RÉDUCTION ET GESTION DES MICROPOLLUANTS SUR LA MÉTROPOLE BORDELAISE
MAPPING DES SUBSTANCES INORGANIQUES,
FLUX ET SOURCE À L’ÉCHELLE DE LA MÉTROPOLE
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Document rédigé par : Alexandra Coynel (UMR EPOC, Université de Bordeaux/CNRS), Antoine Lerat (UMR EPOC, Université de Bordeaux/CNRS), Marion-Justine Capdeville (SUEZ – Le LyRE), Clément Pereto (UMR EPOC, Université de Bordeaux/CNRS), Aude Charrier (UMR EPOC, Université de Bordeaux/CNRS), Damien Granger (SUEZ – Le LyRE), Rémy Pico (SUEZ – Le LyRE) Mars 2018
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SYNTHÈSE OPÉRATIONNELLE
Contexte et objectifs
L’objectif de la première phase du projet REGARD consistait en la réalisation d’un diagnostic intégré des sources et flux de micropolluants (MP) à l’échelle de la métropole bordelaise. Les éléments majeurs (Al, Fe) et éléments traces métalliques (ETM) sont naturellement présents dans l’environnement, avec des abondances différentes selon les éléments, et qui peuvent varier localement ou régionalement du fait du lessivage de différentes natures de sols (sols riches en fer et aluminium, sols carbonatés ou argiles estuariennes). A cela s’ajoutent des apports anthropiques pouvant provenir de différentes sources : lessivage des routes (e.g. usure des plaquettes de frein, débris de pneumatique), des toitures, rejets d’eaux usées qui peuvent rejoindre directement ou indirectement (via les stations de traitement des eaux usées) les milieux aquatiques… Pour étudier ces flux, les sites d’études se sont concentrés sur le milieu naturel (Jalle de Blanquefort), les stations de traitement des eaux usées (STEU) (eaux brutes, traitées et boues d’épuration) et dans 4 sources majeures d’émission, à savoir les eaux pluviales et les eaux usées domestiques, hospitalières et industrielles. Cette synthèse présente les principales conclusions obtenues pour les éléments métalliques (majeurs et ETM).
Principaux résultats
Cette sous-tâche s’intéressant au suivi des éléments majeurs et éléments traces métalliques (ETM) à l’échelle de la métropole a permis de dégager plusieurs conclusions vis-à-vis de la présence de ces éléments, issus de différentes sources (naturelle ou anthropique), mais également de leur comportement dans le milieu.
Les éléments retrouvés en plus grandes concentrations dans la Jalle sont Sr, Fe et Al, dont l’abondance est due à la présence naturelle dans les sols de la région. Un gradient amont-aval des concentrations en majeurs et ETM a été mis en évidence. Ainsi, l’amont du cours d’eau est une source d’éléments via le lessivage naturel des sols contenants du Th, Fe, Sr, Al, Pb et Co, même si des apports anthropiques ne sont pas à écarter. En revanche, les sources anthropiques le long du continuum entraînent un changement de la composition géochimique des eaux, notamment en aval de l’exutoire de la STEU de Cantinolle (concentrations plus fortes en Ag, Sn, Sb, Mo, Cu, Ni) et du Collecteur Rocade Nord (concentrations plus élevées en Zn, Cu et Sb). Toutefois, les concentrations retrouvées dans le milieu sont soumises aux conditions climatiques avec un effet saisonnier marqué (temps sec ≠ temps humide), par effet de dilution pour certains éléments présents dans les nappes (Ni, Sr, Ag, Ba et U), ou par apport via lessivage pour d’autres (Cr, Cu, Zn, Mo, Cd, Sb, Pb et Th).
Les flux de métaux drainés par les exutoires pluviaux sont très variables, à la fois entre les différents exutoires mais également entre 2 évènements pluvieux différents. Ceux-ci semblent être vecteurs d’ETM caractéristiques du lessivage des routes (Cu, Pb, Zn), de la même manière que pour le Collecteur Rocade Nord qui présente notamment des apports importants en Cr, Cu, Zn et Cd vers le cours d’eau (principalement via l’apport de matières en suspension). Les eaux usées peuvent également être des vecteurs d’ETM vers le milieu naturel. Bien que les éléments majoritaires soient identiques aux autres sources et milieu, en lien avec l’abondance naturelle dans les eaux de consommation, ce type de source peut être vecteur d’ETM comme ce peut être le cas avec les eaux usées domestiques (Cr, Ni, Cu, Zn, As, Sr, Ag et Sn sous forme dissoute)
3 ou encore avec le CHU qui joue un rôle important dans le transfert d’éléments émergents comme le Gadolinium.
Les prochains travaux porteront sur les eaux usées domestiques afin de préciser les tendances déjà obtenues, ainsi que sur l’évaluation de l’efficacité du traitement des eaux pluviales.
Méthodologie
Vingt éléments (majeurs et ETM) ont été analysés dans le cadre de cette étude, à la fois dans les phases dissoutes et totales des échantillons : Aluminium (Al), Antimoine (Sb), Argent (Ag), Arsenic1 (As), Baryum (Ba), Cadmium1 (Cd), Chrome1 (Cr), Cobalt (Co), Cuivre1 (Cu), Etain (Sn), Fer (Fe), Mercure1 (Hg), Molybdène (Mo), Nickel1 (Ni), Plomb1 (Pb), Strontium (Sr), Thorium (Th), Uranium (U), Vanadium (V) et Zinc1 (Zn).
Après prélèvement, les échantillons d’eau ont été conservés dans des bouteilles en polypropylène, préalablement décontaminées à l’acide nitrique, jusqu’à leur retour au laboratoire. Dans les 24 à 48h, les échantillons ont été soit filtrés à 0,2µm (étude de la fraction dissoute) puis stabilisés à pH 2 avec de l’acide nitrique HNO3, soit directement stabilisés à pH2 (étude de la fraction totale). Pour la fraction totale, deux types de digestion ont été réalisées : une digestion à HNO3 (fraction TOT) et une digestion à l’acide nitrique HNO3, l’acide chlorhydrique HCl et au peroxyde d’hydrogène H2O2 (appelée TOT+). Cette deuxième extraction plus poussée tente de pallier au manque d’efficacité de la digestion à l’HNO3 pour certains ETM, qui tendrait à sous-estimer la concentration dans la phase totale pour certaines sources. C’est notamment le cas pour Ag et Sr. La fraction particulaire correspond à la différence de concentrations entre fractions totale et dissoute.
