Vincent Rocher - CEREVE INTRODUCTION ET STOCKAGE DES HYDROCARBURES ET DES ELEMENTS METALLIQUES DANS LE RESEAU D’ASSAINISSEMENT UNITAIRE PARISIEN Vincent Rocher - CEREVE Sous la direction de Régis Moilleron et Ghassan Chebbo

Contexte environnemental Pourquoi s’intéresser à la pollution stockée dans le réseau ? Gestion des boues d’assainissement - Curage du réseau parisien génère plus de 8000 tonnes/an de sédiment - Devenir du déchet dépend de son degré de contamination

Contexte environnemental Pourquoi s’intéresser à la pollution stockée dans le réseau ? Gestion des boues d’assainissement Lutte contre les Rejets Urbains de Temps de Pluie (RUTP) Zone urbaine Réseau unitaire Eaux usées Station d’épuration Effluent traité Milieu naturel

Desoxygénation du milieu Pollution microbiologique Contexte environnemental Pourquoi s’intéresser à la pollution stockée dans le réseau ? Gestion des boues d’assainissement Lutte contre les Rejets Urbains de Temps de Pluie (RUTP) Eaux pluviales Station d’épuration Eaux usées Eaux usées RUTP Desoxygénation du milieu Pollution microbiologique Pollution chimique Effluent traité Zone urbaine Réseau unitaire Milieu naturel

Forte contribution des dépôts à la pollution des RUTP (30 à 80%) Contexte environnemental Pourquoi s’intéresser à la pollution stockée dans le réseau ? Gestion des boues d’assainissement Lutte contre les Rejets Urbains de Temps de Pluie (RUTP) Eaux pluviales Eaux pluviales Station d’épuration Eaux usées Eaux usées Forte contribution des dépôts à la pollution des RUTP (30 à 80%) RUTP Effluent traité Zone urbaine Réseau unitaire Milieu naturel

Liste des 16 HAP de l ’US-EPA Contexte environnemental Pourquoi s’intéresser à la pollution stockée dans le réseau ? Pourquoi les hydrocarbures et les métaux ?  Impact environnemental  Impact sanitaire - HAP : Mutagène et cancérigène - Métaux : Toxiques à faible dose Persistants Bio-accumulation Formation de films d’hydrocarbures  Impact environnemental  Impact sanitaire Fluo B[k]F B[b]F A Pyr P Acyl N Acen F B[a]A Chry B[a]P D[ah]A BPer IP Liste des 16 HAP de l ’US-EPA

Réseau d’assainissement Réseau d’assainissement Objectifs de ce doctorat 1) Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Réseau d’assainissement 1) Les micropolluants dans le réseau d’assainissement 2) Les voies d’introduction dans le réseau d’assainissement (VIRA) Activités de surface 1 2 3 Activités de surface  Stocks  Distributions  Origines 2) Les voies d’introduction dans le réseau d’assainissement (VIRA)  Ruissellements de toitures  Ruissellements de chaussées  Apports directs Réseau d’assainissement

Etude de la pollution associée aux différents dépôts Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude à des échelles spatiales différentes Bassin versant de petite taille Le Marais (42 ha) Objectif Etude de la pollution associée aux différents dépôts

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude à des échelles spatiales différentes Bassin versant de petite taille Eaux usées 3 types de dépôts dans les collecteurs Le Marais (42 ha) Biofilm : 1-5 mm Couche organique : 2-15 cm Dépôt grossier : 5-40 cm Objectif Etude de la pollution associée aux différents dépôts

40 sites de prélèvements répartis sur l’ensemble du réseau Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude à des échelles spatiales différentes La totalité du réseau parisien 40 sites de prélèvements répartis sur l’ensemble du réseau Objectif Etude de la variabilité spatiale de la pollution associée au dépôt grossier Bassin versant de petite taille Le Marais (42 ha) Objectif Etude de la pollution associée aux différents dépôts

Etude de la pollution associée aux différents dépôts Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution associée aux différents dépôts Description du site Vieille de Temple St Gilles Rivoli  Le bassin versant - Centre de Paris - 295 hab.ha-1 - Imperméabilisé à 90%  Le réseau d’assainissement Le Marais (42 ha) - 3 collecteurs principaux - Tailles moyennes

Etude de la pollution associée aux différents dépôts Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution associée aux différents dépôts Description du site Vieille de Temple St Gilles Rivoli Types d’échantillons  Le dépôt grossier  La couche organique  Le biofilm Le Marais (42 ha)

Structure du biofilm en réseau d’assainissement (MEB) Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Structure du biofilm en réseau d’assainissement (MEB) Paroi Matrice organique Couche cellulaire Matrice organique 200 µm 1 100 µm 2 Film cellulaire 1 100 µm 2 1 : Matrice organique de plusieurs mm d’épaisseur fixée à la paroi 2 : Film cellulaire cohésif et dense couvre cette matrice organique

Dépôts dans les collecteurs Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude quantitative de la pollution  Les teneurs dans les dépôts : les hydrocarbures 10 20 30 HC ali HAP µg.g-1 (/10) Eaux usées Dépôts dans les collecteurs Dépôt grossier (DG) Couche organique (CO) Biofilm (Bio) 2 23 200 30 60 5 Hydrocarbures aliphatiques : Bio >> CO > DG Hydrocarbures aromatiques : DG >> CO  Bio

