I.4. Problématique des micropolluants dans les STEU
I.4.1. Origine et familles d’intérêts
Dans les FPR, l’intérêt sur le devenir et l’élimination des polluants métalliques est apparu dès les années 1990. Au contraire, l’intérêt pour les polluants organiques, que ce soit des composés pharmaceutiques, des produits de soins et cosmétiques, ou encore des détergents, est apparu plus tard, dans les années 2000, avec une augmentation des études ces dernières années. Sur la période de 1985 à 2017, sur 210 articles identifiés sur Web of Science avec les termes « metals », « pesticides », « herbicides », « insecticides », «
pharmaceuticals and personal care products », « pharmaceuticals », « xenobiotics », et enfin « surfactants » ou « LAS » (sulfonate d'alkylbenzène, qui est un composé principalement étudié dans la famille des détergents). Pour renforcer cette recherche, les termes plus généraux comme « micropollutants » ou « emerging contaminants » ont été utilisés. Plus de 50% des articles relatifs aux FPR portent sur les polluants métalliques ([Figure I.14). L’étude des composés pharmaceutiques apparait dans environ un quart des articles répertoriés, l’étude des pesticides dans environ 15% des articles. Peu d’articles portent sur les détergents et surtout que ceux-ci s’intéressent à une catégorie restreinte de détergents (principalement les sulfonates d'alkylbenzène, nommés LAS) ([Figure I.14).
[Figure I.14] Contributions relatives des articles publiés concernant les FPR et portant sur l’étude de quatre principaux groupes de composés (métaux, pesticides, composés pharmaceutiques et détergents), recherchés sur une période de 1985 à 2017, avec Web of
Science.
La suite de ce paragraphe donne des généralités sur les polluants métalliques (métaux) et organiques (détergents et composés pharmaceutiques), en lien les études qui ont été réalisées ensuite au cours de la thèse. Les pesticides, qui n’ont pas fait l’objet d’un suivi analytique, ne sont pas évoqués dans les lignes qui suivent.
Les ETM, également appelés « métaux lourds » par abus de langage, en raison de leur forte masse volumique (Sebastian, 2013), sont présents dans la croûte terrestre à des concentrations inférieures à 1000 ppm. C’est pourquoi on parle d’éléments traces. On regroupera également sous le terme « ETM » les métalloïdes comme l’arsenic.
Les ETM regroupent ainsi :
les oligoéléments (métaux ou non) tels que cuivre (Cu), zinc (Zn), bore (B), manganèse (Mn), fer (Fe), nickel (Ni), vanadium (V), molybdène (Mo), chrome (Cr), étain (Sn), arsenic (As), etc.
les métaux dangereux pour les organismes vivants tels que le mercure (Hg), le plomb (Pb) et le cadmium (Cd), etc.
Les oligoéléments sont nécessaires à faibles doses aux organismes vivants et l’absence de certains éléments peut limiter la croissance de certains organismes. En revanche, à des teneurs excessives ou selon leur forme chimique, ces éléments peuvent devenir toxiques pour les organismes. Certains de ces éléments sont soumis à une réglementation, notamment le cadmium, le plomb, le mercure et le nickel qui sont classés comme substances prioritaires dans la directive cadre sur l’eau 2000/60/CE (2000).
Les ETM peuvent provenir à la fois de sources naturelles et anthropiques. Dans les eaux usées, ils proviennent majoritairement de la consommation domestique (produits d’hygiène, détergents, etc.) et du lessivage des surfaces imperméabilisées par les eaux de ruissellement (eaux pluviales, eaux de lavage) (Haeusler & Berthoin, 2015). Outre la contamination des milieux récepteurs par la présence des métaux dans les effluents à la sortie des stations d’épuration. Il faut également surveiller leur teneur dans les boues issues de l’épuration des eaux, qui après épandage peuvent être une source d’ETM pour les sols ou des nappes après migration. C’est pourquoi une réglementation a été mise en place, avec des seuils de concentration présentés dans le Tableau I.7.
Tableau I.7 : Normes relatives aux teneurs en métaux dans les boues d’épuration susceptibles d’être épandues (Arrêté du 8 janvier 1998 « épandage des boues des STEP »,
complété par les circulaires d’application des 14 mars 1999 et 18 avril 2005)
Eléments traces Valeur limite dans les boues
(mg.kgMS-1) Flux maximum cumulé en 10 ans (g.m-2)
Cadmium 10* 0,015** Chrome 1000 1,5 Cuivre 1000 1,5 Mercure 10 0,015 Nickel 200 0,3 Plomb 800 1,5 Zinc 3000 4,5 Cr+Cu+Ni+Zn 4000 -
*Valeur modifiée au 1er janvier 2004 **Valeur modifiée au 1er janvier 2001
I.4.1.2. Micropolluants organiques
I.4.1.2.1. Détergents
Les détergents sont un groupe de composés chimiques utilisés dans les produits d’entretien domestiques et de soins personnels et industriels comme les textiles, les peintures, les polymères, les formulations de pesticides, les produits pharmaceutiques, extraction minière, etc. (Ying, 2006). Ils sont capables d’avoir une action « nettoyante » par leur aptitude à abaisser la tension superficielle du liquide dans lequel ils sont dissous. Ces composés méritent une attention particulière du fait de leur impact sur les écosystèmes et des quantités importantes retrouvées dans les eaux usées (Bergé et al., 2016; Mungray & Kumar, 2009).
D’une manière générale, ils sont constitués d’un tensioactif et d’un ensemble de produits chimiques appelés adjuvants, qui ont un rôle secondaire (adoucissement de l’eau, réduction de la redéposition de la salissure, etc.). La matière active du détergent reste avant tout le tensioactif. Il se définit par la présence à la fois d’une partie hydrophile et d’une partie hydrophobe (caractère amphiphile). Diverses structures de tensioactifs existent, notamment par la nature de la partie hydrophile, qui peut être cationique, anionique, zwitterionique ou non ionique. La partie hydrophobe est souvent composée d’une chaîne aliphatique de longueur variable, ramifiée ou non.
I.4.1.2.2. Résidus médicamenteux
Les composés pharmaceutiques ou résidus de médicaments sont de plus en plus étudiés par la communauté scientifique (Barbosa et al., 2016; Choubert et al., 2011; Luo et al., 2014; Pomiès et al., 2013). L’intérêt scientifique s’est retrouvé augmenté du fait de l’émergence d’outils analytiques permettant de mesurer des concentrations en composés de plus en plus faibles, et de la preuve que ce type de molécules peut avoir un effet biologique même à faible dose (Hirsch et al., 1998). Cependant, ils restent encore non réglementés et il n’existe pas de normes limitant spécifiquement leur concentration en sortie de stations d’épuration ou encore dans les boues. Trois nouvelles substances pharmaceutiques sont cependant incluses dans la première liste de vigilance des polluants émergents qui pourraient être, dans le futur, intégrées à la liste des substances prioritaires. Il s'agit du diclofénac, 17-bêta-estradiol, 17-alphaéthinylestradiol.
Les composés utilisés sont divers selon qu’ils concernent les milieux domestiques ou hospitaliers, et leurs champs d’application sont également nombreux (composés
métabolisés et se retrouvent excrétés dans les urines et les fèces. C’est pourquoi, on les retrouve dans les eaux usées en entrée de stations d’épuration. Les stations d’épuration n’étant pas conçues au départ pour éliminer ce type de molécules, elles en rejettent une grande partie dans l’environnement (Suárez et al., 2008).