De la même manière, les sédiments ou les matières en suspension (MES) de certains échantillons suffisamment turbides ont subi une digestion tri-acide afin de quantifier les majeurs et ETM dans les silicates. Les différents échantillons sont conservés au réfrigérateur avant d’être analysés, soit par un spectromètre de masses à plasma couplé induit (ICP-MS) pour les ETM, soit par un spectromètre optique à plasma induit (ICP-OES) pour les majeurs. Les limites de détection (LD) correspondant à chaque élément sont présentées dans le Tableau 1.
Le contrôle qualité des résultats a été réalisé par mesures de blancs d’analyses et d’échantillons certifiés (eau et sédiments). De plus, des blancs préleveurs, basés sur l’analyse d’échantillons d’eau Milli-Q® après passage dans les préleveurs (19 préleveurs successifs utilisés lors des campagnes) ont été réalisés afin d’identifier une éventuelle contamination due au matériel. Il en résulte un enrichissement nul ou inférieur aux valeurs mesurées pour certains ETM, ce qui ne porte donc pas atteinte à la qualité des résultats obtenus.
Tableau 1. Méthodes analytiques et limites de détection des ETM
ETM Ag As Ba Cd Cr Co Cu Hg Mo Ni Pb Sb Sn Sr Th U V Zn
Technique
analytique ICP-MS
LD (ng/L) 1 10 10 2 50 15 30 - 5 50 20 5 10 10 5 1 30 200
Majeurs Al Fe
Technique
analytique ICP-OES
LD (ng/L) 720 400
1 Métaux considérés comme prioritaires par la Directive Cadre sur l’Eau (DCE)
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Résultats par type de source
Le milieu naturel (MN)
Afin de caractériser les concentrations de 18 ETM dans le milieu naturel (phase dissoute uniquement), 6 points d’échantillonnage ont été suivis à raison de 2 campagnes par an en 2013, 2014 et 2015. Les concentrations moyennes s’échelonnent entre 0,1 et 170 µg/L et les éléments présents en plus grande proportion sont dans l’ordre décroissant Sr, Fe, Al (abondance naturelle dans les eaux pour ces 3 éléments) et Zn, les ETM restant ne représentant que 3% de la composition chimique de la phase dissoute. (Figure 1)
Figure 1 : Composition moyenne en ETM de l’eau du milieu naturel, tous points de prélèvement confondus (phase dissoute) (n=31)
L’étude des concentrations le long de la Jalle de Blanquefort permet de mettre en avant différentes évolutions spatiales pour les ETM. Une analyse statistique des résultats montre une disparité spatiale (amont ≠ aval STEU) et temporelle (temps sec ≠ temps humide) dans la composition géochimique des eaux de la Jalle. Ceux-ci peuvent donc être classés en différentes catégories :
- Influence du bassin versant amont : Majeurs et ETM présentant un gradient de décroissance de l’amont vers l’aval suggérant que la source principale semble venir du bruit de fond géochimique des têtes de bassin (Th, Fe, Al, Pb, Ba, et Co). Des sources ponctuelles en amont ne sont pas exclues.
- Influence STEU : ETM dont les concentrations augmentent significativement après le rejet de la STEU (Ag, Sn, Sb, Mo, Cu, Ni et Hg). La tendance est moins visible par temps humide à cause d’une probable dilution des rejets.
- Influence collecteur rocade : ETM montrant une augmentation des concentrations après l’exutoire du collecteur rocade (Zn, Cu, Sb)
Pour caractériser plus finement la qualité des eaux de la Jalle, 2 campagnes supplémentaires (période pluvieuse et période d’étiage) ont été menées en 2016 sur 20 sites d’échantillonnage. La comparaison des deux campagnes montre : (i) une hausse des concentrations dissoutes en temps humide pour Cr, Cu, Zn, Mo, Cd, Sb, Pb et Th, (ii) des concentrations plus élevées par temps sec pour Ni, Sr, Ag, Ba et U dues probablement une prépondérance des eaux de nappes, (iii) des concentrations identiques pour V, As et Sn.
Les stations de traitements des eaux usées (STEU)
L’étude de la file eau met en avant la présence de Sr, Fe, Al, et Zn comme éléments majoritaires, avec un ordre d’importance identique au milieu naturel. On retrouve ensuite Cu, Ni et As. Il semble y avoir une diminution des concentrations totales entre l’entrée et la sortie
5 des 3 STEU étudiées2, probablement en lien avec la faible diminution des éléments majeurs tel que Fe et Al. En revanche, si l’on s’affranchit de ces majeurs, les concentrations semblent augmenter en sortie de STEU, notamment pour Sb, As et Ni. Ainsi, on passe de flux totaux compris entre 7000 (Cantinolle, Lille-Blanquefort) et 57000 g/j (Louis Fargue) en entrée de filière à des flux compris entre 5000 (Cantinolle, Lille-Blanquefort) et 56000 g/j (Louis Fargue) en sortie, soit des réductions comprises entre 3 et 39% en fonction des STEU (augmentations si l’on omet les majeurs).
L’étude de la file boue permet de mettre en évidence la présence de Fe, Al, Zn et Cu comme éléments majoritaires, (entrée et sortie de traitement). Le fer est retrouvé à des concentrations variables (58,8 mg/g MS en moyenne en entrée, 71,9 mg/g MS en moyenne en sortie), les teneurs les plus élevées étant probablement dû à l’utilisation de chlorure ferrique en tant qu’agent floculant dans les STEU.
D’une manière générale, les taux d'abattement des métaux dissous de la file eau des STEU varient selon les éléments avec les plus forts taux pour Pb, Sn, Ba, U, Cu, Cr et Ag.
Cependant les métaux n’étant pas dégradables, il s'agit d’un changement de spéciation et donc d’un passage vers la file boue. Cette étude a montré que la STEU peut également jouer un rôle de réacteur biogéochimique pour certains ETM (Mo, Co, et plus faiblement Ni, Al, Fe et Sb) avec un comportement inverse et un possible transfert de la phase particulaire vers la phase dissoute et/ou un ajout d’éléments lors du traitement dans la STEU (ex. Fe, Al). Les métaux sous la forme particulaire sont fortement abattus suite à la phase de décantation dans la STEU.