Dépôts dans les collecteurs Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude quantitative de la pollution  Les teneurs dans les dépôts : les métaux 1 2 Fe /10 Zn Pb Cu Cd x10 mg.g-1 Eaux usées Dépôts dans les collecteurs Dépôt grossier (DG) Couche organique (CO) Biofilm (Bio) Pour l’ensemble des métaux : dépôts de lit > Bio Pour la plupart des métaux : DG > CO

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Stocks sur le Marais (Ahyerre / Oms) Eaux usées 16500 kg 1200 kg 22 kg Etude quantitative de la pollution  Les teneurs dans les dépôts Eaux usées Dépôts dans les collecteurs Dépôt grossier (DG) Couche organique (CO) Biofilm (Bio)  Les stocks dans les dépôts DG : 87 à 98 % de la pollution CO : 2 à 13 % de la pollution Bio : < 1 % de la pollution 50 100 HC ali HAP Fe Zn Pb Cu Cd %

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude quantitative de la pollution  Les teneurs dans les dépôts  Les stocks dans les dépôts 1 :  remise en suspension du DG 2 : CO totalement remise en suspension 3 : Bio totalement érodé  Contribution des stocks à la pollution de temps de pluie - Hypothèses de calcul - Contribution des différents dépôts

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude quantitative de la pollution  Les teneurs dans les dépôts  Les stocks dans les dépôts  Contribution des stocks à la pollution de temps de pluie - Hypothèses de calcul - Contribution des différents dépôts 1 :  remise en suspension du DG 1 :  remise en suspension du DG 2 : CO totalement remise en suspension 3 : Bio totalement érodé 3 : Bio totalement érodé 2 : CO totalement remise en suspension

Contribution négligeable du Bio à la pollution de temps de pluie Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude quantitative de la pollution  Les teneurs dans les dépôts  Les stocks dans les dépôts  Contribution des stocks à la pollution de temps de pluie - Hypothèses de calcul - Contribution des différents dépôts HC ali HAP Métaux Biofilm < 2 % Contribution négligeable du Bio à la pollution de temps de pluie 6 % 1 % 94 % 99 % > 98 % Couche organique

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude qualitative de la pollution en hydrocarbures  Signatures aromatiques - Homogénéité des distributions entre les différents dépôts - Prédominance du P, Fluo et Pyr (89-100 % des HAP)  origine pyrolytique

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude qualitative de la pollution en hydrocarbures  Signatures aliphatiques C17 C27 C29 Origine biologique 5 10 15 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 prist C18 phyt C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32 C33 CO Bio % C17-18 C27 Origine pétrolière DG % Profil CO = profil Bio  témoin d’une contamination biologique Profil DG  témoin d’une contamination pétrolière

Elargissement de l’échelle spatiale Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Elargissement de l’échelle spatiale Bassin versant de petite taille La totalité du réseau parisien Le Marais (42 ha) Objectif Etude de la variabilité spatiale de la pollution associée au dépôt grossier

Etude de la pollution associée aux dépôts sur l’ensemble du réseau Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution associée aux dépôts sur l’ensemble du réseau Description des sites  99 bassins de dessablement (BD)  Rôle : limiter l’accumulation de dépôts au fond des collecteurs  Principe de fonctionnement Eaux usées Eaux usées Tronçon avec section d’écoulement + profonde  piégeage des solides transitant dans le collecteur

Etude de la pollution associée aux dépôts sur l’ensemble du réseau Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution associée aux dépôts sur l’ensemble du réseau Description des sites Procédures d’échantillonnage  40 sites répartis sur le réseau Surface (10-15 cm) Profondeur (1 m)  Prélèvement de 6 échantillons

Caractéristiques des 3 types dépôts du réseau (Ahyerre / Chebbo) Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Caractérisation physico-chimique des sédiments de BD > 0,5 mm  76 % < 0,5 mm  24 %  Distribution granulométrique  Teneur en matière organique (MO) Teneur médiane = 7,2 % 77% 23%  0.4 mm > 0.4 mm - Granulométrie du DG Caractéristiques des 3 types dépôts du réseau (Ahyerre / Chebbo) Biofilm CO DG 58 / 71 68 / 58 9.6 / 4 - MO (%) BD remplis par du DG  résultats obtenus pour les sédiments de BD extrapolables au DG

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution en hydrocarbures : les teneurs  Hydrocarbures totaux (indice CH2 en IR) médiane Valeur adjacente Q75 + 1,5 x EIQ Q75 Q25 Valeur adjacente Q25 - 1,5 x EIQ Max EIQ 1150 120 d50 = 530 d10 = 200 d90 = 980 - fluctuation spatiale importante - fluctuation au sein de chaque bassin de dessablement - fluctuation spatiale importante - fluctuation au sein de chaque bassin de dessablement µg.g-1 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution en hydrocarbures : les teneurs  Hydrocarbures totaux (indice CH2 en IR) médiane Valeur adjacente Q75 + 1,5 x EIQ Q75 Q25 Valeur adjacente Q25 - 1,5 x EIQ Max EIQ - fluctuation spatiale importante - fluctuation au sein de chaque bassin de dessablement - fluctuation spatiale importante - fluctuation au sein de chaque bassin de dessablement µg.g-1 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Max > valeurs adjacentes dans 20 % des BD 30 < EIQ < 1080 µg.g-1 EIQ médian = 240 µg.g-1

