La quantité de déchets
rejetés sous forme liquide ou sous forme de particules en suspension augmente
de jour en jour. Certains de ces déchets peuvent causer des effets écologiques
néfastes. Les différents niveaux de gouvernement reconnaissent que le problème
de rejet des eaux usées existent, malheureusement le développement de nouvelles
substances chimiques est plus rapide que les évaluations toxicologiques et que
la mise en application de lois régissant ces produits. Une réduction
substantielle de la décharge de substances toxiques dans l'environnement ne
peut être atteinte que par trois processus :
- Le développement de produits naturels pour remplacer les produits synthétiques,
- Une diminution de l'usage de ces produits synthétiques
- Le développement de technologies d'épuration des eaux usées efficaces et nécessitant peu d'apport en énergie.
Les techniques usuelles de
traitement des eaux usées n'ont pas la capacité d'adaptation nécessaire pour
faire face à des contaminants continuellement changeants. A cause de leur
versatilité les technologies douces de traitement des eaux qui utilisent les
principes écologiques commencent à gagner le support de l'industrie. Les études
examinant les systèmes naturels de traitement des eaux démontrent que ces systèmes
sont efficaces sous certaines conditions. Définir ces conditions et trouver
les moyens de les contrôler permettra d'exploiter la capacité d'épuration des
eaux des écosystèmes naturels.
L'augmentation de la
quantité de déchets domestiques et industriels est causée en partie par le fait que
la population augmente mais aussi par notre dépendance grandissante envers les
produits synthétiques manufacturés; produits de nettoyage, de beauté,
médicaments, additifs alimentaires. L'intensification de la demande pour ces produits
entraîne une production accrue qui augmente le taux de rejet de déchets
industriels. Par exemple, la production de produits chimiques à base de pétrole aux
Etats-Unis est aujourd'hui plus de 400 fois ce qu'elle était dans les années 50. Certains
de ces produits sont utilisés dans nos maisons et dans nos bureaux tous les
jours. Des milliers de nouveaux produits chimiques sont
développés chaque
année. L'impact écologique d'une grande partie de ces produits demeure inconnu.
Cependant les expériences passées ont démontré que même des produits
originalement jugés inoffensifs (par exemple, le DDT) ont de terribles répercussions
sur les écosystèmes. Il est donc indispensable d'éliminer les substances
potentiellement toxiques des eaux usées avant de les rejeter dans les rivières
et les lacs.
Les technologies
traditionnelles de traitements des eaux usées requièrent des apports d'énergie
importants, entraînent généralement des coûts substantiels et produisent des
boues contaminées. Ces boues contaminées doivent à leur tour être traitées ou
entreposées. Ces stratégies de prévention de la pollution des cours d'eau ne
répondent pas aux besoins de l'industrie chimique ni à ceux des utilisateurs des produits
de cette industrie.
Au cours des vingts
dernières années, des systèmes naturels d'épuration des eaux par les plantes ont
été développés. Certains, tel que le système utilisé par la ville de Montréal pour la
plage de l'Ile Notre-Dame, utilisent des marais artificiels construits spécialement
pour cette fonction. D'autres systèmes conçus spécifiquement pour certaines industries utilisent des marais naturels, des réservoirs d'oxydation, et
des lagunes de stabilisation.
Les technologies douces
sont basées sur les propriétés de purification des eaux des écosystèmes aquatiques
naturels, entre autres par la filtration des particules en suspension,
l'extraction de certaines substances dissoutes par les plantes, la dégradation des produits à
base de carbone par les micro-organismes, la décomposition de la
matière organique par les fonctions oxydante et réductrice des bactéries de
nitrification. Plusieurs projets de recherche se sont concentrés sur des aspects
spécifiques de ces systèmes tels que la productivité primaire, l'élimination de l'azote,
du carbone et du phosphore , l'efficacité de purification des eaux de certaines
espèces de plantes et les
procédés de transformation des métaux .
Très peu d'études sont
disponibles concernant l'efficacité de détoxification totale (substances organiques,
particules en suspension, métaux, éléments nutritifs, etc.) de ces systèmes et
des paramètres qui contrôlent cette détoxification. Des comparaisons entre les
effets biologiques de l'affluent et de l'effluent de ces systèmes devraient être
établies pour évaluer leur efficacité. Une étude de ce genre a
été menée en laboratoire pour déterminer le nombre
optimal de bassins de stabilisation nécessaire pour obtenir la réduction maximale de
la matière organique présente dans l'affluent d'une manufacture de produits
chimiques. Cette étude démontre que certains paramètres tels que le
degré d'acidité de l'eau (pH), la concentration d'oxygène dans l'eau, la
température, et la durée de rétention, déterminent la nature des substances dégradées et le
degré de dégradation. La diversité écophysiologique
présente dans les bassins de stabilisation offre une grande versatilité de
conditions environnementales. Cette versatilité est nécessaire pour maintenir
des processus de biodégradation stables.