Les eaux pluviales (EP)
Les exutoires pluviaux (Ex. Pluv.)
Les 10 plus gros exutoires pluviaux de la métropole ont été suivis à raison de 2 fois par an de 2013 à 2015. Les ETM majoritairement retrouvés sont les mêmes que dans le milieu naturel (Sr, Fe, Al et Zn), avec cependant une répartition différente puisque le fer représente ici en moyenne plus de 50% de la composition de la phase dissoute (324 µg/L). Viennent ensuite Cu, Ni, Sb et As parmi les éléments majoritaires des 3% de la composition restante.
Figure 2 : Composition moyenne en ETM de l’eau des exutoires pluviaux tous points de prélèvements confondus (phase dissoute) (n=30).
Outre ces valeurs moyennes, il est important de relever la variabilité inter-exutoire des profils de contamination, due au drainage de bassins versants différents, mais également intra- exutoire par rapport à des évènements pluvieux différents. Ces variations peuvent aussi être observées dans les débits, ce qui influence les flux moyens des différents exutoires, avec des
2 Cantinolle, Lille Blanquefort, Louis Fargue
6 valeurs qui s’échelonnent de quelques g/évènement pour les plus faibles débits à plusieurs centaines de g/évènement pour certains points.
Le Collecteur Rocade Nord (EP-ROC)
Le collecteur Rocade Nord a été étudié au niveau du site de Bois Gramond, à la fois par temps sec et par temps de pluie. Par temps sec, les prélèvements sont asservis au temps et durent 24h. Par temps de pluie, ils sont asservis au débit et durent le temps de l’évènement pluvieux afin d’obtenir un échantillon intégré sur la durée de l’évènement.
Les cumuls des concentrations totales ne sont que légèrement supérieurs aux cumuls des concentrations dissoutes, à la fois par temps sec et temps de pluie. Cependant, une différence dans le comportement de certains ETM est observée lors des différentes périodes. En effet, Sr (élément le plus abondant avec Zn) comme Ba voient leurs concentrations diminuer par temps de pluie. Ces éléments étant très présents dans les eaux de nappe drainant des formations carbonatées et beaucoup moins dans les eaux de pluie, il pourrait s’agir ici d’un effet de dilution.
En revanche, les teneurs totales en Cu, Zn et Pb sont plus importantes par temps de pluie probablement en lien avec le lessivage des routes.
Une étude à haute fréquence temporelle a été réalisée lors d’un épisode pluvieux intense afin de voir si les premières arrivées d’eau sont plus concentrées et si des prélèvements intégrés sur la durée de l’évènement peuvent sous-estimer les niveaux en majeurs et ETM. Il en résulte une forte variabilité des concentrations sur un même épisode pluvieux, avec des concentrations plus élevées en début d’évènement, notamment pour la phase particulaire qui suit, pour la plupart des éléments, les variations de concentrations en MES. Les éléments les plus abondants lors de cet épisode sont Cu et Zn, caractéristiques du trafic routier.
Cependant, les concentrations en ETM n’ont pas tous la même évolution temporelle. Pour Sr, Ni et As dissous, une diminution des concentrations dès le début de l’évènement puis une stabilisation suggère un apport précoce et/ou un effet de dilution. De la même manière, les concentrations totales en Cd, Zn, Mo et Ni diminuent en lien avec les teneurs en matières en suspension (MES). A l’inverse, une augmentation des concentrations dissoutes pour Cr, Cu, Zn et Cd et des pics de concentrations totales en Cu, Sb, Co et Ag, observés à différents moments lors de l’évènement, suggèrent des apports anthropiques successifs.
Les apports en ETM particulaires du collecteur lors de l’évènement pluvieux ont modifié la composition chimique des eaux de la Jalle en aval de ce rejet, conséquents aux forts apports en particules provenant du lessivage routier. A l’inverse, des pics observés sur la Jalle en Cd, Ni ou Ag dissous ne peuvent s’expliquer par les apports du collecteur et proviennent de source(s) additionnelle(s).
Les zones urbaines (EP-ZU)
Six exutoires d’eaux pluviales de zones urbaines ont été suivis. Malgré des disparités spatiales fortes observables entre ces différents exutoires, les eaux pluviales en zones urbaines sont marquées par la présence majoritaire de Zn mais également de Cu et Pb qui sont les ETM caractérisant le trafic routier, suggérant probablement un fort lessivage des poussières des routes.
Les eaux usées (EU)
Les eaux usées industrielles (EU-ZI)
Les eaux usées des zones industrielles sont marquées par la présence de Sr, Fe, Al et Zn comme éléments majoritaires, de la même manière que pour le milieu naturel, les eaux pluviales
7 et les eaux usées de STEU. Cependant, la répartition ici est différente, avec Fe et Sr majoritaires à part quasiment égales.
Figure 3 : Composition moyenne en ETM des eaux usées de zones industrielles, tous points de prélèvement confondus, (phase dissoute) (n=26).
Il existe cependant une variabilité entre les points et également entre les différentes campagnes pour un même point, entrainant des flux totaux en ETM compris entre quelques dizaines de g/j à plusieurs kg/j selon l’effluent étudié.
Les eaux usées hospitalières (EU-CHU)
Comme pour les sources précédentes, Fe, Sr, Al et Zn sont les ETM majoritaires.
Cependant, on retrouve ici également Cu dans des teneurs qui sont supérieures à Al et Zn. Les concentrations dissoutes et particulaires en µg/l ou normalisées par les teneurs en MES (mg/kg) sont variables, avec des différences notables en fonction de l’élément et du site. Aucun site ne concentre toutes les anomalies démontrant la diversité des sources. Les flux s’échelonnent entre quelques g/j et plusieurs centaines de g/j suivant le point étudié, qui ne contribuent toutefois que faiblement aux apports à la STEU. L’étude à haute fréquence (horaire) des effluents hospitaliers pendant 24h a mis en évidence l’existence de cycles journaliers, avec des flux plus conséquents en journée en lien avec une hausse de l’activité médicale. Une nouvelle campagne de prélèvements réalisée en mai 2017 a confirmé l’absence d’anomalies concernant la totalité des ETM pour l’ensemble des sites étudiés, et a confirmé la présence majoritaire de Cu et de Zn.
