DEPOLLUTION PAR LES NOUES? Le rôle du sol et des plantes

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1 GESTION DES EAUX PLUVIALES, BIODIVERSITE EN VILLE : LES NOUES? DEPOLLUTION PAR LES NOUES? Le rôle du sol et des plantes Marie-Charlotte Leroy Doctorante UNIVERSITE DE ROUEN

2 CONTEXTE et OBJECTIFS Problématique Absence de mesures et quantification des polluants dans les EP de voirie Réponse théorique sur la pollution chronique des eaux pluviales ❶ Mieux comprendre les intrants dans les noues Objectifs ❷ Est-il plus intéressant de planter des macrophytes plutôt que du gazon? ❸ Mieux comprendre les processus de dépollution ❹ Améliorer la conception des ouvrages pour augmenter les performances de traitement des EP Moyens et mise en œuvre Projet R&D de 3 ans Partenariat, université, écoles et bureau d étude Expérimentation

3 CONTEXTE et OBJECTIFS Problématique Absence de mesure et quantification des polluants dans les EP de voirie Réponse théorique sur la pollution chronique des eaux pluviales ❶ Mieux comprendre les intrants dans les noues Objectifs ❷ Est-il plus intéressant de planter des macrophytes plutôt que du gazon? ❸ Mieux comprendre les processus de dépollution ❹ Améliorer la conception des ouvrages pour augmenter les performances de traitement des EP Moyens et mise en œuvre Projet R&D de 3 ans Partenariat université, écoles et bureau d étude Expérimentation

4 PARTENARIAT ET CONSEIL EXPERT TECHNIQUE EXPERTS SCIENTIFIQUES SUIVI DE PROJET CONSTRUCTION DES SITES FINANCEMENTS COMITE DE PILOTAGE CONSEIL PARTAGE POLLUTION HAP MICROBIOLOGIE DU SOL POLLUTION METAUX LOURDS POLLUTION METAUX LOURDS QUALITE DE L EAU

5 CONTEXTE et OBJECTIFS Problématique Absence de mesure et quantification des polluants dans les EP de voirie Réponse théorique sur la pollution chronique des eaux pluviales ❶ Mieux comprendre les intrants dans les noues Objectifs ❷ Est-il plus intéressant de planter des macrophytes plutôt que du gazon? ❸ Mieux comprendre les processus de dépollution ❹ Améliorer la conception des ouvrages pour augmenter les performances de traitement des EP Moyens et mise en œuvre Projet R&D de 3 ans Partenariat, université, écoles et bureau d étude Expérimentation

6 NOUE DE VOIRIE EXPERIMENTALE ZAC Barentin Noue en accotement de voirie (aucun prétraitement) 2250 VL/j/sens Noue plantée (macrophytes) Noue enherbée Sol Infiltration Prélèvements d eau : Eau de ruissellement infiltrée dans noue plantée Eau de ruissellement infiltrée dans noue enherbée Eau de ruissellement brute Regard de prélèvement

7 NOUE DE VOIRIE EXPERIMENTALE Indicateurs de qualité Nutriments Polluants MES Matières En Suspension DBO 5 Demande Biologique en Oxygène DCO Demande Chimique en Oxygène N K Azote Kjeldhal P Phosphore total ETM Métaux lourds (Cu, Pb, Zn, Cd, As, Hg) HT Hydrocarbures totaux HAP Hydrocarbures aromatiques polycycliques Plus de 500 analyses Réalisées selon les normes ISO, trois répétitions 12 évènements pluvieux en 3 ans Prélèvements dans les trois biefs

8 QUALITE DES EAUX DE RUISSELLEMENT DE VOIRIE COLLECTEES DANS LA NOUE EXPERIMENTALE GESTION INFILTRER DES LES EAUX PLUVIALES, - LES BIODIVERSITE ENJEUX DES ESSAIS EN VILLE DE PERMEABILITE : LES NOUES?