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution en hydrocarbures : les teneurs  HAP totaux médiane Valeur adjacente Q75 + 1,5 x EIQ Q75 Q25 Valeur adjacente Q25 - 1,5 x EIQ Max EIQ 79 0,6 d50 = 18 d10 = 3 d90 = 49 - fluctuation spatiale importante - fluctuation au sein de chaque bassin de dessablement - fluctuation spatiale importante - fluctuation au sein de chaque bassin de dessablement µg.g-1 50 100 150 200

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution en hydrocarbures : les teneurs  HAP totaux médiane Valeur adjacente Q75 + 1,5 x EIQ Q75 Q25 Valeur adjacente Q25 - 1,5 x EIQ Max EIQ - fluctuation spatiale importante - fluctuation au sein de chaque bassin de dessablement - fluctuation spatiale importante - fluctuation au sein de chaque bassin de dessablement µg.g-1 50 100 150 200 0,2 < EIQ < 76 µg.g-1 EIQ médian = 13 µg.g-1 Max > valeurs adjacentes dans 35 % des BD

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution en hydrocarbures : la signature HAP Bper DahA IP BaP BbF BkF Chry BaA Pyr Fluo A P F Acen Acyl N Bper DahA IP BaP BbF BkF Chry BaA Pyr Fluo A P F Acen Acyl N Distribution homogène  prédominance P, Fluo, Pyr (37 % HAP totaux)  présence de BaA, BaP, BbF, Chry (25 % HAP totaux) Sites 0-2,5 % 2,5-5 % 5-7,5 % 7,5-10 % 10-12,5 % > 17,5 %

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution en hydrocarbures : la signature HAP 3 1 2 1000 100 10 Majorité des points : Fluo/Pyr > 1 et P/A < 10 Origine pyrolytique Absence de points : Fluo/Pyr < 1 et P/A > 10 Fluo/Pyr Origine pétrolière P/A Impact pyrolytique marqué dans les sédiments de bassins de dessablement

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution métallique : Fe, Ni, Cd, Pb, Zn, Cu, Cr, Hg Eléments contrôlés par les centres de traitement des boues d’assainissement

Teneurs métalliques (µg.g-1) Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution métallique : Fe, Ni, Cd, Pb, Zn, Cu, Cr, Hg  Fluctuation spatiale Teneurs métalliques (µg.g-1) Fe Ni d50 d90/d10 16000 2,2 16 2,4 Faibles variations spatiales des teneurs  2,2 < d90/d10 < 2,4

Teneurs métalliques (µg.g-1) Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution métallique : Fe, Ni, Cd, Pb, Zn, Cu, Cr, Hg  Fluctuation spatiale Teneurs métalliques (µg.g-1) Cd Pb Zn d50 d90/d10 1,6 4,4 370 7,0 880 5,9 Variations spatiales assez prononcées des teneurs  4 < d90/d10 < 7

Teneurs métalliques (µg.g-1) Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution métallique : Fe, Ni, Cd, Pb, Zn, Cu, Cr, Hg  Fluctuation spatiale Teneurs métalliques (µg.g-1) Cu Cr Hg d50 d90/d10 36 16 77 12 1,8 12,5 Fortes variations spatiales des teneurs  12 < d90/d10 < 16

Pourquoi ces différences de comportement ? Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution métallique : Fe, Ni, Cd, Pb, Zn, Cu, Cr, Hg  Fluctuation spatiale Pourquoi ces différences de comportement ? Impact de sources de pollution locales Voies périphériques Cas du Cuivre Teneurs mesurées à proximité des axes routiers 3 à 6 fois supérieures à celles des sites situés plus à l’écart Voies sur berges Emission locale de résidus de plaquettes de frein

Pourquoi ces différences de comportement ? Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution métallique : Fe, Ni, Cd, Pb, Zn, Cu, Cr, Hg  Fluctuation spatiale Pourquoi ces différences de comportement ? Impact de sources de pollution locales Le Marais (42 ha) Cas du Zn Fortes teneurs observées dans les quartiers présentant de nombreuses toitures métalliques Apport important par les eaux de ruissellement de toitures

Pourquoi ces différences de comportement ? Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution métallique : Fe, Ni, Cd, Pb, Zn, Cu, Cr, Hg  Fluctuation spatiale Pourquoi ces différences de comportement ? Impact de sources de pollution locales Le Marais (42 ha) Nécessité de prendre en compte la nature des activités et des structures implantées en surface

Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Etude de la pollution métallique : Fe, Ni, Cd, Pb, Zn, Cu, Cr, Hg µg.g-1 40 50 60 30 20 10 70 Max > valeurs adjacentes dans 40 % des BD  Fluctuation intra-bassin : cas du Hg médiane Valeur adjacente Q75 + 1,5 x EIQ Q75 Q25 Valeur adjacente Q25 - 1,5 x EIQ Max EIQ EIQ important  Fluctuation spatiale

Réseau d’assainissement Objectifs de ce doctorat  Ruissellements de toitures  Ruissellements de chaussées  Apports directs Apport atmosphérique 1) Les micropolluants dans le réseau d’assainissement  Stocks  Distributions  Origines 2 1 2) Les voies d’introduction dans le réseau d’assainissement (VIRA) 3 3  Ruissellements de toitures  Ruissellements de chaussées  Apports directs Réseau d’assainissement

Les VIRA : les ruissellements de toitures Etude des ruissellements de toitures  Collecte des eaux de ruissellements de toitures - Toitures considérés : tuiles en ardoise / tôles en zinc / combinaison ardoise +zinc 77 % de la surface des toitures sur le quartier du Marais Typiques de l’architecture des grandes villes européennes

