Valorisation Agronomique des Sous- Produits de l’Epuration Journée d’information et de sensibilisation a propos de la réutilisation des EUT en Agriculture Valorisation Agronomique des Sous- Produits de l’Epuration Mohamed Naceur Khelil Chargé de recherche - INRGREF Décembre 2014

Plan de l’exposé Ressources en eau du pays Stratégie nationale d’économie et de mobilisation de l’eau Cause et Situation actuelle de la REUT et des boues résiduaires en agriculture Travaux de recherche réalisés: Objectifs et thèmes développés Quelques exemples de résultats les plus récents Travaux de recherches en cours et perspectives

Ressources en eau du pays Selon les normes internationales (rapport OMS/UNICEF, PNUD, PNUE) la Tunisie est un pays pauvre en eau Avec un niveau de ressources renouvelables = 450 m3/hab/an (< seuil limite (1000 m3/hab/an) pour couvrir le besoin dit du stress hydrique} étant prévu que cette moyenne baisse à 370 m3/hab/an en 2025 (Raskin et al. 1995) La faible pluviométrie, la croissance démographique et le développement socioéconomique Tension croissante sur la demande en eau et par conséquent sur l’indice d’exploitation des ressources naturelles renouvelables qui varie de 25 à 50% dans le pays. Avec un tel ratio selon (Plan Bleu, 2005) le pays peut connaître des tensions locales ou conjoncturelles AINSI Sans des solutions efficaces, la Tunisie se trouvera dans le future proche dans une situation de pénurie hydrique structurelle

Stratégie nationale d’économie et de mobilisation de l’eau En plus des plans directeurs préparés par l’état qui ont fixé les options permettant de satisfaire le demande jusqu’en 2010 - Un premier plan de mobilisation des ressources hydriques (1990-2001) qui a permis la réalisation de 21 barrages permettant de mobiliser 740 Mm3/an - Un deuxième plan de mobilisation des ressources hydriques (2002 - 2011) qui porte sur la réalisation de 11 barrages supplémentaires d’une capacité totale de 350Mm3, ce qui devrait porter à 95% le taux de mobilisation des ressources hydriques en 2011

Le pays a dressé des stratégies nationales d’économie, de valorisation et rationalisation de l’eau (Projet « Eau 2000 ») qui ont concerné: La gestion de la demande en eau Gestion intégrée et conjointe des ressources en eau conventionnelles et non conventionnelles Préservation de la ressource et la protection de l’environnement

Avantages et limites de la REUT en irrigation La REUT en irrigation est considérée une nécessité et a fait partie intégrante de la stratégie nationale de mobilisation des ressources en eau Économie & conservation des ressources en eaux conventionnelles (il faut se rappeler que 83% du volume d’eau disponible part vers le secteur agricole) Protection du milieu récepteur Valorisation des Éléments nutritifs Économie d’énergie Amélioration des rendements des cultures Conservation et amélioration des sols (apport d’humus) Cependant En raison de la nature variable de la composition des EUT; leur réutilisation devrait être gérée soigneusement afin d’éviter les menaces potentiels sur l’Homme et l’Environnement

Expérience Tunisiennes dans le traitement et la réutilisation des EUT en irrigation La Tunisie a adopté depuis les années 60 une approche intermédiaire et évolutif où les eaux usées subissent un traitement secondaire et sont utilisées pour une irrigation restrictive Parmi les pays leaders dans la région méditerranéenne en terme d’assainissement et de réutilisation des eaux usées traitées Commencée en 1965 :Sauvegarde du périmètre agrumicole de la Soukra (1200 ha à l’époque; actuellement: 400 ha) La production d’EUT par les 106 STEPs est estimée a 238Mm3 (2009) avec plus de 50% du volume provient du grand Tunis = 5% des ressources totales d’eau mobilisée (RTM) Ce volume doublera en 2026 avec 440Mm3 d’EUT = 10% des RTM Seulement environ 30% sont réutilisées en irrigation et dans la recharge de la nappe Sur les 106 STEPs, 27 Steps produisent 143Mm3 prêtes a être utilisées dans les 27 périmètres irrigués. Seulement 40Mm 3 (18% du total) peuvent être utilisées réellement. En 2009, 14.8Mm3 sont utilisés =37% de la Qté réutilisable et = à 6% du volume total produit par les 106 Steps.

