Soutenance mémoire
Le terme « pollution », dans son sens actuel, est récent. En effet, le Petit Larousse de 1958, le définit comme une profanation, une souillure ; ce n’est qu’avec le Robert de 1970 que « pollution » est associée à la notion de rendre malsain, dangereux. De ce fait, lorsqu’il se produit des dommages pour la nature par l’introduction de substances xénobiotiques, on parle de pollution de l’environnement (angl. environnemental pollution). Au niveau mondial, l’intérêt pour la pollution de l’environnement s’est traduit par des « sommets de la Terre » ayant lieu tous les dix ans. Ce sont des rencontres entre dirigeants mondiaux qui constituent une occasion pour se pencher sur l’état de l’environnement de la planète, et pour définir les moyens de stimuler le développement durable au niveau mondial. Trois sommets se sont tenus jusqu’à maintenant, le quatrième aura lieu en 2012 :
– Le premier sommet de la terre a eu lieu à Stockholm en Suède du 5 au 16 juin 1972. Cette « Conférence des Nations Unies sur l’environnement humain » (CNUEH) a placé pour la première fois les questions écologiques au rang de préoccupations internationales. Elle a abouti à la création du programme des Nations Unies pour l’environnement (PNUE) pour améliorer les conditions de vie et chercher à lier le développement et l’environnement ;
– Le deuxième sommet de la terre a eu lieu à Rio de Janeiro du 3 au 14 juin 1992 sous l’égide de l’Organisation des Nations Unies. De cette « Conférence des Nations Unies sur l’environnement et le développement » (CNUED), deux grandes préoccupations sont ressorties : (1) la détérioration de l’environnement et la capacité des écosystèmes à entretenir la vie, et (2) les progrès économiques et la nécessité de protéger l’environnement ;
– Le troisième sommet de la terre a eu lieu à Johannesburg du 26 août au 4 septembre 2002 toujours sous l’égide des Nations Unies « Sommet mondial sur le développement durable » (SMDD). Ce sommet constituait une occasion de faire le bilan et de compléter le programme lancé lors du Sommet de Rio ; il était axé autour du développement durable. L’eau (évolution des ressources en eau, nécessité d’une consommation rationnelle, assainissement de l’eau…) était parmi les thèmes prioritaires traités.
Pollution de l’eau
Substances polluantes pour l’eau
L’Homme est une partie intégrante des écosystèmes terrestres. Pour répondre à ses besoins sans cesse plus importants en termes alimentaire et sanitaire, il a synthétisé volontairement toutes sortes de molécules de plus en plus complexes, comme les médicaments à usage médical ou vétérinaire, les produits phytosanitaires, les plastifiants, etc. Ses activités ont généré ou augmenté la présence naturelle d’autres contaminants, sans réelle maîtrise de leur gestion. In fine, il a modifié les cycles naturels, comme celui de l’eau, en dégradant sa qualité et en cherchant à canaliser son écoulement. On entend par substances polluantes pour l’eau celles qui rendent l’eau impropre à sa consommation ou qui dégradent certaines de ses propriétés (Bliefert and Perraud 2001). Parmi ces composés, outre certains composés biologiquement dégradables comme les substances nutritives, on compte aussi de nombreux polluants difficilement voire pas dégradables, par exemple ceux qui contiennent des huiles minérales, des résidus de pesticides, des métaux ou des hydrocarbures halogénés. Dans le cas idéal, les déchets organiques se décomposent par autoépuration biologique jusqu’à minéralisation complète pour finir sous forme de substances inorganiques. D’autres polluants, introduits dans l’environnement par l’industrie, sont pratiquement réfractaires à toute forme de dégradation par voie biologique (les PCB, les PBDE…). Leur teneur augmente dans les eaux, les sédiments et les organismes aquatiques. Plus récemment la dangerosité de certains nouveaux polluants, dits substances émergentes, a été prise en considération par les toxicologues et les pouvoirs publics. D’après François Ramade (communication personnelle), ce sont généralement des substances nouvellement commercialisées et qui présentent un certain degré de nocivité pour l’environnement ou, au contraire, des substances anciennes dont la dangerosité pour l’environnement aquatique a été sous-estimée. Il existe encore un manque de connaissance sur les niveaux d’exposition et/ou sur leur toxicité pour les eaux (ex. substances pharmaceutiques, nouveaux pesticides et leur produit de dégradation, surfactants, etc.).