Les VIRA : les ruissellements de toitures Etude des ruissellements de toitures  Collecte des eaux de ruissellements de toitures - Toitures considérés : tuiles en ardoise / tôles en zinc / combinaison ardoise +zinc - Systèmes de piquage placés au niveau des gouttières Bidon de 30 l Durée de collecte = f(pluviométrie)  5 à 42 jours Prélèvement en continu jusqu’au remplissage total du bidon Estimation des flux journaliers (mg.ha.j-1) pour chaque période Suivi de la pluviométrie  Pluviométrie journalière moyenne pour chaque période

Pluvio journalière (mm.j-1) Les VIRA : les ruissellements de toitures Etude des ruissellements de toitures  Collecte des eaux de ruissellements de toitures HC ali  Flux journaliers mesurés : les hydrocarbures HAP 1500 2000 1000 mg.ha-1.j-1 Pluvio journalière (mm.j-1) R = 0,89 500 1 2 3 R = 0,94 24 16 8 Corrélation positive entre flux et pluviométrie journalière  Processus de lessivage dépend de la hauteur d’eau précipitée  Dépôt de temps sec contribue peu à la pollution des eaux ruisselées  Processus de lessivage ne dépend pas de la nature de la toiture

Les VIRA : les ruissellements de toitures Etude des ruissellements de toitures  Collecte des eaux de ruissellements de toitures Mg  Flux journaliers mesurés : les métaux Pb 2000 3000 mg.ha-1.j-1 Pluvio journalière (mm.j-1) R = 0,94 1000 1 2 3 Pluvio journalière (mm.j-1) mg.ha-1.j-1 R = 0,99 12000 9000 6000 1 2 3 3000 Ardoise avec accessoires Pb Zinc et Zinc + ardoise R = 0,92 Corrélation positive entre flux et pluviométrie journalière  Processus de lessivage dépend de la hauteur d’eau précipitée  Dépôt de temps sec contribue peu à la pollution des eaux ruisselées  Pour métaux constitutifs des toitures : corrélation dépend de la nature de la toiture

Flux obtenus pour l’hiver 2002 Les VIRA : les ruissellements de toitures Comparaison apports atmosphériques / ruissellements toitures RA Flux obtenus pour l’hiver 2002 Comparaison possible Flux calculés en utilisant la pluviométrie moyenne de l’hiver 2002 : 1,7 mm.j-1 Toit. ardoise Toit. métallique RT RT Rôle de la toiture dans le transfert des micropolluants de l’atmosphère au réseau

Les VIRA : les ruissellements de toitures Comparaison apports atmosphériques / ruissellements toitures Cas des hydrocarbures : les HC ali - Pas d’enrichissement en HC ali dans les eaux ruisselées - Signatures aliphatiques voisines Apport exclusivement atmosphérique 1800 mg.ha-1.j-1 Toit. ardoise Toit. métallique 900 mg.ha-1.j-1

Les VIRA : les ruissellements de toitures Comparaison apports atmosphériques / ruissellements toitures Cas des hydrocarbures : les HAP - Pas d’enrichissement en HAP dans les eaux ruisselées - Signatures aromatiques voisines Apport exclusivement atmosphérique 8,6 mg.ha-1.j-1 Toit. ardoise Toit. métallique 5,9 mg.ha-1.j-1

Les VIRA : les ruissellements de toitures Comparaison apports atmosphériques / ruissellements toitures mg.ha-1.j-1 Cas des éléments majeurs 2000 4000 6000 Ca /10 K Mg Na /10 P S /10 - Pas d’enrichissement en éléments majeurs dans les eaux ruisselées Apport exclusivement atmosphérique Ardoise Zinc et ardoise RA

Les VIRA : les ruissellements de toitures Comparaison apports atmosphériques / ruissellements toitures 500 1000 1500 2000 2500 Ba Cd *100 Co *10 Cr *10 Cu Mn Ni Pb /5 Sb Sr Ti V Zn /50 mg.ha-1.j-1 Cas des métaux lourds Groupe 1 Ba, Cd, Co, Cr, Mn, Sb, Sr Apport atmosphérique Groupe 2 Ti, Ni, V Emis par toutes les toitures Groupe 3 Cu, Pb Zn Ardoise Zinc Ardoise Zinc et ardoise RA

Réseau d’assainissement Objectifs de ce doctorat 1) Les micropolluants dans le réseau d’assainissement  Stocks  Distributions  Origines 2 1 2) Les voies d’introduction dans le réseau d’assainissement (VIRA) 3 3  Ruissellements de toitures  Ruissellements de chaussées  Apports directs  Ruissellements de toitures  Ruissellements de chaussées - de temps de pluie - le lavage de la voirie  Apports directs Réseau d’assainissement

Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des sédiments de station de relevage  Description des stations de relevage - Situées sous les tunnels des principaux axes routiers - Récupérer / injecter dans le réseau les eaux ruisselées 1 2 1 2 Piège à sédiment

Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des sédiments de station de relevage  Description des stations de relevage - Collaboration avec la Direction de la Voirie et des Déplacements - Collecte de sédiments dans 16 et 33 sites répartis sur l’agglomération parisienne  Procédures d’échantillonnage 1 2 3 4 5 30 6 31 32 33 7 8 10 9 11 12 13 14 15 17 16 28 18 27 26 24 23 20 19 21 22 25 29 1 km Paris Hydrocarbures Métaux

Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des sédiments de station de relevage : les teneurs HC ali HAP d50 d90/d10 Fe Zn Pb Cu Cd Hydrocarbures (µg.g-1) Métaux (µg.g-1) 79 24 8 3 28000 1600 770 790 1,6  3,5 Variabilité Comparaison des résultats HAP 24 µg.g-1 > 1-5 µg.g-1 (rues Marais, 2000) 24 µg.g-1  17 µg.g-1 (autoroutes 1992/2000) Niveau contamination = f (Densité trafic) Constance

Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des sédiments de station de relevage : les teneurs HC ali HAP d50 d90/d10 Fe Zn Pb Cu Cd Hydrocarbures (µg.g-1) Métaux (µg.g-1) 79 24 8 3 28000 1600 770 790 1,6  3,5 Constance Comparaison des résultats métaux Pb : 770 µg.g-1 < 1000-1200 µg.g-1 (1992-94) Cu : 790 µg.g-1 > 550 µg.g-1 Limitation émission automobile Utilisation système freinage

Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des sédiments de station de relevage : les signatures HC 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Equilibre 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Apport pétrolier prédominant 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Apport biologique prédominant 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0-2 % 2-4 % 4-6 % 6-8 % 8-10 % > 10 % Sites n-alcanes Apport biologique prédominant Combinaison apports pétroliers / biologiques Apport pétrolier prédominant Equilibre

Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des sédiments de station de relevage : les signatures HC 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Homogénéité des distributions HAP - P, Fluo, Pyr (50 % HAP) - Bper, Chry (6 et 9 % HAP) Sites Ratios caractéristiques P/A Fluo/Pyr BaA/Chry 15 0,65 0,62 0,2 0,46 0,46 71 0,89 1,18 d10 d50 d90 Forte contamination pétrolière 0-2 % 4-6 % 8-10 % 2-4 % 6-8 % > 10 %

Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des sédiments de station de relevage : les signatures HC 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Homogénéité des distributions HAP - P, Fluo, Pyr (50 % HAP) - Bper, Chry (6 et 9 % HAP) Sites Ratios caractéristiques P/A Fluo/Pyr BaA/Chry 15 0,65 0,62 0,2 0,46 0,46 71 0,89 1,18 d10 d50 d90 Bper Chry Fluo Pyr P Forte contamination pétrolière 0-2 % 4-6 % 8-10 % 2-4 % 6-8 % > 10 %

Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des sédiments de station de relevage : les signatures HC 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Homogénéité des distributions HAP - P, Fluo, Pyr (50 % HAP) - Bper, Chry (6 et 9 % HAP) Sites Ratios caractéristiques P/A Fluo/Pyr BaA/Chry 15 0,65 0,62 0,2 0,46 0,46 71 0,89 1,18 d10 d50 d90 Forte contamination pétrolière 0-2 % 4-6 % 8-10 % 2-4 % 6-8 % > 10 %

Réseau d’assainissement Objectifs de ce doctorat 1) Les micropolluants dans le réseau d’assainissement  Stocks  Distributions  Origines 2 1 2) Les voies d’introduction dans le réseau d’assainissement (VIRA) 3 3  Ruissellements de toitures  Ruissellements de chaussées  Apports directs  Ruissellements de toitures  Ruissellements de chaussées - de temps de pluie - le lavage de la voirie  Apports directs Réseau d’assainissement

Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des eaux de lavage de la voirie 1  Le lavage en zone urbaine - Lavage quotidien dans les grandes agglomérations - Méthodes de lavage : Balayage manuel Jet sous pression Aspiration mécanique - Introduction de polluants dans le réseau d’assainissement 2 d10 d50 d90 0,8 1,6 3,1 10 14 35 Volume d’eau (l.m-1.j-1) Matières en suspension (g.m-1.j-1) Valeurs obtenues sur le quartier du Marais (Gromaire et al., 2000)

Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des eaux de lavage de la voirie  Le lavage en zone urbaine - Collaboration avec le Service Technique de la Propreté de la ville de Paris - Procédure d’échantillonnage  Echantillonnage des eaux de lavage Chaussée Caniveau Trottoir 5 mètres Avaloir

Récupération d’environ 10 litres Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des eaux de lavage de la voirie  Le lavage en zone urbaine  Echantillonnage des eaux de lavage - Collaboration avec le Service Technique de la Propreté de la ville de Paris - Procédure d’échantillonnage 5 mètres Chaussée Caniveau Avaloir Trottoir Récupération d’environ 10 litres

Quartier du Marais (4ème arr.) 4 rues : asphalte / trafic modéré Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des eaux de lavage de la voirie  Le lavage en zone urbaine  Echantillonnage des eaux de lavage - Sites d’échantillonnage Quartier du Marais (4ème arr.) 4 rues : asphalte / trafic modéré Place d’Italie (13ème arr.) Avenue : asphalte / trafic important Place du marché - Collaboration avec le Service Technique de la Propreté de la ville de Paris - Procédure d’échantillonnage

Proches de sédiments de station de relevage Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des eaux de lavage de la voirie : les hydrocarbures  les signatures hydrocarbures - Aliphatique : apport pétrolier / biologique - Aromatique : apport pyrolytique / pétrolier Proches de sédiments de station de relevage Bosse C27-C31 Biologique 16 12 8 4 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 prist C18 phyt C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32 C33 % Bosse C17-C20 + UCM/R  50 Pétrolier Marais Place d ’Italie