En parallèle, un intérêt a également été porté aux Terres Rares, et plus particulièrement au Gadolinium (Gd) dont la part anthropique exporté par le CHU contribue majoritairement aux flux de la STEU de Louis Fargue.
Les eaux usées domestiques (EU-DOM)
Les ETM dissous et/ou totaux majoritairement retrouvés dans les eaux usées domestiques sont Cr, Ni, Cu, Zn, Sr, Ag et Sn. Les ETM qui s’écartent le plus de la composition moyenne des eaux du robinet sont As, Ag, Cd, Sn, Sb et plus modérément Co et Mo. Cependant, si l’on compare les eaux usées avec le milieu naturel, des concentrations nettement plus élevées sont observées pour Cr, Ni, Cu, Zn, Sr, Ag et Sn, ce qui indiquerait que ces eaux peuvent être une source potentielle de contamination du milieu sous réserve de l’efficacité de traitement des STEU.
Il ne semble pas y avoir de différence majeure dans les concentrations en fonction du type d’habitation (collectif, individuel, pavillonnaire, centre-ville…). De plus, le seul prélèvement réalisé en réseau unitaire ne présente pas de comportement particulier par rapport aux
8 prélèvements réalisés en réseau séparatif, probablement dû à la réalisation des campagnes par temps sec qui limite donc la présence d’eaux pluviales dans ce type de réseau.
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SOMMAIRE
SYNTHÈSE OPÉRATIONNELLE ... 2
1 OBJECTIFS GENERAUX :... 13
2 MATERIEL ET METHODE ... 14
2.1 PRELEVEMENTS ET CONDITIONNEMENTDES ECHANTILLONS D’EAUX ... 14
2.2 PRELEVEMENT ET TRAITEMENT DES ETM PARTICULAIRES DANS LES SEDIMENTS ... 14
2.3 DOSAGE DES ETM ET DES MAJEURS ... 14
2.4 LIMITE DE DETECTION ... 15
2.5 TEST DES BLANCS PRELEVEURS ... 15
2.6 COMPARAISON FRACTION TOT ET TOT+ ... 17
3 PREAMBULE SUR LA CARACTERISATION DES METAUX DANS L’ENVIRONNEMENT .... 19
4 RESULTATS OBTENUS ... 20
4.1 LE MILIEU NATUREL ... 20
4.1.1 Résultats obtenus dans le cadre du Plan MP BM / REGARD ... 20
4.1.2 Campagnes à haute résolution spatiale sur la Jalle de Blanquefort ... 24
4.2 LES STATIONS DE TRAITEMENT DES EAUX USEES (STEU) ... 35
4.2.1 Résultats obtenus dans le cadre du Plan MP BM / REGARD ... 35
4.2.1.1 Etude la file eau ... 35
4.2.1.2 Etude la file boue ... 39
4.2.1.3 Evaluation des rendements d’élimination pour les eaux et boues ... 42
4.2.2 Résultats des campagnes REGARD pour les eaux de STEU ... 46
4.3 EAUX PLUVIALES,EXUTOIRES PLUVIAUX ... 49
4.4 EAUX PLUVIALES COLLECTEUR ROCADE NORD (EPROCADE) ... 53
4.4.1 Caractérisation du site de Bois Gramond ... 53
4.4.2 Action « Continuum collecteur rocade – Jalle » ... 61
4.5 EAUX PLUVIALES ZONES URBAINES (EPZU) ... 63
4.6 EAUX USEES DES ZONES INDUSTRIELLES (EUZI) ... 64
4.7 EAUX USEES DU GROUPE HOSPITALIER PELLEGRIN (EUCHU) ... 67
4.7.1 Résultats obtenus dans le cadre du Plan MP BM / REGARD ... 67
4.7.2 Campagnes CHU dans le cadre du projet REGARD ... 70
4.8 EAUX USEES DOMESTIQUES (EU DOM) ... 76
5 CONCLUSIONS : ... 85
10 Liste des Figures
Figure 1 : Composition moyenne en ETM de l’eau du milieu naturel, tous points de prélèvement confondus (phase
dissoute) (n=31)... 4
Figure 2 : Composition moyenne en ETM de l’eau des exutoires pluviaux tous points de prélèvements confondus (phase dissoute) (n=30). ... 5
Figure 3 : Composition moyenne en ETM des eaux usées de zones industrielles, tous points de prélèvement confondus, (phase dissoute) (n=26). ... 7
Figure 4 : Partition d’ETM sélectionnées (Cu, Zn, Ag, Cd, Sn et Pb) et efficacité d’extraction dans la fraction totale après digestion à HNO3 (TOT) ou HNO3+HCl+H2O2 (TOT+). ... 17
Figure 5 : Composition en ETM dans la croûte continentale, les matières en suspension et les eaux de rivières (Martin et Meybeck, 1979 ; Wedepohl, 1995 ; Gaillardet et al., 2003). ... 19
Figure 6 : Concentrations moyennes et fréquences d’occurrence sur la Jalle de Blanquefort (n= 31). ... 20
Figure 7 : Composition moyenne en ETM de l’eau du milieu naturel, tous points de prélèvement confondus, (phase dissoute) (n=31)... 21
Figure 8 : Concentration en ETM (phase dissoute) (classé par point de prélèvement) du milieu naturel pour l’ensemble des 6 campagnes d’échantillonnage. ... 22
Figure 9 : Carte de localisation des sites pour les campagnes TGM – Milieu naturel. ... 25
Figure 10 : Résultats des teneurs dissoutes en ETM sur le continuum de la Jalle pour la campagne temps humide et la campagne temps sec. ... 26
Figure 11 : Résultats des teneurs totales en ETM sur le continuum de la Jalle pour la campagne temps humide et la campagne temps sec. ... 27
Figure 12 : Distribution statistique des teneurs en ETM dissous pour les campagnes « temps sec » et « temps humides » (le trait rouge correspond au bruit de fond géochimique). ... 28
Figure 13 : Zoom sur le continuum de la Jalle pour les deux campagnes « temps sec » et « temps humides » pour les majeurs et ETM dissous. ... 29
Figure 14 : Zoom sur le continuum de la Jalle pour les deux campagnes « temps sec » et « temps humides » pour les majeurs et ETM totaux. ... 30
Figure 15 : Résultats de l’ACP sur les concentrations dissoutes du milieu naturel. ... 32
Figure 16 : Relation entre les concentrations dissoutes en Sr et les débits à l’exutoire de la Jalle (site Réserve). 33 Figure 17 : Photographie du préleveur sur la Jalle. ... 33
