée par : Claudie Bonnet, M. Sc. , Conseil national de recherches
Mise à jour par : Karine Drouin, M.Sc., Conseil national de recherches
Date de mise à jour : 26 novembre 2013
Dernière mise à jour par : Nathalie Arel, P.Eng., M.Sc., Christian Gosselin, P.Eng., M.Eng. and Sylvain Hains, P.Eng., M.Sc., Golder Associés Ltée
Date de mise à jour : 22 mars 2019