Proches de sédiments de station de relevage Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des eaux de lavage de la voirie : les hydrocarbures  les signatures hydrocarbures - Aliphatique : apport pétrolier / biologique - Aromatique : apport pyrolytique / pétrolier Proches de sédiments de station de relevage N Acyl Acen F P A Fluo Pyr B(a)A Chry B(b)F B(k)F Marais Place d ’Italie Fluo/Pyr < 1 + Sub/Par = 0,25 Pétrolier 50 10 40 30 20 %

Bilan massique à l’échelle du Marais Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des eaux de lavage de la voirie : les hydrocarbures  les flux hydrocarbures µg.m-1.j-1 Flux essentiellement particulaire - Aliphatique : > 80 % - UCM : 100 % - HAP : 100 % 600 200 500 400 300 100 Particulaire Dissous Bilan massique à l’échelle du Marais (g.j-1) Lavage Ruiss. Toit.* 0,40 0,15 5,4 16 HA HAP < > HA totaux UCM /10 HAP tot. x10 * quantités apportées par les toitures en ardoise et zinc (77 % de la surface)

Flux essentiellement particulaire Bilan massique à l’échelle du Marais Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des eaux de lavage de la voirie : les hydrocarbures  les flux hydrocarbures µg.m-1.j-1 Flux essentiellement particulaire - Aliphatique : > 80 % - UCM : 100 % - HAP : 100 % 600 200 500 400 300 100 Particulaire Dissous Bilan massique à l’échelle du Marais (g.j-1) Lavage Ruiss. Toit.* 0,40 0,15 5,4 16 HA HAP < > HA totaux UCM /10 HAP tot. x10 * quantités apportées par les toitures en ardoise et zinc (77 % de la surface)

Flux essentiellement dissous Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des eaux de lavage de la voirie : les métaux lourds  les flux de métaux Flux essentiellement dissous - excepté Cd, Co et Mn - Ba, Pb et Zn : 52 à 63 % - Autres métaux : > 80 % 500 1000 1500 2000 2500 Ba Cd Co Cr Cu Mn Ni Pb Sb Sr Ti V Zn Particulaire Dissous µg.m-1.j-1

Bilan massique à l’échelle du Marais Les VIRA : les ruissellements de chaussées Etude des eaux de lavage de la voirie : les métaux lourds  les flux de métaux Bilan massique à l’échelle du Marais - Apports lavage >> apports toitures Ba, Cr, Mn, Ni, Sb, V : 4 à 26 fois supérieurs - Excepté pour Zn, Pb et Ti largement émis par les toitures 500 1000 1500 2000 2500 Ba Cd Co Cr Cu Mn Ni Pb Sb Sr Ti V Zn Particulaire Dissous µg.m-1.j-1

Réseau d’assainissement Objectifs de ce doctorat 1) Les micropolluants dans le réseau d’assainissement  Stocks  Distributions  Origines 2 1 2) Les voies d’introduction dans le réseau d’assainissement (VIRA) 3 3  Ruissellements de toitures  Ruissellements de chaussées  Apports directs Réseau d’assainissement

Réseau d’assainissement Les VIRA : les apports directs Démarche expérimentale Habitation GARAGE Habitation RESTAURANT Habitation Effluents domestiques et rejets garage Effluents domestiques et de restauration Effluents domestiques Procédures d’échantillonnage - Collaboration avec la Section de l’Assainissement de Paris - Ech. journalier moyen Procédures analytiques - Hydrocarbures aliphatique et aromatiques - Particulaires / dissoutes Réseau d’assainissement

Réseau d’assainissement Les VIRA : les apports directs Démarche expérimentale Habitation GARAGE Habitation RESTAURANT Habitation Effluents domestiques et rejets garage Effluents domestiques et de restauration Effluents domestiques Procédures d’échantillonnage - Collaboration avec la Section de l’Assainissement de Paris - Ech. journalier moyen Procédures analytiques - Hydrocarbures aliphatiques et aromatiques - Particulaires / dissoutes Réseau d’assainissement

Les VIRA : les apports directs Résultats : approche qualitative  les signatures HAP - Grande variabilité des distributions - Pas de signatures caractéristiques

Les VIRA : les apports directs Résultats : approche qualitative  les signatures aliphatiques Domestique C29 Origine biologique Prédominance C27-C31 origine biologique Prédominance C27-C31 origine biologique Domestique et restauration C18 Origine pétrolière Origine biologique C29 Equilibre entre les bosses C17-C19 et C27-C31  présence d’HC d’origine pétrolière UCM/R 3-4 7 Equilibre entre les bosses C17-C19 et C27-C31  présence d’HC d’origine pétrolière Domestique et garage 18 12 6 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 prist C18 phyt C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32 C33 %

Réseau d’assainissement Les VIRA : les apports directs Résultats : approche quantitative  les flux à l’échelle du bassin versant du Marais - HAP : grande variabilité des teneurs (0 à 51 µg.g-1)  Impossible d’évaluer des flux - HC aliphatiques : constance des teneurs  évaluation des flux en s’appuyant sur les résultats obtenus pour les effluents domestiques HC ali : 840 g.j-1 UCM : 1230 g.j-1 380 380 460 Réseau d’assainissement

Réseau d’assainissement Les VIRA : les apports directs Résultats : approche quantitative  les flux à l’échelle du bassin versant du Marais - HAP : grande variabilité des teneurs (0 à 51 µg.g-1)  Impossible d’évaluer des flux - HC aliphatiques : constance des teneurs  évaluation des flux en s’appuyant sur les résultats obtenus pour les effluents domestiques HC ali : 16 g.j-1 Ruiss. toitures HC ali : 5,4 g.j-1 Lavage voirie HC ali : 840 g.j-1 UCM : 1230 g.j-1 380 380 460 Réseau d’assainissement