Superficie irriguée aux EUT: 9400 ha répartis sur 27 périmètres irrigués appartenant à 15 gouvernorats   périmètres irrigués (86%) terrains de golfs espaces verts Répartition de la surface irriguée avec les EUT Cultures irriguées avec les EUT

Composition chimique des eaux usées traitées Paramètres   Eau de puits (n=3 ) Eau usée traitée (n=12) Sorgho (700mm) (mg/l) (kg/ha) N-NO3- 25 (±3.73) < 5 N-NH4 1.84 35 245 HCO3- 3.59 (± 0.42) 344,94 (±37.24) SO4-- 10.15 (± 2.74) 426,51 (±148.6) 2982 Cl- 20.54 (± 1.41) 548,57 (±55.14) 3836 Ca++ 11.94 (±0.68) 126,79 (±17.12) 889 Mg++ 7.5 (± 0.50) 90,00 (±7.45) 630 P - 5.37 (±1.99) 38 K+ 1.55 (± 0.35) 31,64 (±3.4) 218 Na+ 25.19 (± 1.77) 408,94 (±176.48) 2856 pH 7.29 (± 0.14) 7,15 (±0.14) Sels dissous (g/l) 2.86 (± 0.21) 2,17 (±0.26) SAR 8.10 (± 0.66) 8,00 (±0.94) Cd 0,009 (±0.01) Co 0,005 (±0.02) Cr 0,003 (±0.01) Cu 0,006 (±0.005) Fe 0,228 (±0.116) Mn 0,006 (±0.003) Ni 0,030 (±0.005) Pb 0,030 (±0.014) Zn 0,009 (±0.005)

Situation actuelle de l’épandage des boues en agriculture Évolution des volumes des boues (Rapport annuel ONAS, 2009) 2008, 627 tonnes /89 ha (5 exploitants) 2009, 2367 tonnes/207ha (13 exploitants) = (1.5% de la production totale)

Composition chimique des boues résiduaires sèches Paramètres unité Boue résiduaire NT 106.20 pH - 6,70+0,25 CE ms/cm 8,371+1,6 H2O % 42,7+3,25 C total 38,96+7,2 MO 66,62+6,5 N total 5,2+1,3 C/N 7,49+1,5 SiO2 20,71+3,5 Tio2 0,27+0,07 Al2O3 4,41+1,2 Fe2O3 1,88+0,5 MnO 0,02+0,002 MgO 1,22+0,2 CaO 13,41+2,57 Na2O 0,33+0,09 K2O 0,84+0,1 P2O5 3,24+0,5 Cd ppm 0,89+0,08 20 Co 3,609+1,1 Cr 73,119+9,2 500 Cu 188,78+24,8 1000 Ni 19,799+3,5 200 Pb 54,886+9,5 800 Zn 463,21+34,9 2000 En l’absence d’une gestion efficace, l’épandage des boues pourrait avoir des effets négatifs sur l’Homme et l’Environnement

Travaux de recherches réalisés sur la REUT et des boues résiduaires

Problématiques développées Deux problématiques (Les EUT) Dose d’eau apportée L’effet fertilisant Faible coût et l’irrégularité de la disponibilité Azote contenu dans les EUT Fertilisation azotée complémentaire Utilisation abusive Apports excédentaires d’eau et d’éléments (besoins de la plante)

Objectifs des travaux Fournir des données exactes quant à la contribution réelle de l’azote des EUT et des boues aux cultures (détermination du bilan réel de N-eau et N-boue dans le systéme sol-plante) Diagnostiquer et cartographier l’état des sols et de la nappe dans les périmètres irrigués avec les EUT (Effet des pratiques agricoles sur la teneur en nitrate des sols et de la nappe) Évaluer les risques de contamination chimique (exp: métaux lourds) et biologique des sols et des cultures suite a la REUT et des boues

Deux échelles Zone d’étude A l’échelle de la parcelle Nabeul Nabeul Deux échelles A l’échelle de la parcelle A l’échelle du périmètre

Thèmes développés Impact sur les rendements des cultures La valeur nutritive azotée réelle Effet de la fertilisation complémentaire Répartition géospatiale de la charge nitrique dans le sol et la nappe dans les périmètres irrigués avec les EUT Impact du mode d’occupation des sols (eau usée vs eau de puits) sur la qualité des eaux de nappe Risque de l’arrière effet des EUT sur la contamination microbienne et par les métaux lourds des cultures maraîchères Impact des apports par les eaux usées traitées sur les communautés microbiennes indigènes du sol