Figure 18 : Suivi géochimique à l’exutoire de la Jalle de Blanquefort entre 2013-2014 et 2016-2017. ... 34
Figure 19 : Composition moyenne en ETM de l’eau en entrée des 3 STEU (phase dissoute) (n=7). ... 35
Figure 20 : Composition moyenne en ETM de l’eau en sortie des 3 STEU (phase dissoute) (n=8). ... 35
Figure 21 : Concentration en ETM (phase dissoute) des entrées (E, 7 échantillons) et sorties (S, 8 échantillons) des 3 STEU. ... 36
Figure 22 : Flux d’ETM en entrée et en sortie des 3 STEU (g/jour). ... 38
Figure 23 : Composition moyenne en ETM des boues liquides des 3 STEU (n=6). ... 39
Figure 24 : Composition moyenne en ETM des boues déshydratées ou séchées des 5 STEU (n=33). ... 39
Figure 25 : Concentrations en ETM des entrées (boues liquides, BL, 6 échantillons) et sorties (boues déshydratées, BD, 33 échantillons) des procédés de traitement des boues des STEU. ... 40
Figure 26 : Concentrations dissoutes en ETM mesurées sur la STEU de Cantinolle pour 2 campagnes – comparaison avec les concentrations moyennes obtenues sur la STEU de Louis Fargue (2013). Seuls les métaux prioritaires ont été définis sur la STEU de Louis Fargue. ... 47
Figure 27 : Concentrations totales en ETM mesurées sur la STEU de Cantinolle pour 2 campagnes. ... 47
Figure 28 : Taux d’abattement en ETM dissous et totale à Cantinolle (Cant - en bleu) et comparaison avec ceux de Louis Fargue (LF- en orange ; Deycard, 2015). ... 48
Figure 29 : Composition moyenne en ETM de l’eau des exutoires pluviaux tous points de prélèvement confondus (phase dissoute) (n=30). ... 49
Figure 30 : Concentrations en ETM (phase dissoute) (classé par point de prélèvement) des exutoires pluviaux pour l’ensemble des 6 campagnes d’échantillonnage. Haut : ensemble des 18 ETM, Bas : ensemble des ETM sans les 4 ETM majoritaires (Sr, Al, Fe, Zn)... 50
11
Figure 31 : Flux d’ETM dans les différents rejets des exutoires pluviaux (g/évènement). ... 51
Figure 32 : Variation des débits sur les 10 exutoires pluviaux au cours des 6 campagnes de mesures. ... 52
Figure 33 : Teneurs en ETM dissous (Dis) et totaux (Tot) au niveau de Bois Gramond par temps sec et temps humide. ... 53
Figure 34 : Teneurs en ETM dissous (Dis) et totaux (Tot) sans Sr et Ba au niveau de Bois Gramond par temps sec et temps humide. ... 54
Figure 35 : Teneurs en ETM dissous et totaux pour le pollutogramme. ... 55
Figure 36 : Distribution statistique des ETM pour le pollutogramme ; en haut pour les teneurs dissoutes et en bas pour les teneurs totales. A droite, zoom sur les ETM en s’affranchissant de Cu et Zn. ... 56
Figure 37 : Schémas d’évolution des concentrations dissoutes et totales en ETM durant le pollutogramme. ... 57
Figure 38 : Evolution temporelle des concentrations en MES, des teneurs dissoutes et totales en Cu et Ni au niveau de Bois Gramond (Collecteur) et de l’exutoire de la Jalle (Réserve). ... 59
Figure 39 : Comparaison des 3 digestions TOT, TOT+ et TOT++ pour le pollutogramme. ... 60
Figure 40 : Zoom sur l’évolution des concentrations dissoutes pour les eaux du collecteur et pour la Jalle à son exutoire. ... 61
Figure 41 : Concentrations en ETM dissous (en bleu) et totaux (en orange) pour le continuum. ... 62
Figure 42 : Concentrations en ETM dissous et totaux dans les EPZU. ... 63
Figure 43 : Composition moyenne en ETM des eaux usées de zones industrielles, tous points de prélèvement confondus, (phase dissoute) (n=26). ... 64
Figure 44 : Concentrations en ETM (phase dissoute) (classé par point de prélèvement) des eaux usées ZI pour l’ensemble des campagnes d’échantillonnage. ... 65
Figure 45 : Flux d’ETM dans les eaux usées des zones industrielles (g/jour)... 66
Figure 46 : Composition moyenne en ETM des eaux usées du CHU Pellegrin, tous points de prélèvement confondus, (phase dissoute) (n=18). ... 67
Figure 47 : Concentrations en ETM (phase dissoute) (classé par point de prélèvement) des eaux usées du CHU Pellegrin pour les 2 campagnes d’échantillonnage. ... 68
Figure 48 : Flux d’ETM dans les eaux usées du CHU Pellegrin (g/jour). ... 69
Figure 49 : Stratégie d’échantillonnage des eaux usées du groupe hospitalier Pellegrin. ... 70
Figure 50 : Concentrations en ETM dissous et totaux pour les différents sites de la campagne de juin 2015 au groupe hospitalier Pellegrin. ... 71
Figure 51 : Concentrations dissoutes et particulaires en Cd et Sr (µg/L), teneurs en MES (g/L) et concentrations particulaires en Cd (mg/kg) pour la campagne de juin 2015 au groupe hospitalier Pellegrin. ... 72
Figure 52 : Représentation des spectres en Terres Rares pour les différents sites de la campagne de juin 2015 au groupe hospitalier Pellegrin. ... 72
Figure 53 : Concentrations en ETM dissous et totaux pour la campagne de septembre 2016 au site Tripode du groupe hospitalier Pellegrin. ... 74
Figure 54 : Flux en ETM dissous et totaux pour la campagne de septembre 2016 au site Tripode du groupe hospitalier Pellegrin. ... 74
Figure 55 : Concentrations en ETM dissous et totaux pour les différents sites de la campagne de mai 2017 au groupe hospitalier Pellegrin. ... 75
Figure 56 : Rapports Dissous/Tot max de chaque élément pour la campagne de mai 2017 au groupe hospitalier Pellegrin. ... 75
Figure 57 : Concentrations en ETM dissous et totaux dans les eaux usées domestiques. ... 76