9 QUALITE DES EAUX DE RUISSELLEMENT? mg/l Programme ECOPLUIES, basé sur 17 études 5 4 Valeurs Min et Max Moyenne Valeurs observées dans la noue expérimentale Gamme de valeurs toujours plus faibles Arsenic et mercure < aux limites de détection MES DBO DCO Nk P HT Cd Cu Pb Zn X 1000 X 100 X 100 X 10 X 10 X 10 / 100 X 1 / 10 X 1

10 QUALITE DES EAUX DE RUISSELLEMENT? mg/l Programme ECOPLUIES, basé sur 17 études 5 Valeurs Min et Max Moyenne Valeurs observées dans la noue expérimentale 4 3 Z O O M MES DBO DCO Nk P HT Cd Cu Pb Zn X 1000 X 100 X 100 X 10 X 10 X 10 / 100 X 1 / 10 X 1

11 QUALITE DES EAUX DE RUISSELLEMENT? mg/l 1 Programme ECOPLUIES, basé sur 17 études Valeurs Min et Max Moyenne Valeurs observées dans la noue expérimentale Moyenne 0,8 Z O O M 0,6 0,4 0,2 0 MES DBO DCO Nk P HT Cd Cu Pb Zn X 1000 X 100 X 100 X 10 X 10 X 10 / 100 X 1 / 10 X 1

12 QUALITE DES EAUX DE RUISSELLEMENT? mg/l 1 Programme ECOPLUIES, basé sur 17 études 0,8 Valeurs Min et Max Moyenne Valeurs observées dans la noue expérimentale Moyenne Moyennes inférieures pour DBO, HT, métaux 0,6 0,4 0,2 0 MES DBO DCO Nk P HT Cd Cu Pb Zn X 1000 X 100 X 100 X 10 X 10 X 10 / 100 X 1 / 10 X 1

13 QUALITE DES EAUX DE RUISSELLEMENT? mg/l 1 Programme ECOPLUIES, basé sur 17 études 0,8 Valeurs Min et Max Moyenne Valeurs observées dans la noue expérimentale Moyenne Moyennes inférieures pour DBO, HT, métaux 0,6 0,4 0,2 0 MES DBO DCO Nk P HT Cd Cu Pb Zn X 1000 X 100 X 100 X 10 X 10 X 10 / 100 X 1 / 10 X 1

14 QUALITE DES EAUX DE RUISSELLEMENT? mg/l Programme ECOPLUIES, basé sur 17 études Valeurs Min et Max Moyenne Valeurs observées dans la noue expérimentale Moyenne Concentration minimum de fonctionnement des séparateurs à hydrocarbures Séparateurs à hydrocarbures inappropriés HT Max = 1,32 mg/l Moy = 0,6 mg/l Min = 0,1 mg/l

15 QUALITE DES EAUX DE RUISSELLEMENT? CONCLUSIONS ❶ Globalement, concentrations faibles : - Concentrations maximales pour ce type de zone jamais atteintes - As et Hg < limites de détection - DBO, hydrocarbures et métaux < moyenne dans ce type de zone ❷ Séparateurs à hydrocarbures inappropriés La zone expérimentale présente un trafic élevé pour le type de zone (2250 VL/j/sens) Illustration de l intérêt de la gestion intégrée à la source : l eau ne se charge pas en polluants car le ruissellement est limité

16 TRAITEMENT DES EAUX DE RUISSELLEMENT PAR INFILTRATION DANS LA NOUE PLANTEE OU ENHERBEE GESTION INFILTRER DES LES EAUX PLUVIALES, - LES BIODIVERSITE ENJEUX DES ESSAIS EN VILLE DE PERMEABILITE : LES NOUES?