Quelques résultats relatifs à la réutilisation des eaux usées traitées et des boues en agriculture

Amélioration des rendements des cultures irriguées par les EUT Le kenaf Le ray grass Le tournesol La luzerne Le maïs Le sorgho fourrager

Amélioration de la nutrition en éléments majeurs des cultures Eau usée traitée Eau de puit

Réduction de la valeur fertilisante azotée des eaux usée traitées (15N) Sorgho

Bilan réel de l’azote (15N) 50% Plante Perte 17% Perte 32% 31% Plante Plante 28% Perte 21% Sol 17% Azote de l’engrais Sol 37% Azote de l’EUT Sol 51% Contribution conjointe (eau + engrais)

Évolution verticale de la teneur en nitrate NO3-dans le sol et risque de contamination de la nappe Irrigation avec eau de puits Irrigation avec eau usée traitée

Situation du Périmètre Oued Souhil (30 années d’irrigation) Au début d’irrigation Après irrigation

Situation du périmètre El- haouaria (7 années d’irrigation) Au début d’irrigation Après irrigation

Effet de l’historique du périmètre El-Haouaria El-Haouaria Oued-Souhil Oued-Souhil Au début d’irrigation Après irrigation

Exportation par les cultures et reliquats Nom Culture Rd MS Besoin estimé en N bN apporté kg/ha aN exporté kg/ha EU = a/b Reliquats kg NNO3/ha Différence de bilan (b – a) El haouaria 5 sorgho 8.8 140 280 156 56 35 124 El haouaria 6 7.5 175 129 74 39 46 El haouaria 7 8.6 345 165 48 133 180 El haouaria 9 Sorgho+orge 13 200 236 84 9 44 Oued souhil 3 Mais 10.1 130 154 110 120 -14 Oued souhil 6 12.3 245 193 79 160 52 Oued souhil 7 11 315 61 196 122 Oued souhil 8 9.3 420 183 43 73 237 Oued souhil 9 12.4 210 206 98 138 4 Oued souhil 11 10.3 174 62 121 106 Oued souhil 12 202 72 78 270 (± 77) 181 (± 29) 71 (± 20.5) 109 (±65) 90 (± 70)

Qualité d’eau de nappe et relation avec l’historique du périmètre El-Haouaria Oued-souhil Bir romana Répartition géospatiale de la teneur en nitrate dans la nappe Courbe isonitrate

Effet à long terme des eaux usées traitées sur la composition en ETM du sol (BK) (Nombre de parcelles =15)

Effet à long terme des eaux usées traitées sur la composition en ETM du sol « OS » (Nombre de parcelles =24)

Effet du volume d’irrigation sur la composition chimique de la plante (Maïs) Effet sur les éléments majeurs Effet sur les éléments secondaires Effet sur les oligo-éléments

Aucun effet du volume d’irrigation sur la teneur en éléments toxiques (Maïs)

Volume d'eau usée apporté / campagne (mm) Effet de la dose d’eau d’irrigation sur la teneur en métaux lourds dans le sol Composition en ETM après deux campagnes d’irrigation PPM Volume d'eau usée apporté / campagne (mm) Profondeur (cm) Cd Co Cu Fe Mn Ni Pb Zn 680 0-10 cm 13 29 11250 149 27 43 47 10-20 cm 10 22 10900 137 39 44 20-30 cm 1 9 24 10250 135 32 30 49 30-60 cm 14 21650 121 31 37   60-90 cm 2 12 11 12900 118 34 1360 25 12300 140 54 46 26 10450 143 52 10750 41 17 9700 120 33 55 38 8 13000 129 53 42 2040 40 146 130 10300 73 69 3 28 9450 111 60 4 9550 141 56 9050 126

Contamination par les métaux lourds du Radis, de la Blette et du Fève

dose d'eau usée traitée (mm) Le niveau de contamination bactérienne est relativement faible et indépendant du traitement Effet de la dose d’eau usée traitée sur le nombre de bactérie /gramme dose d'eau usée traitée (mm) Coliformes totaux Echirichia coli Streptocoques Radis Blette 680 mm 14,1 8,3. 103 1,1 1,1.102 98,7 4,5.103 1360 5,5 7,4.103 0,3 3,4.101 68,4 1,6.103 2040 8,5 3,6.103 0,7 5,6.102 115,3 3,1.103   N (Nombre d’échantillons analysé par traitement) : 3 Les blettes et les radis récoltés possèdent une qualité bactériologique satisfaisante par référence à la norme européenne (CEE, 2005)

