Les eaux grises, représentant une grande part des eaux usées domestiques, proviennent des activités ménagères comme les bains, la vaisselle et les lessives. Leurs rejets non traités dans la nature entraînent des impacts sanitaires et environnementaux graves, notamment en Afrique subsaharienne, où les infrastructures de traitement sont limitées. Ces eaux contiennent toutefois des nutriments valorisables en agriculture. Parmi les solutions innovantes, la vermifiltration, technologie écologique et décentralisée, se distingue par son utilisation de vers de terre et de matériaux filtrants pour traiter les eaux grises tout en produisant un vermicompost de haute qualité agronomique. Cependant, son adoption reste marginale, et les études sur l’optimisation de ses paramètres clés – la charge hydraulique (HLR), la densité de vers et charge organique (DCO) – sont encore insuffisantes. Cette étude a pour but d’évaluer et d’optimiser les performances d’un système de vermifiltration gravitaire, tout en étudiant sa durabilité agronomique et économique. Les expériences ont été menées à différentes conditions de HLR (64 à 191 L/m²/jour), de charges organiques (DCO initiale de 1000 à 4000 mg/L) et de densité de vers (0 à 200 vers ou 0 à 10 000 vers/m³). Les résultats ont montré que des charges hydrauliques modérées (64 L/m²/jour) permettaient une élimination optimale de la DCO, même pour des charges organiques élevées (4000 mg/L). À l’inverse, une HLR élevée réduisait l’efficacité du système, surtout avec une DCO initiale importante. La densité de vers a amélioré significativement les performances de traitement, mais leur efficacité dépend de l’optimisation des paramètres hydrauliques et organiques. Les analyses cinétiques ont montré que le modèle de second ordre de Grau décrit le mieux les données expérimentales. Par ailleurs, la méthodologie des surfaces de réponse (MSR) a identifié les conditions optimales pour maximiser l’élimination de la DCO : un HLR de 133 L/m²/jour, une DCO de l’influent de 1087 mg/L et une densité de 178 vers (8900 vers/m³), avec une efficacité prédite de 91,51 % conduisant à une concentration résiduelle de 92,29mg/L respectant les normes de rejet et de réutilisation. En termes de durabilité, le vermicompost produit est de haute qualité agronomique, riche en nutriments, libre de pathogènes, et conforme aux normes internationales. Sur le plan économique l’analyse des coûts du cycle de vie (LCC) a montré que l’échelle communautaire était la plus économiquement viable, avec un coût total minimal de 237,56 XOF/m³, une valeur nette actualisée (NPV) de 71 360 XOF sur 10 ans et un ratio coût-bénéfice de 1,03 pour une communauté de 180 personnes. L’étude a également mis en avant le potentiel de réplication à grande échelle de la vermifiltration pour le traitement des eaux grises. Cette technologie, bien que peu connue, pourrait donc constituer une solution prometteuse pour réduire les impacts environnementaux, améliorer les conditions d’hygiène, valoriser les ressources agricoles et répondre aux besoins des populations locales. 

Abstract : Greywater, representing a significant portion of domestic wastewater, originates from household activities such as bathing, dishwashing, and laundry. When discharged untreated into the environment, it poses serious health and environmental risks, particularly in sub-Saharan Africa, where treatment infrastructure is limited. However, greywater contains nutrients that can be valorized in agriculture. Among innovative solutions, vermifiltration stands out as an ecological and decentralized technology that uses earthworms and filtering materials to treat greywater while producing high-quality agronomic vermicompost. Despite its potential, adoption remains limited, and studies on optimizing its key parameters—Hydraulic loading rate, HLR, earthworm density, and organic load (COD)—are still insufficient. This study aimed to evaluate, predict and optimize the performance of a vertical flow vermifiltration system while assessing its agronomic and economic sustainability. Experiments were conducted under varying conditions of HLR (64 to 191 L/m²/day), organic loads (initial COD of 1000 to 4000 mg/L), and earthworm densities (0 to 200 worms or 0 to 10 000 worms/m³). Results indicated that moderate hydraulic loads (64 L/m²/day) ensure optimal COD removal, even for high organic loads (4000 mg/L). Conversely, high HLR was found to reduce system efficiency, particularly under significant organic loads. Earthworm density significantly improved treatment performance, but its effectiveness depended on the optimization of hydraulic and organic parameters. Kinetic analyses revealed that Grau's second-order model best describes the experimental data. Additionally, response surface methodology (RSM) identified optimal conditions to maximize COD removal: an HLR of 133 L/m²/day, an influent COD of 1087 mg/L, and a density of 178worms (8900 worms/m³), with a predicted efficiency of 91.51% and a residual COD of 92.29 mg/L, that complies with discharge standards. In terms of sustainability, the produced vermicompost was of high agronomic quality, nutrient-rich, pathogen-free, and met international standards. Economically, life cycle cost (LCC) analysis showed that the community-scale system was the most viable, with a minimal total cost of 237.56 XOF/m³, a net present value (NPV) of 71,360 XOF over 10 years, and a cost-benefit ratio of 1.03 for a community of 180 people. The study also highlighted the potential for large-scale replication of vermifiltration for greywater treatment. Although relatively unknown, this technology presented a promising solution to mitigate environmental impacts, improve hygiene, valorize agricultural resources, and address local population needs.

