Présentation

Les lacs et les étangs de loisirs offrent des espaces essentiels pour la natation, la navigation de plaisance, la pêche et l'observation de la faune. Toutefois, ces plans d'eau sont de plus en plus menacés par la pollution des éléments nutritifs, le ruissellement des sédiments et les proliférations d'algues nuisibles qui dégradent la qualité de l'eau et diminuent la valeur récréative. Les méthodes traditionnelles de traitement de l'eau, comme les algues chimiques et les systèmes d'aération, peuvent être coûteuses à entretenir et peuvent créer des préoccupations environnementales secondaires.

Quelles sont les zones humides construites?

Contrairement aux milieux humides naturels, qui se forment spontanément au fil du temps, les milieux humides construits sont soigneusement planifiés dans des conditions hydrauliques, végétatives et pédologiques spécifiques afin d'optimiser l'élimination des polluants. Ils sont généralement situés au bord d'un lac, d'un étang ou d'un chenal de drainage pour intercepter le ruissellement avant qu'il n'entre dans le plan d'eau principal.

Les composantes essentielles d'une zone humide construite comprennent :

  • Végétation: Plantes émergentes telles que les queues de chat (Typha spp.), les bulrushes (Schoenoplectus spp.), et les roseaux ([Phragmites spp.) qui absorbent les nutriments, stabilisent les sédiments et fournissent une surface pour la croissance microbienne.
  • Sous-strat : Couches de gravier, de sable ou de sol qui supportent les racines des plantes et facilitent la filtration et l'adsorption des contaminants.
  • Communautés microbiennes : Bactéries et champignons vivant sur des racines végétales et des particules de substrat qui décomposent la matière organique, transforment les nutriments et dégradent les agents pathogènes.
  • Colonne d'eau:[ Voies d'écoulement soigneusement contrôlées qui maximisent le temps de contact entre l'eau et les zones de traitement.

Il existe plusieurs configurations de conception, adaptées à différents défis de qualité de l'eau:

Zones humides à débit de surface

Ces systèmes contiennent des zones d'eau libre avec une végétation flottante et émergente. L'eau coule au-dessus du substrat, mimant les marais naturels. Ils sont efficaces pour traiter les eaux pluviales et les ruissellements agricoles et sont souvent esthétiquement agréables, intégrant bien dans les paysages du parc.

Zones humides à débit souterrain

Dans ces plans, l'eau coule horizontalement ou verticalement à travers un substrat poreux, restant sous la surface, ce qui réduit les problèmes de reproduction des moustiques et d'odeurs tout en assurant un excellent contact avec les racines et les microbes des plantes.

Zones humides hybrides

En combinant les éléments de surface et de surface, les systèmes hybrides tirent parti des forces de chaque type. Par exemple, une première étape pourrait être un lit vertical de flux souterrain pour la nitrification, suivi d'une zone humide de flux de surface pour la dénitrification et le polissage.

Mécanismes d'amélioration de la qualité de l'eau

Les milieux humides construits reposent sur une série de processus physiques, chimiques et biologiques pour purifier l'eau. La compréhension de ces mécanismes aide les concepteurs à adapter les milieux humides aux polluants spécifiques présents dans un lac ou un étang récréatif.

Élimination des éléments nutritifs (Nitrogen et phosphore)

L'excès d'azote et de phosphore est le principal facteur d'eutrophisation et de prolifération d'algues nuisibles.

  • Capture de plantes :[ Les plantes aquatiques absorbent l'azote (sous forme de nitrate et d'ammonium) et le phosphore (sous forme de phosphate) pour la croissance.
  • La nitrification (ammoniaque en nitrate) se produit dans les zones aérobies près des racines des plantes et sur les surfaces du substrat. La dénitrification (nitrate en gaz azoté) se produit dans les zones anaérobies, convertissant le nutriment en azote atmosphérique inoffensif. Le phosphore est éliminé par adsorption aux particules du sol et par précipitation avec du fer, de l'aluminium ou des minéraux calciques.
  • Sédimentation et filtration:[ Le phosphore et l'azote organique liés aux particules se déposent dans l'eau calme de la zone humide, où ils sont enfouis dans les sédiments.

Des études ont montré que les milieux humides bien conçus peuvent éliminer 40 à 60 % de l'azote total et 30 à 50 % du phosphore total dans les eaux entrantes, et que des absorptions plus élevées sont possibles dans les systèmes hybrides.

Contrôle des sédiments et de la turbidité

Les eaux de ruissellement des pelouses, des chantiers de construction et des champs agricoles sont porteuses de sédiments fins qui nuagent les eaux récréatives et étouffent l'habitat aquatique. Les terres humides construites agissent comme pièges à sédiments. La végétation dense ralentit la vitesse de l'eau, ce qui permet aux particules en suspension de s'installer.

