Flux et sources des polluants prioritaires dans les eaux urbaines en lien avec l'usage du territoire

To meet the objectives of the Water Framework Directive (WFD 2000/60/EC) set by European legislation, most studies have focused on assessing the quality of industrial and treated wastewater discharges... Limited information is available regarding priority substances in stormwater. Stormwater may be discharged untreated into rivers and thus have an impact on the aquatic ecosystem. So, this work focused on the pollution of stormwater in urbanized watersheds with different gradient of urbanization, from residential to dense urban then a comparison with wastewaters was undertaken. This evaluation resulted in the establishment of a list of 88 urban pollutants to be followed in assessing the quality of urban water. Then, an analysis methodology, called "screening" has been developed. It allows measurement of urban pollutants in the particulate and dissolved forms. A concept often absent in the literature but of great importance for managers of sewerage and sewage treatment plants. This work has enabled: - A detailed urban pollution characterisation (wastewater from separate and combined sewers systems (n = 8), stormwater from separate sewer (n = 20), combined sewers deposits (n = 2) and atmospheric deposition (n = 5)), by studying the occurrence, the distribution between dissolved/ particulate fractions, the pollution loads on particles (mg/kg. dw), the event mean concentrations (Rg/L) and the flow (g/ha active) of the 88 urban pollutants; - A comparison of the stormwater pollution by priority pollutants at the outlet of three watersheds having different land use pattern; - An assessment of the atmospheric deposition contribution to the stormwater pollution on a residential suburb watershed; - The estimate of the dangerousness of stormwater using a simplified approach for assessment of their impact on the receiving environment with or without treatment of the particulate phase; - An innovative analytical comparison, for the 88 pollutants, done on the same sample by a certified COFRAC laboratory, between the classical procedure (carried out on bulk sample analysis) and our screening methodology (carried out on both the dissolved and the particulate fractions). Our results highlight the problem of urban water pollution by 66 chemicals out of 88. Stormwater is contaminated by 12 priority substances and 8 priority hazardous substances of the WFD and 35 other urban pollutants. Pollution is mainly particulate for PAHs, PCBs, organotins and metals, while pollution is distributed between both phases for phthalates, pesticides and alkylphenols. Runoff is the main contributor to pollution at the outlet of storm sewer. The pollutants generated by urban areas are comparable regardless of the land use except for pesticides on the residential site and VOC on the dense urban site, where they are the more abundant. The direct discharge of stormwater requires, for certain substances, a dilution of 10 to 1000 with the receiving waters to meet environmental quality standards. For wastewater, pollutants are in majority, conveyed in both dissolved and particulate forms except for PCBs that are 100% particulate. Finally, analysis of these pollutants on the bulk sample (TSS 71 to 380 mg/L) significantly underestimates the concentrations of these substances in water due to a poor estimation of the particulate fraction.Afin de répondre aux objectifs de la directive cadre sur l'eau (DCE 2000/60/CE) fixés par la réglementation européenne, la majorité des études se sont concentrées sur l'évaluation de la qualité des rejets industriels, des eaux usées traitées...Rares sont les études réalisées sur les eaux pluviales. Ces dernières peuvent être rejetées sans traitement dans les cours d'eau et donc avoir un impact sur l'écosystème aquatique. Ainsi, ce travail s'est intéressé, sur des bassins versant urbanisés ayant un gradient d'urbanisation allant du pavillonnaire à l'urbain dense, à la pollution des eaux pluviales puis une comparaison avec les eaux usées a été entreprise. Cette évaluation s'est traduite par la mise en place d'une liste de 88 polluants urbains à suivre dans le cadre de l'évaluation de la qualité des eaux urbaines. Puis, une méthodologie d'analyse, nommée « screening » a été développée. Elle permet une mesure des polluants urbains sous les formes particulaire et dissoute. Une notion souvent absente dans la littérature mais d'une grande importance pour les gestionnaires des réseaux d'assainissement et des stations d'épuration et de dépollution des eaux pluviales. Ce travail a ainsi permis : - La caractérisation fine de la pollution des différents types de matrices urbaines (eaux usées de temps sec de réseaux unitaire et séparatif (n=8), eaux pluviales du réseau séparatif (n=20), dépôts du réseau unitaire (n=2) et retombées atmosphériques (n=5), en termes d'occurrence, de répartition de la pollution entre les phases dissoute et particulaire, de teneurs (mg/kg.ms), de concentrations totales (Rg/L) et de flux (g/ha actif) des 88 polluants urbains ; - La comparaison de la pollution des eaux pluviales à l'exutoire de bassins versants d'occupation du sol différente ; - L'évaluation à l'échelle d'un bassin versant pavillonnaire de la contribution des retombées atmosphériques à la pollution des eaux pluviales ; - L'estimation de la dangerosité des eaux pluviales à l'aide d'une approche simplifiée d'évaluation de leur impact sur le milieu récepteur avec ou sans traitement de la phase particulaire par les stations de dépollution des eaux pluviales ; - La comparaison novatrice, sur un même échantillon, des méthodes d'analyse « standard » (conduite sur la phase totale, soit l'échantillon brut) avec notre méthode dite « screening », appliquées sur les phases dissoute et particulaire, pour 88 polluants dans un laboratoire accrédité COFRAC. Les résultats mettent en évidence la problématique de la pollution des eaux urbaines par 66 substances chimiques sur les 88 recherchées. Les eaux pluviales strictes sont contaminées par 12 substances prioritaires, 8 substances dangereuses prioritaires de la DCE et 35 polluants urbains plus spécifiques. La pollution est essentiellement particulaire pour les HAP, les PCB, les organoétains, les métaux alors qu'elle est mieux répartie entre les deux phases pour les phtalates, les pesticides et les alkylphénols. Le ruissellement est le principal contributeur de cette pollution à l'exutoire des bassins versants pluviaux. Les polluants générés par le milieu urbain sont comparables indépendamment de l'occupation du sol exceptés pour les pesticides sur le site pavillonnaire et les COV sur le site urbain dense, plus abondants. Le rejet direct des eaux pluviales nécessite, pour certaines substances, une dilution de 10 à 1000 par le milieu récepteur pour respecter les normes de qualité environnementale. Pour les eaux usées, les polluants sont, en majorité, véhiculés sous les deux formes dissoute et particulaire à l'exception des PCB qui sont à 100 % particulaires. Enfin, l'analyse de ces polluants sur l'échantillon brut (MES de 71 à 380 mg/L) sousestime fortement les concentrations des substances dans les eaux avec une prise en compte médiocre de la fraction particulaire de la pollution