Figure 58 : Distributions statistiques (min, max, quartiles 25 et 75%) des eaux du robinet (n=18)... 77
Figure 59 : Comparaison des teneurs dissoutes entre eaux du robinet et eaux minérales. ... 78
Figure 60 : Distributions statistiques des concentrations dissoutes en ETM dans les eaux usées domestiques – le trait en pointillés représente la médiane des eaux du robinet. ... 79
Figure 61 : Distributions statistiques des concentrations totales en ETM dans les eaux usées domestiques. ... 80
Figure 62 : Concentrations en métaux (mg/kg) pour différents produits de consommation (Duboureau, 2017). . 83
Figure 63 : Estimation des contributions en ETM pour différents usages domestiques. ... 84
Figure 64 : Bilan des distribution statistiques pour les ETM dissous en fonction des sources. ... 87
Figure 65 : Bilan des distribution statistiques pour les ETM totaux en fonction des sources. ... 88
12 Liste des Tableaux
Tableau 1. Méthodes analytiques et limites de détection des ETM ... 3
Tableau 2 : Limites de détection des ETM (ICP-MS) et Majeurs (ICP-OES). ... 15
Tableau 3 : Résultats des tests des blancs préleveurs. ... 16
Tableau 4 : Evolution des molécules inorganiques dans la Jalle de Blanquefort. ... 23
Tableau 5 : Concentrations minimales, maximales et moyennes (µg/g MS) en métaux retrouvées dans les boues de sortie des différentes STEU (Pico, 2017). ... 41
Tableau 6 : Caractéristiques des STEU étudiées. ... 42
Tableau 7 : Fonctionnement général et pendant les jours d'étude des STEU. ... 44
Tableau 8 : Limites de quantification, concentrations moyennes sur les 2 jours de prélèvement et rendement d’élimination (R) global de la file eau et du traitement biologique pour chacune des 3 STEU étudiées. .... 45
Tableau 9 : Pourcentages de Gd anthropique pour les différents sites de la campagne de juin 2015 au groupe hospitalier Pellegrin. ... 73
Tableau 10 : Synthèse des concentrations en ETM pour les différentes sources étudiées – Echelle relative d’abondance. ... 86
13
1 Objectifs généraux :
L’amélioration de la qualité des écosystèmes récepteurs et la récupération et le recyclage des métaux nécessitent des études préalables de localisation, de qualification et de quantification des sources en secteur urbain densifié. L’objectif de cette sous-tâche est de caractériser la contamination en éléments traces métalliques (ETM) et d’identifier différentes sources sur Bordeaux Métropole. Elle est découpée en plusieurs opérations :
- compléter le suivi mis en place dans le cadre du « Plan Micropolluants Bordeaux Métropole3 (Plan MP BM) » (suivi de 3 ans de 2013 à 2015 qui concernait le milieu naturel, les stations de traitement des eaux usées, les eaux usées industrielles et hospitalière et les eaux pluviales des 10 plus gros exutoires pluviaux de la métropole) ; - quantifier les flux métalliques sur des sites stratégiques à partir de suivis à haute
résolution temporelle et identifier les facteurs de contrôle.
Parmi les éléments traces métalliques dissous et particulaires qui ont été analysés, 8 font partie des métaux considérés comme prioritaires par la Directive Cadre sur l’EAU (DCE) : le zinc (Zn), le cadmium (Cd), le cuivre (Cu), le plomb (Pb), l’arsenic (As), le chrome (Cr) et le nickel (Ni). Cette liste a été élargie à l’argent (Ag) et aux Terres Rares (e.g Gadolinium (Gd) , Cérium (Ce) en raison de leur forte utilisation dans les milieux urbains (ex. dans les domaines de la santé, de la cosmétologie, des nouvelles technologies, dans les pièces automobiles…), ainsi qu’à d’autres métaux (aluminium (Al), fer (Fe), vanadium (V), cobalt (Co), strontium (Sr), molybdène (Mo), étain (Sn), antimoine (Sb), baryum (Ba), thorium (Th) et uranium (U)) qui peuvent aider à la compréhension du cycle des ETM.
Les résultats obtenus sur les teneurs en ETM, couplés à ceux acquis dans le Plan Micropolluants, ont permis l’identification de sites stratégiques sur lesquels des suivis à hautes fréquences temporelles (prélèvements horaires pendant 1 journée ; prélèvements journaliers sur 2 semaines) ont été (CHU, collecteur rocade nord, Milieu Naturel) ou vont être (sources industrielles et domestiques avec famille Eau-défi) prochainement mis en place pour évaluer la variabilité temporelle des concentrations et identifier les forçages et/ou usages. Une station hydrogéochimique a également été mise en place sur l’exutoire de la Jalle (site Réserve, au niveau de la réserve naturelle de Bruges), pour une durée d’une année, pour quantifier précisément les flux annuels d’ETM exportés vers la Garonne et évaluer sa contribution au transfert d’ETM dans l’estuaire de la Gironde.
3 Les résultats obtenus dans le cadre du Plan Micropolluants BM sont intégrés au projet REGARD et sont donc présentés dans ce livrable. Ils sont le fruit d’une collaboration avec un autre laboratoire (UT2A).
14
2 Matériel et méthode
2.1 Prélèvements et conditionnement des échantillons d’eaux
Après prélèvement dans la bombonne unique en verre et commune aux micropolluants organiques et inorganiques (cf livrable 1.1), les échantillons d’eaux ont été transférés et transportés jusqu’au laboratoire dans des bouteilles en polypropylène, préalablement décontaminées à l’acide nitrique (HNO3).