Réduction des agents pathogènes

Les agents pathogènes d'origine hydrique tels que E. coli[, Giardia[ et Cryptosporidium[ posent des risques pour la santé dans les eaux récréatives.Les milieux humides construits réduisent les niveaux de pathogènes par plusieurs mécanismes : exposition aux rayons UV dans les zones d'eau libre, prédation par protozoaires et zooplancton, extinction naturelle due à un pH et à une température défavorables, filtration physique par le substrat et les biofilms végétaux.

Déchargement des métaux lourds et des toxines

Dans les zones urbaines et industrielles, les eaux pluviales peuvent transporter des métaux lourds comme le cuivre, le zinc et le plomb. Les plantes humides peuvent absorber et séquestrer les métaux dans leurs tissus, tandis que les sols et la matière organique lient les métaux par adsorption. De plus, certaines plantes (hyperaccumulateurs) prennent activement des métaux, bien que des récoltes régulières soient nécessaires pour empêcher la réémission.

Atténuation de la prolifération des algues

En réduisant la concentration d'azote et de phosphore qui alimentent la croissance des algues, les milieux humides construits réduisent directement la fréquence et la gravité des proliférations d'algues nuisibles (BAH). Certaines plantes des zones humides libèrent également des composés allélopathiques qui inhibent la croissance des cyanobactéries.

Avantages pour les lacs et les étangs récréatifs

Au-delà des améliorations de la qualité de l'eau, les milieux humides construits offrent une gamme d'avantages qui améliorent directement l'expérience récréative et la durabilité à long terme d'un plan d'eau.

Amélioration de l'esthétique et de l'expérience utilisateur

L'eau claire et sans algues est visuellement attrayante et encourage l'utilisation plus fréquente des plages, des zones de baignade et des bateaux. L'odeur réduite des algues en décomposition et la turbidité réduite rendent le lac plus accueillant. Les zones humides elles-mêmes peuvent devenir des caractéristiques attrayantes, avec des promenades sur les planches et des plates-formes de vision qui offrent des possibilités d'observation des oiseaux et d'éducation à la nature.

Santé et sécurité

Les niveaux plus faibles de pathogènes réduisent le risque de maladies gastro-intestinales, d'infections cutanées et d'infections des oreilles chez les nageurs. Moins d'algues fleurissent, moins de risque d'exposition aux cyanotoxines telles que la microcystine, qui peut causer des lésions hépatiques et des effets neurologiques.

Pêches et habitats fauniques

Les lacs récréatifs comptent sur des populations de poissons sains pour la pêche à la ligne. Les milieux humides construits améliorent l'habitat de fraye et de pépinière pour les espèces comme le crapet, le bar et la truite.

Avantages économiques

Une étude de l'Université de Floride a révélé que les maisons près de lacs avec des terres humides construites ont vu les valeurs des propriétés augmenter de 5 à 15 % par rapport à des lacs semblables sans terres humides. De plus, le coût opérationnel à long terme d'une zone humide construite est généralement beaucoup plus faible que les traitements chimiques ou l'aération mécanique. Une fois établie, une zone humide fonctionne en grande partie avec de l'énergie passive provenant de la lumière du soleil et de la gravité, ce qui nécessite seulement un entretien périodique comme l'enlèvement des sédiments et la récolte des plantes.

Résilience climatique

Les milieux humides construits peuvent aider les lacs récréatifs à contrer les impacts des changements climatiques. Pendant les fortes pluies, ils détiennent et traitent les eaux pluviales, ce qui réduit les inondations et l'érosion des rives. Pendant les sécheresses, ils conservent l'humidité et maintiennent le débit de base vers le lac.

Défis et considérations

Bien que les milieux humides construits soient des outils puissants, ils ne sont pas sans limites. La mise en oeuvre réussie exige une évaluation minutieuse du site, une conception et un engagement à long terme.

Exigences en matière de superficie

Dans les zones côtières urbaines densément développées, il se peut que des terres suffisantes ne soient pas disponibles. Des solutions créatives comme l'intégration des terres humides dans l'espace existant du parc, les swings routiers ou les tampons non agricoles peuvent surmonter cette contrainte, mais les concepteurs doivent travailler avec les biens immobiliers disponibles.

Coûts initiaux de construction

L'excavation, le classement, la plantation et l'installation de structures de contrôle peuvent être coûteux, allant souvent de 50 000 $ à 500 000 $ selon la taille et la complexité. Cependant, par rapport au coût du dragage, aux programmes de traitement chimique ou à l'installation de systèmes d'aération sur 20 ans, le coût du cycle de vie d'une zone humide est souvent plus faible.

