Devenir des micropolluants issus du trafic routier dans un filtre planté de roseaux dédié à la gestion des eaux de ruissellement - Importance de l'activité microbienne

Fate of micropollutants from road traffic in a stormwater constructed wetland - Importance of microbial activity

• Auteur / Autrice : Julia Roux
• Direction : Noureddine Bousserrhine, Martin Seidl
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences et Techniques de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 06/01/2020
• Etablissement(s) : Paris 12
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LEESU - Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbain

Mots clés

Mots clés libres

Diversité microbienne

Techniques alternatives

Biodégradation

Micropolluants

Biofiltration

Activité microbienne

Constructed wetland

Biodegradation

Micropollutants

Microbial diversity

Biofiltration

Fate

Résumé

Les eaux de ruissellement des voiries urbaines sont connues pour leur contamination en polluants métalliques et organiques, issus principalement du trafic routier. Ces eaux sont ainsi susceptibles de contribuer à la dégradation des milieux aquatiques récepteurs si elles sont déversées sans traitement. Afin de limiter les apports de ces flux de contaminants vers le milieu naturel, tout en contribuant au maintien d'un cycle hydrologique proche de l'état naturel, des techniques alternatives de gestion des eaux pluviales ont vu le jour en France dans les années 1990. Cela passe par la construction d'ouvrages, des structures majoritairement en terre couvertes d'une couche végétalisée. Ces ouvrages permettent le stockage temporaire des eaux de ruissellement diminuant ainsi les volumes d'eau en aval des bassins versants, et l'infiltration dans les sols permet de retenir une partie des polluants contenus dans les eaux. De nombreuses études ont démontré la capacité de ces ouvrages à réduire les flux des éléments-traces métalliques (ETM), hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), nutriments, et matières en suspension essentiellement. Concernant le devenir des polluants dans les ouvrages, moins de recherches s'y sont intéressées, la majorité s'étant focalisée sur le devenir des métaux et des HAP. Pourtant, le devenir des contaminants sur le long terme (accumulation, relargage, dégradation et transformation) et le transfert éventuel de certains composés et sous-produits vers le sous-sol et la chaine trophique présentent un intérêt environnemental et sanitaire. Le rôle de la flore microbienne dans les transformations observées en fait un maillon essentiel à considérer. Tous ces aspects présentent de réels enjeux en raison du risque environnemental et sanitaire associé à l'ouvrage et des coûts d'élimination des substrats et dépôts contaminés. Parmi les dispositifs de plus en plus utilisés pour le traitement de ces eaux, on retrouve les filtres plantés de roseaux, dans lesquels les processus biogéochimiques du système eau / sol / plante contrôlent le volume d'eau et la rétention des polluants. Pour mieux connaître la performance et les enjeux de ces ouvrages, un filtre planté de roseaux a été construit dans le cadre du projet Européen LIFE-ADSORB par la Ville de Paris en 2019. Ce projet, centré sur la mise en œuvre et l'évaluation d'un biofiltre paysager dépolluant dans le bois de Boulogne vise à réduire les charges polluantes d'eaux pluviales issues du boulevard périphérique, rejetées actuellement en Seine sans traitement. L'accent est notamment mis sur l'insertion d'un substrat innovant (®Rainclean) au sein du filtre permettant une réduction significative des micropolluants présents dans les eaux de ruissellement de voirie. Enfin, comprendre le rôle de la communauté microbienne colonisant ce dispositif dans l'abattement des polluants est également un objectif à atteindre. Dans ce contexte, l'objectif principal de la thèse est d'identifier et de caractériser les mécanismes biogéochimiques de séquestration et relargage des principaux micropolluants du filtre planté de roseaux en vue de l'optimisation de la gestion dans le temps de ses composants. Ainsi, les principaux questionnements de recherche liés sont les suivants : (1) Où et comment sont séquestrés les micropolluants véhiculés par les eaux de ruissellement dans le filtre ? (2) Quels sont la stabilité et le risque de relargage de ces micropolluants à moyen et à court terme ? (3) Quel est le rôle des communautés microbiennes autochtones dans la transformation, la séquestration et l'inactivation des micropolluants dans le filtre ? (4) Quelles sont les filières possibles pour la gestion du substrat, des végétaux et des dépôts du filtre en fin de vie ?

Urban surface runoff is known for its contamination with metallic and organic pollutants, mainly from road traffic. These waters are thus likely to contribute to the degradation of the receiving aquatic environments if they are discharged without treatment. In order to limit the contributions of these contaminant flows to the natural environment, while contributing to the maintenance of a hydrological cycle close to the natural state, alternative rainwater management techniques were developed in France in the 1990s This involves the construction of structures, mostly earth structures covered with a vegetated layer. These structures allow the temporary storage of runoff water, thereby reducing the water volumes downstream of the watersheds, and infiltration into the soil makes it possible to retain part of the pollutants contained in the water. Numerous studies have been obtained on the capacity of these structures to reduce the flow of metallic trace elements (ETM), polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), nutrients and mainly suspended matter. Concerning the fate of pollutants in structures, less research if they are concerned, the majority being focused on the fate of metals and PAHs. However, the fate of contaminants over the long term (accumulation, release, degradation and transformation) and the possible transfer of certain compounds and by-products to the subsoil and the food chain are of environmental and health interest. The role of the microbial flora in the observed transformations makes it an essential link to consider. All these aspects present real challenges due to the environmental and health risk associated with the structure and the costs of removing contaminated substrates and deposits. Among the devices increasingly used for the treatment of this water, on the filters planted with reeds, in the biogeochemical processes of the water / soil / plant system controlled the volume of water and the retention of pollutants. To better understand the performance and challenges of these structures, a filter planted with reeds was built as part of the European LIFE-ADSORB project by the City of Paris in 2019. This project, focused on implementation and evaluation a landscape biofilter depolluting in the Bois de Boulogne aims to reduce the polluting loads of rainwater from the ring road, currently discharged in the Seine without treatment. Emphasis is placed in particular on the insertion of an innovative substrate (®Rainclean) within the filter, allowing a significant reduction in the micropollutants present in road runoff. Finally, understanding the role of the microbial community colonizing this system in reducing pollutants is also an objective to be achieved. In this context, the main objective of the thesis is to identify and characterize the biogeochemical mechanisms of sequestration and release of the main micropollutants of the filter planted with reeds with a view to optimizing the management over time of its components. Thus, the main related research questions are as follows: (1) Where and how are the micropollutants carried by the runoff in the filter sequestered? (2) What are the stability and risk of release of these micropollutants in the medium and short term? (3) What is the role of indigenous microbial communities in the transformation, sequestration and activation of micropollutants in the filter? (4) What are the possible channels for managing the substrate, plants and end-of-life filter deposits?