Les eaux grises, représentant une grande part des eaux usées domestiques, proviennent des activités ménagères comme les bains, la vaisselle et les lessives. Leurs rejets non traités dans la nature entraînent des impacts sanitaires et environnementaux graves, notamment en Afrique subsaharienne, où les infrastructures de traitement sont limitées. Ces eaux contiennent toutefois des nutriments valorisables en agriculture. Parmi les solutions innovantes, la vermifiltration, technologie écologique et décentralisée, se distingue par son utilisation de vers de terre et de matériaux filtrants pour traiter les eaux grises tout en produisant un vermicompost de haute qualité agronomique. Cependant, son adoption reste marginale, et les études sur l’optimisation de ses paramètres clés – la charge hydraulique (HLR), la densité de vers et charge organique (DCO) – sont encore insuffisantes. Cette étude a pour but d’évaluer et d’optimiser les performances d’un système de vermifiltration gravitaire, tout en étudiant sa durabilité agronomique et économique. Les expériences ont été menées à différentes conditions de HLR (64 à 191 L/m²/jour), de charges organiques (DCO initiale de 1000 à 4000 mg/L) et de densité de vers (0 à 200 vers ou 0 à 10 000 vers/m³). Les résultats ont montré que des charges hydrauliques modérées (64 L/m²/jour) permettaient une élimination optimale de la DCO, même pour des charges organiques élevées (4000 mg/L). À l’inverse, une HLR élevée réduisait l’efficacité du système, surtout avec une DCO initiale importante. La densité de vers a amélioré significativement les performances de traitement, mais leur efficacité dépend de l’optimisation des paramètres hydrauliques et organiques. Les analyses cinétiques ont montré que le modèle de second ordre de Grau décrit le mieux les données expérimentales. Par ailleurs, la méthodologie des surfaces de réponse (MSR) a identifié les conditions optimales pour maximiser l’élimination de la DCO : un HLR de 133 L/m²/jour, une DCO de l’influent de 1087 mg/L et une densité de 178 vers (8900 vers/m³), avec une efficacité prédite de 91,51 % conduisant à une concentration résiduelle de 92,29mg/L respectant les normes de rejet et de réutilisation. En termes de durabilité, le vermicompost produit est de haute qualité agronomique, riche en nutriments, libre de pathogènes, et conforme aux normes internationales. Sur le plan économique l’analyse des coûts du cycle de vie (LCC) a montré que l’échelle communautaire était la plus économiquement viable, avec un coût total minimal de 237,56 XOF/m³, une valeur nette actualisée (NPV) de 71 360 XOF sur 10 ans et un ratio coût-bénéfice de 1,03 pour une communauté de 180 personnes. L’étude a également mis en avant le potentiel de réplication à grande échelle de la vermifiltration pour le traitement des eaux grises. Cette technologie, bien que peu connue, pourrait donc constituer une solution prometteuse pour réduire les impacts environnementaux, améliorer les conditions d’hygiène, valoriser les ressources agricoles et répondre aux besoins des populations locales. 

Abstract : Greywater, representing a significant portion of domestic wastewater, originates from household activities such as bathing, dishwashing, and laundry. When discharged untreated into the environment, it poses serious health and environmental risks, particularly in sub-Saharan Africa, where treatment infrastructure is limited. However, greywater contains nutrients that can be valorized in agriculture. Among innovative solutions, vermifiltration stands out as an ecological and decentralized technology that uses earthworms and filtering materials to treat greywater while producing high-quality agronomic vermicompost. Despite its potential, adoption remains limited, and studies on optimizing its key parameters—Hydraulic loading rate, HLR, earthworm density, and organic load (COD)—are still insufficient. This study aimed to evaluate, predict and optimize the performance of a vertical flow vermifiltration system while assessing its agronomic and economic sustainability. Experiments were conducted under varying conditions of HLR (64 to 191 L/m²/day), organic loads (initial COD of 1000 to 4000 mg/L), and earthworm densities (0 to 200 worms or 0 to 10 000 worms/m³). Results indicated that moderate hydraulic loads (64 L/m²/day) ensure optimal COD removal, even for high organic loads (4000 mg/L). Conversely, high HLR was found to reduce system efficiency, particularly under significant organic loads. Earthworm density significantly improved treatment performance, but its effectiveness depended on the optimization of hydraulic and organic parameters. Kinetic analyses revealed that Grau's second-order model best describes the experimental data. Additionally, response surface methodology (RSM) identified optimal conditions to maximize COD removal: an HLR of 133 L/m²/day, an influent COD of 1087 mg/L, and a density of 178worms (8900 worms/m³), with a predicted efficiency of 91.51% and a residual COD of 92.29 mg/L, that complies with discharge standards. In terms of sustainability, the produced vermicompost was of high agronomic quality, nutrient-rich, pathogen-free, and met international standards. Economically, life cycle cost (LCC) analysis showed that the community-scale system was the most viable, with a minimal total cost of 237.56 XOF/m³, a net present value (NPV) of 71,360 XOF over 10 years, and a cost-benefit ratio of 1.03 for a community of 180 people. The study also highlighted the potential for large-scale replication of vermifiltration for greywater treatment. Although relatively unknown, this technology presented a promising solution to mitigate environmental impacts, improve hygiene, valorize agricultural resources, and address local population needs.