Bref historique de l’assainissement dans les villes
Les relations entre l’eau et la ville sont très anciennes et complexes. Au cours des siècles, l’Homme a toujours cherché à construire les villes à proximité d’une rivière ou d’un fleuve afin de pouvoir facilement exploiter et bénéficier de ces ressources. L’aménagement du territoire est ensuite devenu une de ses préoccupations. L’urbanisation et l’industrialisation sont devenues plus prégnantes avec l’augmentation de la population. L’eau a toujours été considérée comme un «élément de (sur)vie ». Pour cette raison, l’Homme a, depuis l’origine de l’habitat, imaginé différentes techniques susceptibles de lui permettre de maîtriser son environnement pour avoir une eau de qualité. L’assainissement urbain, compris au sens large (assainir = rendre sain), constitue l’une de ces techniques qui n’a cessé d’évoluer au cours du temps. L’objectif premier était d’améliorer la salubrité des agglomérations, en évacuant le plus rapidement possible les eaux usées vers le milieu naturel (Chocat and Eurydice92 1997). Au Moyen Age, dans les grandes villes, d’Europe occidentale par exemple Paris, les habitants bénéficiaient de l’eau de rivière et rejetaient les eaux usées dans de petits ruisseaux servant d’égouts à ciel ouvert y compris pour les eaux pluviales, c’était l’époque du « tout à la rue ». Suite à la grande peste de 1348, le premier règlement de police pour l’assainissement de la ville est publié en 1350 (Figure 1). A cette époque, les fleuves, les ruisseaux et les lacs étaient utilisés comme moyens de transport des déchets : des manufactures de laine, des laveries, des tanneries, des forgerons etc. avaient souvent le droit de rejeter leurs déchets dans les fleuves, pendant la nuit (il s’agissait des déchets liquides comprenant par exemple des colorants pour les textiles, des substances servant à la préparation des cuirs ou des acides et des bases pour le traitement des surfaces de métaux) ; des droits similaires étaient octroyés aux teintureries et aux abattoirs. Les problèmes d’environnement ont eu très tôt des conséquences sur la planification au niveau des villes. Ainsi par exemple, les élus de la ville de Paris, en 1366, imposaient aux bouchers et aux tanneurs de s’installer en dehors de l’agglomération, et en aval du fleuve, et d’évacuer les déchets loin de la ville. Leurs rejets ne devaient plus contaminer leur propre ville (Bliefert and Perraud 2001). Des lois identiques n’ont été mises en place à Philadelphie et à New York que 400 ans plus tard.
Réglementation de l’eau à travers le monde
Etats-Unis
Aux Etats-Unis, l’année 1970 a été marquée par la naissance du premier mouvement moderne, symbolisée par la première fête de la journée de la terre « Earth Day » le 22 avril, démontrant un intérêt pour la pollution de l’eau, de l’air et la préservation de la nature (Ausubel et al. 1995). Cette année est aussi marquée par la création de l’Agence de Protection de l’Environnement aux EtatsUnis (US-EPA), porteuse de deux programmes fédéraux sur la santé publique (Health Education and Welfare National Air Pollution Control Administration (NAPCA)) et la qualité des eaux (Federal Water Quality Administration (FWQA)).
Le Clean Water Act (CWA)
La première loi fédérale dite « Clean Water Act » (CWA), adoptée en 1972, établit les bases pour limiter les rejets de polluants dans les eaux. La section 307 de cette loi arrête une liste de polluants prioritaires pour lesquels l’US-EPA définit des critères de qualité pour les eaux et fixe des limites pour les rejets industriels. La liste de polluants prioritaires a été établie et suivi en 1977. Elle regroupe 126 substances chimiques individuelles (113 substances organiques et 13 substances inorganiques) pour lesquelles l’US-EPA a publié également des méthodes d’analyse. Les révisions de cette liste sont restées relativement peu nombreuses depuis sa mise en place. A l’exception de la révision de 1981 pour laquelle deux polluants furent retirés de la liste en raison de leur faible solubilité dans l’eau et leur volatilité très élevée (dichlorodifluorométhane et trichlorofluorométhane) et un autre (bis(chlorométhyl) éther) à cause de sa courte durée de demivie dans l’eau (30 secondes).
Dans le Clean Water Act, une liste des 65 polluants toxiques est référencée au paragraphe 307(a)(1) (« Code of Federal Regulations : 40 CFR 401.15 »). Trois critères différencient la liste des polluants toxiques et la liste des polluants prioritaires de l’US-EPA :
– Un polluant toxique peut désigner un groupe chimique de substances et non pas une substance individuelle ;
– Pour certains polluants toxiques, il n’existe pas de méthode d’analyse normalisée contrairement aux polluants prioritaires ;
– Certains polluants toxiques sont inclus dans la liste des polluants prioritaires lorsqu’ils sont analysables. La loi américaine attribue également des seuils à d’autres paramètres dits « polluants classiques » comme les matières en suspension (MES) et la demande biologique en oxygène (DBO), les coliformes fécaux, les graisses et le pH.
Quid des eaux pluviales aux Etats Unis ?
L’EPA, sous l’égide du CWA, a prohibé la décharge des polluants directement dans les eaux de surface sauf si le NPDES (National Pollutant Discharge Elimination System) accorde une autorisation. C’est un programme mis en œuvre dans le cadre du CWA en 1972. Il vise à règlementer les rejets ponctuels de chaque Etat pour préserver, protéger et restituer la qualité des eaux des rivières, des lacs et des ruisseaux. Il concernait, dans un premier temps, les rejets industriels et les rejets issus des stations d’épuration municipales. Les rejets d’eaux pluviales étaient plutôt limités aux zones industrielles. Il exigeait leur traitement dans les installations produisant des produits chimiques, y compris la fabrication de produits chimiques organiques industriels. Ce traitement devrait supprimer une grande partie des flux de polluants classiques, tels que les MES et la DBO, ainsi que des polluants toxiques, tels que certains métaux et composés organiques.