Deux types d’échantillon ont été étudiés pour chacune des sources et milieu naturel : un échantillon d’eau filtrée à 0.2 µm (dénommé fraction « dissoute ») et un échantillon d’eau brute non filtrée (dénommé fraction « totale »). Les échantillons (eau brute et 0.2 µm) ont été acidifiés à l’acide nitrique HNO3 ultra pur (J.T. Baker®, 14M) pour atteindre un pH<2 et permettre de désorber les métaux particulaires « réactifs » des échantillons non filtrés et stabiliser les métaux dissous afin d’éviter qu’ils ne s’adsorbent sur les parois des tubes préalablement décontaminés. De plus, pour la fraction totale, deux digestions ont été réalisées : une digestion/attaque à l’acide nitrique HNO3 (appelée TOT) et une digestion/attaque à l’acide nitrique HNO3, l’acide chlorhydrique HCl et au peroxyde d’hydrogène H2O2 (appelée TOT+).
La différence entre fraction totale et fraction dissoute est assimilée à la fraction particulaire.
Ces échantillons ont été conservés au réfrigérateur. Ces opérations ont été effectuées, au maximum, dans les 24h après le prélèvement afin d’éviter des changements de phases et/ou de l’adsorption des ETM dissous sur les parois des bouteilles de prélèvement.
2.2 Prélèvement et traitement des ETM particulaires dans les sédiments
Les sédiments de surface (~2 cm), cumuls de prélèvements effectués sur une dizaine de mètres linéaires, sur les 2 côté de rives, à l’aide de spatules en polypropylène, ont été séchés à l’étuve et conservés dans des piluliers à sédiments à l’abri de la lumière.
Les sédiments de rivières ou les MES lorsque les eaux étaient très turbides ont été broyés dans un mortier en agate, avant digestion totale dans des tubes en polypropylène (DigiTUBEs®, SCP SCIENCE) par une attaque tri-acide (1.5 mL de HCl (Supra pur, Merck®, 10M), 0.5 mL de HNO3 (Supra pur, Merck®, 14M) et 2 mL de HF (acide fluorhydrique, Supra pur, Fisher®, 29M)) permettant une mise en solution des ETM. Ces solutions ont été conservées, au frais, dans des tubes décontaminés jusqu’à leur dosage.
2.3 Dosage des ETM et des Majeurs
Les échantillons (eaux, sédiments, MES) ont été analysés à l’aide d’un spectromètre de masses à plasma couplé induit (ICP-MS de type Thermo® SCIENTIFIC X-SERIES 2). Pour chaque ETM, une droite de calibration est obtenue à l’aide de solutions standards connues. Pour éviter une dérive de sensibilité de l’appareil, un étalon de la gamme des solutions standards a été dosé tous les cinq échantillons. Les concentrations en Al et Fe, ces derniers étant considérés comme des éléments majeurs, ont été déterminées à l’aide d’un spectromètre optique à plasma induit (ICP-OES de type 700 series Agilent® Technologies). Le contrôle qualité de nos mesures a été réalisé par l’ajout de blancs d’analyses mais également des échantillons d’eaux (TMRAIN- 04 et SRLS-5) et de sédiments (SRM 1646a ; RM 8704) certifiés pour lesquels les concentrations en métaux sont connues.
15 2.4 Limite de détection
Les échantillons issus du projet REGARD (hors Plan MP BM) ont été dosés à l’UMR EPOC avec les limites de détection définies dans le Tableau 2.
Tableau 2 : Limites de détection des ETM (ICP-MS) et Majeurs (ICP-OES).
2.5 Test des blancs préleveurs
Pour répondre à une demande de l’AFB et de l’AEAG, une campagne a été réalisée pour tester les blancs avant (T0) et après (Tfin) passage dans un préleveur automatique afin de s’assurer que ce dernier ne pouvait pas contaminer les échantillons. Comme les préleveurs automatiques pouvaient être différents selon les sites, nous avons choisi de faire passer l’eau en série d’une bombonne à une autre via les 19 préleveurs utilisés dans ce projet (10 plan MP, 3 LyRE et 6 TA). Deux types d’eau ont été analysés : une eau minérale Vittel et une eau Milli- Q® déminéralisée et déionisée). Les concentrations avant et après le passage d’eau minérale ne montrent pas de différences significatives. Les concentrations avec l’eau Milli-Q® sont inférieures aux limites de détection (LD) avant et/ou après passage, excepté pour Cu, Zn, Sr, Cd, Ba et Mo. Pour ces derniers éléments, un léger enrichissement peut être observé après le passage dans les 19 préleveurs automatiques. Cependant, ces enrichissements sont, sauf pour Zn et Cd, inférieurs ou égaux aux plus faibles concentrations mesurées dans les échantillons de ce projet. Cependant, ces valeurs de Zn et Cd sont très faibles comparativement aux pics que nous avons pu mesurer.
(µg/L)
Limite de Détection
(LD)
Min. de la BD
V 0,03 0,13
Cr 0,05 0,20
Co 0,015 0,04
Ni 0,05 0,19
Cu 0,03 0,08
Zn 0,20 0,28
As 0,01 0,13
Sr 0,01 0,07
Mo 0,005 0,05
Ag 0,001 0,001
Cd 0,002 0,003
Sn 0,01 0,01
Sb 0,005 0,014
Ba 0,01 0,04
Pb 0,02 0,021
Th 0,005 0,005
U 0,001 0,01
Al 0,72 1,34
Fe 0,40 1,35
16
Tableau 3 : Résultats des tests des blancs préleveurs.
µg/L V Cr Co Ni Cu Zn As Sr Mo Ag Cd Sn Sb Ba Pb Th U Al Fe
T0Vittel 0,139 0,211 0,656 0,601 0,661 4,76 0,588 1278 2,88 < LD 0,025 0,045 0,107 20,1 0,446 0,006 0,653 < LD < LD
TfinVittel 0,135 0,209 0,661 0,581 0,699 5,76 0,526 1352 2,66 < LD 0,031 0,044 0,098 19,6 0,316 < LD 0,635 < LD < LD
T0miliQ < LD < LD < LD < LD < LD 0,290 < LD 0,079 < LD < LD < LD < LD < LD 0,041 <LD < LD < LD < LD < LD
TfinmiliQ < LD < LD < LD < LD 0,082 0,824 < LD 0,333 0,055 < LD 0,007 < LD < LD 0,061 <LD < LD < LD < LD < LD
Minimum BD 0,243 0,201 0,044 0,198 0,265 0,641 0,138 11,0 0,068 < LD 0,004 < LD 0,014 2,96 <LD < LD 0,010 1,35 1,35
17 2.6 Comparaison fraction TOT et TOT+
Au niveau du laboratoire EPOC-TGM, nous avons reçu, en 2015, les premiers échantillons du CHU pour une inter-comparaison avec le laboratoire prestataire du plan MP.