17 NOUE DE VOIRIE EXPERIMENTALE ZAC Barentin Noue en accotement de voirie (aucun prétraitement) 2250 VL/j/sens Noue plantée (macrophytes) Noue enherbée Sol Infiltration Prélèvements d eau : Eau de ruissellement infiltrée dans noue plantée Eau de ruissellement infiltrée dans noue enherbée Eau de ruissellement brute Regard de prélèvement

18 TRAITEMENT DES EAUX PAR INFILTRATION? METHODE : Comparaison de la qualité de l eau de ruissellement brute et de la même eau de ruissellement après infiltration dans la noue Fév. 13 Avr. 12 Fév. 12 Noue plantée Noue enherbée 1 C infiltration ruissellement Si <0 Pas d amélioration de la qualité de l eau Si 0< x <1 Amélioration de la qualité de l eau par infiltration

19 TRAITEMENT DES EAUX PAR INFILTRATION? RESULTATS, toutes analyses confondues : Amélioration de la qualité de l eau de ruissellement par infiltration toutes analyses confondues 67% des cas dans la noue plantée contre 52% des cas dans noue enherbée Dans le cas où la noue joue son rôle de filtre, les performances d abattement maximales sont : MES jusqu à 77%, DCO jusqu à 66%, DBO jusqu à 74%, Cu jusqu à 79% Pb jusqu à 55%, Zinc jusqu à 80% CONCLUSION Sans aménagement particulier, la noue, qui reçoit des quantités faibles en contaminants, peut abattre une partie de ces charges polluantes mais ces performances sont variables. Les processus de dépollution doivent donc être mieux compris.

20 POURQUOI UNE 2 ème EXPERIENCE? Quels processus ont permis d améliorer la qualité des eaux? Comment concevoir les noues pour favoriser ces processus et augmenter les performances des noues? Analyses du sol et des plantes dans la noue Faible contamination dans la noue (Certains polluants < aux limites de quantification) Impossible de suivre les contaminants directement dans la noue Mésocosmes contaminés

21 MESOCOSMES CONTAMINES Jonc commun Juncus effusus Baldingère faux-roseau Phalaris arundinacea Iris des marais Iris pseudacorus Herbe Festuca, Lolium CONTAMINE TEMOIN (Non contaminé)

22 MESOCOSMES CONTAMINES Contamination Juin 2012 Métaux lourds (mg/kg sol TFS) Hydrocarbures aromatiques polycycliques (mg/kg sol TFS) Cd Pb Zn Phenanthrene Pyrene Benzo[a]pyrene Prélèvements Sol Tous les 6 mois pendant 2 ans Parties aériennes (tiges, feuilles, fleurs) Rhizosphere (sol sous influence de la racine) Parties souterraines (racines, rhizomes)

23 ROLE DES PLANTES ou PHYTOREMEDIATION GESTION INFILTRER DES LES EAUX PLUVIALES, - LES BIODIVERSITE ENJEUX DES ESSAIS EN VILLE DE PERMEABILITE : LES NOUES?

24 ROLE DES PLANTES ou PHYTOREMEDIATION Polluant Phytodégradation Phytovolatilisation Phytoextraction Utilisation des plantes et des microorganismes du sol pour séquestrer, extraire et/ou dégrader des polluants Un ensemble de processus Rhizodégradation Phytostabilisation

25 ROLE DES PLANTES ou PHYTOREMEDIATION Polluant Parties aériennes Métaux exportables Phytoextraction Parties Accumulation des métaux dans souterraines les parties aériennes des plantes Réversible Phytostabilisation Transfert des métaux du sol vers les parties souterraines des plantes SOL

26 QUELLE PLANTE EXTRAIT LE PLUS DE METAUX? Concentration en métal dans les parties aériennes des plantes mg /kg Jonc Baldingère Iris Graminées contaminé témoins

27 QUELLE PLANTE EXTRAIT LE PLUS DE METAUX? Concentration en métal dans les parties aériennes des plantes mg /kg Accumulation des métaux par les plantes quand elles sont cultivées sur un sol contaminé Jonc Baldingère Iris Graminées contaminé témoins

28 QUELLE PLANTE EXTRAIT LE PLUS DE METAUX? Concentration en métal dans les parties aériennes des plantes mg /kg Le jonc présente les plus fortes concentrations Jonc Baldingère Iris Graminées contaminé témoins

29 QUELLE PLANTE EXTRAIT LE PLUS DE METAUX? Concentration en métal dans les plantes Biomasse végétale Quantité de métal extraite par la plante X =