Mais les EP urbaines peuvent aussi générer des polluants. Elles sont l’une des causes majeures de pollutions des eaux des Etats-Unis (Pitt et al. 1995; Burton and Pitt 2002b). C’est pour cette raison que l’EPA a adopté deux phases de NDPES, en 1990 et 1999. Elle a étendu la règlementation pour exiger une demande d’autorisation de rejets des EP issues : (1) des chantiers de construction ; (2) des zones urbaines supérieures ou égales à 100 000 habitants assainies en réseaux d’EP séparatifs. Elle a mis en œuvre des programmes et des pratiques pour contrôler la pollution liée aux eaux pluviales urbaines.
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Table des matières
Introduction générale
PARTIE I. Synthèse Bibliographique
Chapitre 1 – Repères historiques de la pollution et de la réglementation de la qualité des eaux en milieu urbain
I. Pollution de l’eau
I.1 Substances polluantes pour l’eau
I.2 Bref historique de l’assainissement dans les villes
II. Réglementation de l’eau à travers le monde
II.1 Etats-Unis
II.2 Union Européenne
II.3 France
III. Conclusion
Chapitre 2 – Etat de connaissance des sources, du transport et des concentrations des polluants prioritaires dans les rejets urbains
I. Sources de polluants en milieu urbain en temps de pluie
I.1 Circulation des polluants en milieu urbain en temps de pluie
I.2 Emissions des polluants métalliques et organiques en milieu urbain
II. Les programmes de recherche européens
II.1 DayWater (2002-2005)
II.2 SOCOPSE (2006-2009)
II.3 ScorePP (2006-2009)
III. Programmes Français d’évaluation de la qualité des rejets
III.1 Limiter les sources ponctuelles de pollution
III.2 Evaluer la pollution en milieu urbain : les observatoires en hydrologie urbaine
IV. Occurrence des polluants prioritaires en milieu urbain
IV.1 EUTS et EUTP en réseau unitaire
IV.2 Rejets de STEP urbaines
IV.3 Milieu récepteur
V. Concentrations des polluants prioritaires en milieu urbain
V.1 Suivis simultanés de plusieurs familles de substances chimiques
V.2 Suivis de certaines familles de polluants chimiques
VI. Conclusion
PARTIE II. Screening des polluants urbains
Chapitre 3 – Contexte expérimental
I. Choix des sites expérimentaux
II. Présentation et équipement des sites expérimentaux
II.1 ZAC Paris Rive Gauche
II.2 Noisy-le-Grand
II.3 Sucy-en-Brie
II.4 Clichy
III. Critères d’installations des préleveurs automatiques
Chapitre 4 – Méthodologie du screening
I. Sélection des polluants urbains
II. Intérêt de la séparation de la phase dissoute et particulairee
III. Recherche d’un laboratoire prestataire accrédité
III.1 Elaboration d’un cahier des charges
III.2 Soumission du cahier des charges
III.3 Analyse des appels d’offre
IV. Méthodologie de séparation et d’analyse de la phase dissoute et particulaire
IV.1 Echantillonnage
IV.2 Protocoles analytiques utilisés lors du screening
IV.3 Analyse complémentaires au Leesu
V. Comparaison entre les limites de quantification (LQ) du screening et les normes de qualité environnementale provisoire (NQEp)
V.1 Méthodologie
V.2 Cas des COV
V.3 Cas de la phase dissoute (D)
V.4 Cas de la phase particulaire (P)
V.5 Conclusion
VI. Description des campagnes de mesure
VI.1 Campagnes de temps de pluie
VI.2 Campagnes de temps sec
VII. Conclusion sur la méthodologie du screening
Chapitre 5 – Quelle(s) méthode(s) pour l’analyse des polluants organiques : Totale (T) ou Dissous / Particulaire (D/P) ?
I. Caractéristiques générales
I.1 Quels échantillons ?
I.2 Quelles méthodes ?
I.3 Quels Polluants ?
I.4 Méthode de traitement des données
II. Organoétains
II.1 Eaux pluviales
II.2 Eaux usées
II.3 Conclusion
III. HAP
III.1 Eaux pluviales
III.2 Eaux usées
IV. PCB
V. Alkylphénols
V.1 Eaux pluviales
V.2 Eaux usées
V.3 Conclusion
VI. Chlorophénols
VII. Pesticides
VII.1 1er groupe : simazine, diuron, métaldéhyde, isoproturon & DEA
VII.2 2e groupe : AMPA, glyphosate, aminotriazole, endrine & aldrine
VIII. DEHP
VIII.1 Eaux pluviales
VIII.2 Eaux usées
IX. Conclusion
Conclusion générale
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