Stratégie d’échantillonnage Effet a long terme des EUT sur une culture de clémentine âgée de 30 ans et irriguée depuis 1998 par goutte a goutte (parcelle dense non labourée) Transect vertical Agrume Transect horizontal Stratégie d’échantillonnage

Absence d’effet sur la teneur du Carbone, de la MO et de l’azote total dans le sol

Augmentation de la teneur du Cd en surface du sol (< seuil)

Effet a long terme du type d’irrigation sur la quantité d’ADN extrait du sol en fonction de la position par rapport au goutteur Pour les deux types d’eau et quel que soit l’éloignement par rapport au goutteur on observe que la quantité d’ADN extraites du sol diminue avec la profondeur ce qui suggère une baisse de densité microbienne La densité microbienne est plus élevée en irrigation avec eau de nappe, notamment en surface du sol et ce indépendamment de l’éloignement par rapport au goutteur Étant impliquée dans de nombreuses fonctions du sol, la forte baisse enregistrée pourrait compromettre le fonctionnement biologique du sol

Effet des boues sur les rendements Sorgho fourrager Ray Grass Colza Orge Ray Grass Laitue

Bilan réel de l’azote des boues (15N) Plante 24% Plante 29% Plante 27% Pertes 61% Pertes 48% Pertes 46% Sol 15% Sol 23% Sol 27% Plante 27% plante 31% plante 38% Pertes 45% Pertes 45% Pertes 57% sol 16% sol 24% sol 17%

Effet de la dose de boue sur le pH du sol en fin de la saison sèche de 2013 (après deux apports de boue)

Effet de la dose de boue sur la CE du sol en fin de la saison sèche de 2013 (après deux apports de boue)

Effet de la dose de boue sur les bases échangeables (Ca, Mg, K et Na)

Effet de la dose de boue sur les paramètres de fertilité du sol (carbone organique total et azote total)

Effet de la dose de boue sur les paramètres de toxicité (Cu, Cr, Cd, Zn et Ni)

Effet de la dose de boue sur la teneur du Cd et du Ni dans le sol

Effet de la dose de boue sur la teneur du Zn dans le sol

projet de coopération bilaterale wallonie-bruxelles-tunisie (Mars 2008 - Mars2011) Intitulé: Étude de l’influence de l’utilisation des effluents de l’épuration des eaux usées sur le cycle de l’azote dans les sols agricoles et sur la qualité des nappes phréatiques Coordinateur National, Saloua rejeb, Maître de recherche (INRGREF).

Projet financé par le Programme « EC2CO-CYTRIX-MicrobiEn » du CNRS-INSU (2007-2009) Intitulé: Impact de l’utilisation des eaux usées pour l’irrigation des parcelles cultivées sur la qualité physico-chimique et microbiologique des sols en zone semi-aride Tunisienne Coordinateur National, Bouziri lamia, Maître assistant (CERTE).

Coordinateur National, Mohamed Hchicha, Maître de recherche (INRGREF). Projet de coopération INGREF/ACSAD (2007-2009) Intitulé: Développement des périmètres irrigués et amélioration de leur productivité à travers la valorisation des EUT en agriculture Coordinateur National, Mohamed Hchicha, Maître de recherche (INRGREF).

الاستعمالات الآمنة للمياه العادمة المعالجة والحمأة في الزراعة العربية Projet de coopération ACSAD/ICBA/INRGREF/Jordanie/Oman (2010 -2012) Intitulé الاستعمالات الآمنة للمياه العادمة المعالجة والحمأة في الزراعة العربية Coordinateur National, Mohamed Hchicha, Maître de recherche (INRGREF).

Perspectives Poursuivre les travaux sur la valorisation agricole des EUT et des boues Développer des axes nouveau non encore traités, comme la quantification au niveau des périmètre des pertes de l’azote sous forme gazeux. Cartographier l’impact de l’irrigation avec les EUT sur les communautés bactérienne du sol et sur la teneur en métaux toxiques (Cd, Pb) dans le sol comme il a été fait pour les nitrates évaluer l’effet des boues résiduaires sur la stabilité structurelle du sol en relation avec la biomasse microbienne du sol

Merci pour votre attention