30 QUELLE PLANTE EXTRAIT LE PLUS DE METAUX? Masses des plantes : g Jonc Baldingère Iris Graminées

31 QUELLE PLANTE EXTRAIT LE PLUS DE METAUX? Quantité de métal extraite : mg 25 Le jonc extrait autant de métal que la baldingère Jonc Baldingère Iris Graminées

32 QUELLE PLANTE EXTRAIT LE PLUS DE METAUX? Avec la même méthode : pour les trois métaux, les parties aériennes et les parties souterraines : X = CONCLUSION Cd Pb Zn Jonc Baldingère Iris Herbe Extraction Stabilisation

33 ROLE DU SOL : DEGRADATION MICROBIENNE GESTION INFILTRER DES LES EAUX PLUVIALES, - LES BIODIVERSITE ENJEUX DES ESSAIS EN VILLE DE PERMEABILITE : LES NOUES?

34 ROLE DU SOL : DEGRADATION MICROBIENNE Polluant Phytodégradation Phytovolatilisation Phytoextraction Rhizodégradation Phytostabilisation Dégradation de polluants organiques par les microorganismes facilité par les plantes

35 ROLE DU SOL : DEGRADATION MICROBIENNE Atlas européen de biodiversité des sols Rhizodégradation Phytostabilisation Dégradation de polluants organiques par les microorganismes facilité par les plantes

36 QUELLE PLANTE FAVORISE LA DEGRADATION DES HAP? Concentration en Benzo a pyrène au bout de 2ans (% de la concentration initiale) Sol Rhizosphere JONC BALDINGERE IRIS L iris qui ne semblait pas intéressant pour les métaux est celui qui a favorisé le plus la dégradation des HAP

37 CONCLUSIONS GESTION INFILTRER DES LES EAUX PLUVIALES, - LES BIODIVERSITE ENJEUX DES ESSAIS EN VILLE DE PERMEABILITE : LES NOUES?

38 CONCLUSIONS Qualité des eaux de ruissellement Pollution collectées par les noues faible Intérêt de la gestion à la source Séparateurs à HC inappropriés Traitement eau par infiltration La qualité de l eau est améliorée par infiltration dans la noue Intérêt des macrophytes Rôle du sol et des plantes Phyto-extraction et -stabilisation des métaux Biodégradation Importance du choix des plantes pour la dépollution

39 CONCLUSIONS Aménagement de noues Augmentation de la biodiversité en ville Amélioration de la qualité de l environnement urbain

40 PERSPECTIVES ❶ Bilan du devenir des polluants dans la noue Réaliser des analyses dans la noue, en améliorant les techniques au laboratoire, pour suivre les contaminants dans les eaux, le sol et les plantes même s ils sont en concentration faible ❷ Fin des travaux de doctorat, début 2015 Conclure sur des éléments de conception des noues de voirie permettant d améliorer la qualité de l eau par infiltration ❸ Poursuivre les travaux de R&D Tester différents sols, s intéresser à d autres ouvrages de la gestion intégrée des eaux pluviales,

41 LES NOUES, ENCORE DU PAIN SUR LA PLANCHE Que deviennent les polluants dans la noue? TRANSFERT Percolation Lixiviation Diffusion Lessivage Sorption Précipitation Polluants inorganiques Polluants organiques RETENTION Filtration mécanique Décantation Rétention biologique L ampleur de chaque processus varie selon le type de sol, les polluants et Aération leur concentration, les plantes Bioremédiation et dans le temps Nitrification Minéralisation Oxydo-réduction Infiltration TRANSFORMATION Volatilisation Photo-, Hydrolyse Cométabolisme Photosynthèse Respiration GESTION INFILTRER DES LES EAUX PLUVIALES, - LES BIODIVERSITE ENJEUX DES ESSAIS EN VILLE DE PERMEABILITE : LES NOUES? 5

42 MERCI DE VOTRE ATTENTION GESTION INFILTRER DES LES EAUX PLUVIALES, - LES BIODIVERSITE ENJEUX DES ESSAIS EN VILLE DE PERMEABILITE : LES NOUES?