Réseau d’assainissement Les VIRA : les apports directs Résultats : approche quantitative  les flux à l’échelle du bassin versant du Marais - HAP : grande variabilité des teneurs (0 à 51 µg.g-1)  Impossible d’évaluer des flux - HC aliphatiques : constance des teneurs  évaluation des flux en s’appuyant sur les résultats obtenus pour les effluents domestiques UCM : 50-150 g.j-1 Ruiss. toitures UCM : 120 g.j-1 Lavage voirie HC ali : 840 g.j-1 UCM : 1230 g.j-1 380 380 460 Réseau d’assainissement

Conclusions Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Stock Temps de pluie Signatures HAP Ali Eaux usées Bio < 1 % 1-6 % Pyrolytique Biologique CO 2-13 % 94-99 % Pyrolytique Biologique DG 87-98 % Pyrolytique et pétrolier Pétrolier

Conclusions Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Stock Temps de pluie Signatures HAP Ali Eaux usées Bio < 1 % 1-6 % Pyrolytique Biologique CO 2-13 % 94-99 % Pyrolytique Biologique DG 87-98 % Pyrolytique et pétrolier Pétrolier

 Conclusions Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Stock Temps de pluie Signatures HAP Ali Eaux usées Bio < 1 % 1-6 % Pyrolytique Biologique CO 2-13 % 94-99 % Pyrolytique Biologique  DG 87-98 % Pyrolytique et pétrolier Pétrolier

Conclusions Les micropolluants dans le réseau d’assainissement Stock Temps de pluie Signatures HAP Ali Eaux usées Bio < 1 % 1-6 % Pyrolytique Biologique CO 2-13 % 94-99 % Pyrolytique Biologique Etude à l’échelle du réseau d ’assainissement HC Métaux Teneurs fluctuantes Signature HAP typique (pyrolytique et pétrolier) Fluctuation (impact sources locales) DG 87-98 % Pyrolytique et pétrolier Pétrolier

Ruissellements chaussées Réseau d’assainissement Conclusions Les Voies d’Introduction dans le Réseau d’Assainissement Ruissellements chaussées Ruissellements toitures Apport atmosphérique des HC et des métaux Excepté Cu, Ni, Pb, Ti, V et Zn Signatures SR / lavage Ali : biologique / pétrolier HAP : pyrolytique / pétrolier Métaux :  Pb,  Cu Signatures effluents Apports directs Ali : biologique HAP : fluctuante Apports directs Apports HC ali / UCM très importants Réseau d’assainissement

Ruissellements chaussées Réseau d’assainissement Conclusions Les Voies d’Introduction dans le Réseau d’Assainissement Ruissellements chaussées Ruissellements toitures Apport atmosphérique des HC et des métaux Excepté Cu, Ni, Pb, Ti, V et Zn Signatures SR / lavage Ali : biologique / pétrolier HAP : pyrolytique / pétrolier Métaux :  Pb,  Cu Signatures effluents Apports directs Ali : biologique HAP : fluctuante Apports directs Apports HC ali / UCM très importants Réseau d’assainissement

Ruissellements chaussées Réseau d’assainissement Conclusions Les Voies d’Introduction dans le Réseau d’Assainissement Ruissellements chaussées Ruissellements toitures Apport atmosphérique des HC et des métaux Excepté Cu, Ni, Pb, Ti, V et Zn Signatures SR / lavage Ali : biologique / pétrolier HAP : pyrolytique / pétrolier Métaux :  Pb,  Cu Signatures effluents Apports directs Ali : biologique HAP : fluctuante Apports directs Apports HC ali / UCM très importants Réseau d’assainissement

Ruissellements chaussées Réseau d’assainissement Conclusions Les Voies d’Introduction dans le Réseau d’Assainissement Ruissellements chaussées Ruissellements toitures Apport atmosphérique des HC et des métaux Excepté Cu, Ni, Pb, Ti, V et Zn Signatures SR / lavage Ali : biologique / pétrolier HAP : pyrolytique / pétrolier Métaux :  Pb,  Cu Signatures effluents Apports directs Ali : biologique HAP : fluctuante Apports directs Apports HC ali / UCM très importants Réseau d’assainissement

Perspectives Se placer en amont des VIRA  Echantillonnage des principales sources urbaines - Pyrolytiques : trafic automobile, UIOM, chauffage urbain, etc. - Pétrolières : huiles lubrifiantes, pneumatiques, carburants, etc. - Biologiques : feuilles, matière fécale, etc.  Caractérisation des signatures et des flux Elargir le spectre des molécules analysées  Polymères de l’isoprène (carotène, squalène, etc.)  Benzènes substitués Etude de la pollution de temps de pluie  Observatoire de la Pollution URbaine (OPUR, initié en 2003)  Utilisation de notre connaissance du temps sec

Perspectives Se placer en amont des VIRA  Echantillonnage des principales sources urbaines - Pyrolytiques : trafic automobile, UIOM, chauffage urbain, etc. - Pétrolières : huiles lubrifiantes, pneumatiques, carburants, etc. - Biologiques : feuilles, matière fécale, etc.  Caractérisation des signatures et des flux Elargir le spectre des molécules analysées  Polymères de l’isoprène (carotène, squalène, etc.)  Benzènes substitués Etude de la pollution de temps de pluie  Observatoire de la Pollution URbaine (OPUR, initié en 2003)  Utilisation de notre connaissance du temps sec