Malheureusement, ce
système n'est pas assez efficace pour que les eaux usées traitées par ce
système puissent être rejetées directement dans les voies d'eau naturelles. Ces eaux soient utilisées pour
l'irrigation de plantes halophytes (Jojoba, Tamarisks). Ces plantes pourraient
ensuite être récoltées et vendues pourvoyant ainsi au maintien du système. En
plus de nécessiter un vaste espace libre assez éloigné des voies d'eau et des
nappes aquifères pour éviter la contamination, ce système requiert un climat
tropical ou sous-tropical pour assurer son fonctionnement
constant. Un système plus efficace,
mieux contrôlé, requérant peu d'énergie, et pouvant fonctionner à l'année
longue. Cette écotechnologie qu'il
appelle "Living Machines" - machines vivantes - utilise non seulement
des éléments naturels mais s'inspire des structures de nombreux types
d'écosystèmes. Ce système comprend plusieurs écosystèmes miniatures à l'intérieur
d'une serre ou abri biologique. Ceci permet au système d'utiliser l'énergie
naturelle solaire comme les écosystèmes naturels tout en permettant un meilleur
contrôle des paramètres de température, concentration d'oxygène, luminosité, etc.
L'élément de base de la
machine vivante est la "cellule" comme pour tout organisme vivant. Chacune
des cellules du système fonctionne de façon autonome mais est
interdépendante des autres cellules; l'eau est leur moyen de communication. Il existe
dans chaque cellule des dizaines, parfois des centaines d'espèces non seulement
d'algues, de plantes aquatique et de bactéries, mais aussi des mollusques, des
insectes et des vertébrés (poissons). La diversité écophysiologique est
poussée à un niveau plus élevé.
Parmi les principes de
conception écologique sur lesquels se base pour créer les machines
vivantes, la diversité joue un rôle central à trois niveaux: premièrement, une
diversité géologique et minérale, deuxièmement, une
communauté microbienne diverse et troisièmement, une
diversité phylogénique, et cela pour chacune des cellules du système. Une telle
diversité augmente la versatilité du système à
assimiler les contaminants. Un calibrage varié de l'acidité des eaux et une variation
dans les concentrations d'oxygène (certaines cellules sont aérobies, d'autres
anaérobies) et de la température accroissent encore la versatilité du système. Un
certain équilibre des éléments nutritifs (carbone, phosphore, azote, potassium,
et oligo-éléments) doit être maintenu pour assurer la santé du système. Le
système requiert une certaine vitesse de flot entre les cellules pour assurer le
contact entre l'affluent et les surfaces biologiques d'absorption du système;
racines de plantes, les membranes des cellules, etc. Un minimum de trois types
d'écosystèmes doit être inclus dans une machine vivante, un de ces types doit être
terrestre. Chacun des sous-systèmes doit posséder ses cycles naturels propres. Des
variations imprévisibles de la composition de l'affluent augmentent la souplesse
du système au lieu de la diminuer comme pour la plupart des technologies
traditionnelles. Selon les espèces implantées dans le système et le type
d'affluent, le système se développe et les espèces les mieux adaptées survivent créant ainsi un
nouveau type d'écosystème. L'inoculation périodique d'espèces provenant de
milieux autres que celui de la machine vivante contribue à l'enrichissement du
système, telle une migration artificielle. Les machines vivantes ne sont qu'un
exemple du potentiel des écotechnologies appliquées au traitement des eaux
usées. Les processus de purification des systèmes naturels complexes n'ont pas
encore été entièrement élucidés. Leur vaste diversité est la source de leur
efficacité. Le potentiel des systèmes écotechnologiques n'est pas limité par
les demandes d'énergie, les coûts de construction et
d'opération comme le sont les technologies traditionnelles. En fait, les limites de ces
systèmes n'ont pas encore été mesurées. Leur capacité d'adaptation les rend plus
aptes à traiter efficacement les substances chimiques actuellement manufacturées
et celles qui seront développées dans le futur. Malgré le fait que notre
compréhension des processus internes des systèmes naturels soit incomplète,
il n'en demeure pas moins que les capacités d'épuration des écosystèmes naturels
dépassent celles des technologies traditionnelles basées sur des processus
inorganiques. En attendant une diminution substantielle de l'usage
des produits synthétiques et leur remplacement par des produits naturels plus
écologiques, les technologies douces de traitement des eaux sont possiblement le
meilleur moyen disponible de prévention de la contamination de
l'environnement par les eaux usées.
La nature fournit la structure
et les composantes qui permettent la protection de l'environnement.