Performances climatiques et saisonnières

Dans les climats froids, les températures hivernales peuvent ralentir les processus biologiques et la couverture de glace peut empêcher l'écoulement de l'eau. Cependant, les zones humides souterraines avec une isolation appropriée peuvent fonctionner toute l'année. L'enlèvement des sédiments et l'absorption des nutriments sont également réduits pendant la dormance, de sorte que les concepteurs doivent dimensionner la zone humide pour gérer les charges maximales pendant les périodes critiques.

Gestion des moustiques

Les eaux de fond dans les zones humides peuvent créer un habitat de reproduction pour les moustiques, y compris ceux qui transmettent le virus du Nil occidental et d'autres maladies.Cette préoccupation peut être atténuée par la conception : l'incorporation de canaux plus profonds qui soutiennent les poissons des moustiques (Gambusia), le maintien du débit d'eau, l'utilisation du débit souterrain pour le traitement principal et l'encouragement des prédateurs naturels tels que les libellules et les grenouilles.

Entretien et surveillance

Les milieux humides construits nécessitent une inspection régulière pour s'assurer que l'hydrologie est maintenue, que les plantes sont saines et que les sédiments ne s'accumulent pas au point de s'engorger. Il faut contrôler les espèces envahissantes comme les phragmites ou la strie à feuilles pourpres.

Conception et mise en oeuvre des meilleures pratiques

Pour maximiser le potentiel des milieux humides construits pour les lacs et les étangs récréatifs, les praticiens devraient suivre les lignes directrices établies en matière de conception et les adapter aux conditions particulières du site.

Sélection et taille du site

La zone humide devrait être placée pour intercepter les voies de ruissellement primaires – généralement un tuyau d'eau pluviale ou un canal de drainage. Le calibrage recommandé est basé sur la zone du bassin versant, les charges de polluants cibles et l'efficacité d'élimination souhaitée. Pour l'élimination des nutriments, un temps de séjour de 3 à 7 jours est souvent suffisant.

Sélection des plantes

On préfère les plantes indigènes des milieux humides parce qu'elles sont adaptées au climat local, qu'elles fournissent de la nourriture à la faune et qu'elles réduisent le risque d'invasion. Il faut utiliser un mélange diversifié d'espèces émergentes, submergentes et à feuilles flottantes.Pontetereria cordata[), de l'acajou marécageux (Asclepias incarnata) et de la ruée douce ([Juncus effususus[) offrent des systèmes radiculaires profonds et une forte absorption des nutriments.

Conception hydraulique

Les structures d'entrée, telles que les épandeurs de niveau ou les tuyaux perforés, contribuent à un débit uniforme. Les structures d'entrée comprennent généralement un déversoir de hauteur variable ou une vanne de porte pour contrôler la profondeur de l'eau, qui peut être ajustée de façon saisonnière. Pour les milieux humides d'écoulement souterrain, la profondeur du substrat devrait être d'au moins 0,5 mètre et la pente inférieure devrait être plate (0–1%) pour empêcher le conglage.

Intégration avec les loisirs existants

Une zone tampon de hautes herbes ou d'arbustes peut filtrer les zones humides des plages de baignade et des aires de pique-nique. Les sentiers et les panneaux d'interprétation peuvent informer les visiteurs sur la fonction des zones humides. Si la lutte contre les moustiques est une préoccupation, un plan d'écoulement souterrain ou l'ajout d'un petit étang avec des poissons peut résoudre le problème tout en maintenant la fonction écologique.

Études de cas et applications du monde réel

De nombreux lacs et étangs récréatifs du monde entier ont intégré avec succès des milieux humides construits. Par exemple, les milieux humides du lac Érié[ près de Cleveland, en Ohio, traitent les eaux de ruissellement urbaines avant d'atteindre le lac, réduisant ainsi la prolifération des algues. Un projet sur Discovery Park Pond[ à Seattle a utilisé une zone humide hybride pour nettoyer l'eau qui avait été chroniquement verte, ce qui a permis de réduire de cinq fois les niveaux de chlorophylle-a en une seule saison de croissance.

Pour obtenir des conseils techniques plus détaillés, l'Environmental Protection Agency des États-Unis fournit un manuel complet sur les terres humides construites qui couvre la conception, l'exploitation et l'entretien. L'extension de l'IFAS de l'Université de Floride offre une fiche d'information sur l'utilisation des terres humides pour le traitement des eaux pluviales dans les lacs urbains.

Conclusion

En exploitant les processus naturels – absorption végétale, transformation microbienne, sédimentation et filtration – ces systèmes éliminent les polluants, contrôlent les algues et améliorent la santé et la beauté globales des milieux aquatiques. Bien qu'ils nécessitent des investissements initiaux dans la conception et la construction, les avantages à long terme en termes de réduction des apports chimiques, d'amélioration de la valeur récréative et de résilience écologique en font une option très attrayante pour les gestionnaires de lacs.