Perspectives Se placer en amont des VIRA  Echantillonnage des principales sources urbaines - Pyrolytiques : trafic automobile, UIOM, chauffage urbain, etc. - Pétrolières : huiles lubrifiantes, pneumatiques, carburants, etc. - Biologiques : feuilles, matière fécale, etc.  Caractérisation des signatures et des flux Elargir le spectre des molécules analysées  Polymères de l’isoprène (carotène, squalène, etc.)  Benzènes substitués Etude de la pollution de temps de pluie  Observatoire de la Pollution URbaine (OPUR, initié en 2003)  Utilisation de notre connaissance du temps sec

Merci de votre attention 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Echantillonnage Pelle à sédiment Boîte de prélèvement de la CO

Structure du biofilm 1 2 3 200 µm 5 µm 40 µm Paroi Film cellulaire Matrice organique Couche cellulaire Film cellulaire Matrice organique 100 µm

MES = composants majoritaires de la CO et du Bio Etude de la dynamique Etude qualitative de la pollution en hydrocarbures  Signatures aliphatiques C27 C29 MES = composants majoritaires de la CO et du Bio 5 10 15 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 prist C18 phyt C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32 C33 MES % 5 10 15 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 prist C18 phyt C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32 C33 CO Bio %

Etude de la dynamique Etude qualitative de la pollution en hydrocarbures  Signatures aliphatiques n-C18/Phyt Biofilm MES Dépôt grossier Couche organique 6,8 3,9 3,5 2,2 Eaux usées Degré de dégradation Temps de résidence dans le réseau d’assainissement : DG > CO  Bio > MES

Les retombées atmosphériques Etude des retombées atmosphériques  Réseau de collecte Paris - 2 sites urbains / 1 site semi-urbain - Collecteurs métaux / hydrocarbures Coulommiers Créteil Paris « Ile-de-France » Créteil Coulommiers

Les retombées atmosphériques Etude des retombées atmosphériques  Réseau de collecte - 2 sites urbains / 1 site semi-urbain - Collecteurs métaux / hydrocarbures Collecteur inox (50 x 50 cm)  20 à 30 l Collecteur téflon (  de 12 cm )  1 l

Contribution du chauffage résidentiel estimée à 41 % Les retombées atmosphériques Etude des retombées atmosphériques  Réseau de collecte  Résultats obtenus sur le site parisien : les hydrocarbures mg.ha-1.j-1 Période froide Période chaude (600-1800 mg.ha.j-1) (100-400 mg.ha.j-1) > HC aliphatique 1200 1800 600 hiver printemps été automne HC ali HAP (x10) Période froide Période chaude (5-6 mg.ha.j-1) (2-4 mg.ha.j-1) > HAP Contribution du chauffage résidentiel estimée à 41 %

Les retombées atmosphériques Etude des retombées atmosphériques  Réseau de collecte  Résultats obtenus sur le site parisien : les métaux mg.ha-1.j-1 Métaux lourds 12000 9000 3000 6000 hiver printemps été automne - 13 éléments mesurés : Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Sb, Sr, V, Ti et Zn - Constance des flux au cours de l’année (2300-2800 mg.ha.j-1) Eléments majeurs - 6 éléments mesurés : Ca, K, Mg, Na, P et S - Légère augmentation durant la période froide (21 %) métaux lourds Eléments majeurs (/10)

Les retombées atmosphériques Etude des retombées atmosphériques  Réseau de collecte  Résultats obtenus sur le site parisien : les hydrocarbures C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 C16 C17 prist C18 phyt C19 C20 C21 C22 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32 C33 25 10 20 15 5 % Prédominance bosse C27-C29-C31  témoin d ’une contamination biologique Présence marquée de C18-C20 en hiver  témoin d ’une contamination pétrolière hiver printemps été automne UCM/R 10 2 7 3

Les retombées atmosphériques Etude des retombées atmosphériques  Réseau de collecte  Résultats obtenus sur le site parisien : les hydrocarbures Prédominance P, Fluo, Pyr (76-98 %) > A, B(a)A, Chry  témoin d’une contamination pyrolytique 50 20 40 30 10 % P A Fluo Pyr B(a)A Chry N Acyl Acen F BkbF BaP hiver printemps été automne

Les ruissellements de toitures Etude des ruissellements de toitures HC ali  Flux journaliers mesurés : les hydrocarbures HAP PJ mm.j-1 PJ mm.j-1 mg.ha-1.j-1 mg.ha-1.j-1 2 3 1 1200 1600 800 400 20 25 15 10 5 Flux semblent corrélés à la pluviométrie journalière (PJ) :  PJ   flux journaliers Toit 1 Toit 2 Toit 3 Toit 1 Toit 2 Toit 3

Perspectives : étude des sources de micropolluants Power plant (n=2) Sludge incinerator (n=6) Waste incinerator (n=8) Tunnel aerosol (n=7) Tunnel dust (n=4) Car exhaust (n=2) Tires (n=4) Gasoline (n=3) Unburned and burned oils (n=5) Leave (n=4)

Perspectives : étude des sources de micropolluants Types d’échantillons LMW/HMW UCM/R CPI 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Leave Tire Waste Incinerator Tunnel Aerosol Exhaust 1 Tunnel Dust Power Plant Exhaust 2 Oil Sludge Incinerator Gasoline