Nous avons été rapidement confronté à un « manque » d’extraction de certains ETM contenus dans la fraction totale suite à une digestion conventionnelle à HNO3. Cette constatation est étayée par la Figure 4 où la partition des ETM dans la fraction dissoute et dans les deux fractions totales (TOT après digestion à HNO3 et TOT+ après digestion à HNO3, HCl et H2O2) est donnée pour 3 sources contrastées (Pol pour la campagne Pollutogramme et la source routière ; MN pour le Milieu naturel ; CHU pour la source hospitalière).
Figure 4 : Partition d’ETM sélectionnées (Cu, Zn, Ag, Cd, Sn et Pb) et efficacité d’extraction dans la fraction totale après digestion à HNO3 (TOT) ou HNO3+HCl+H2O2 (TOT+).
0%
25%
50%
75%
100%
Pol MN CHU Pol MN CHU Pol MN CHU Pol MN CHU Pol MN CHU Pol MN CHU
Dissous/Tot
0%
25%
50%
75%
100%
Pol MN CHU Pol MN CHU Pol MN CHU Pol MN CHU Pol MN CHU Pol MN CHU
Tot/Tot+
Cu Zn Ag Cd Sn Pb
Cu Zn Ag Cd Sn Pb
Dissous / Tot
Tot / Tot+
0%
25%
50%
75%
100%
Pol MN CHU Pol MN CHU Pol MN CHU Pol MN CHU Pol MN CHU Pol MN CHU
Dissous/Tot+
Cu Zn Ag Cd Sn Pb
Dissous / Tot+
18 La comparaison des résultats obtenus après extraction TOT ou TOT+ peut être faite au travers des rapports entre les concentrations issues de la digestion TOT et celles de la digestion TOT+ (TOT/TOT+, exprimés en % ; Figure 4). Si l’extraction conventionnelle est suffisante pour extraire les ETM alors le rapport TOT/TOT+ doit être très proche de 1 (à la précision analytique près). Dans le cas contraire, l’extraction TOT sous-estime une part de l’ETM considéré. Ce résultat pourrait être dépendant du type de matrice portant les ETM, qui peut différer selon les sources et/ou les usages (ex. présence de matière organique dans les eaux hospitalières).
Au niveau de Cu et Zn (plus modérément pour Cd), les rapports sont généralement supérieurs à 75% (avec des médianes proches de 85% sauf Cd pour le routier) pour les 3 sources, suggérant que, quelle soit la digestion, elles extraient à peu près la même quantité d’ETM. Pour Pb, les résultats sont assez similaires, excepté pour le milieu naturel où l’extraction TOT n’extrait qu’entre 20 et 50% de la fraction TOT+. Les deux ETM mettant le plus en évidence l’influence du type d’extraction est Ag et Sn. Pour Ag, la fraction TOT dans le milieu naturel et le CHU représente moins de 15% de la fraction TOT+, suggérant que l’utilisation de méthode conventionnelle sous-estime fortement les teneurs totales ; les résultats sont plus modérés pour le pollutogramme qui couvrent néanmoins un large spectre avec des rapports compris entre 25 et 100% pour une médiane de 50%. Pour Sn, le rapport semble être fonction de la source avec, si l’on considère la médiane, 30% pour la source routière, 69% pour le milieu naturel et 94% pour le CHU (Figure 4). Ce résultat est inverse à celui de Ag.
Il ressort de cette première étude que les rapports TOT/TOT+ diffèrent selon les éléments et selon les sources. Pour certains ETM, une extraction incomplète peut conduire à une sous-estimation de la contamination et à une vision erronée ensuite de la contribution des ETM dissous aux ETM totaux (cf. comparaison Dissous/Tot et Dissous/Tot+). Ce résultat pourrait être à nuancer puisque la fraction totale inclut la fraction dissoute. Pour les éléments qui sont majoritairement sous forme dissoute (ex. Sr), une digestion incomplète ne conduira pas à une sous-estimation majeure. Cette sous-estimation sera significative pour les éléments qui, selon les moments (ex. crue) et/ou les sources, seront portés majoritairement sous la forme particulaire. Ce point peut être analysé en analysant les rapports Dissous/Tot+. Pour Ag au CHU, nous avons pu mettre en évidence une forte sous-estimation de la fraction totale (avec TOT/TOT+ ~5%) ; à cela s’ajoute le fait que Ag est majoritairement sous forme particulaire avec un rapport médian Dissous/Tot+ de 25%.
En raison de la diversité des résultats, nous avons choisi de réaliser, systématiquement, deux digestions sur la quasi-totalité des échantillons. Les résultats présentés dans ce qui suivra porteront essentiellement sur les concentrations maximales trouvées (la plupart du temps des résultats issus du TOT+). A de rares exceptions, la fraction TOT peut-être supérieure à la fraction TOT+ et trouve son explication dans la précision analytique et la représentativité (homogénéité) des échantillons lors de fortes charges de particules, particulièrement pour les ETM pour lesquels nous avions peu de différences entre TOT et TOT+.
19 3 Préambule sur la caractérisation des métaux dans l’environnement
Les éléments traces métalliques (ETM) sont des composés dont la concentration est inférieure à 10 000 mg/kg (soit 1% du poids total de sédiment étudié). Ils sont naturellement présentsdans les eaux puisqu’ils proviennent à la fois de l’altération chimique et de l’érosion mécanique des roches et des sols. Cette part de métaux provenant des processus naturels est appelée « bruit de fond géochimique ». Ainsi, la composition naturelle en ETM des eaux, des matières en suspension (MES) et sédiments dépend-elle de la nature des sols drainés et donc du type de formations géologiques et de l’intensité des mécanismes d’érosion (Figure 5). La composition des roches explique, en grande partie, l’abondance en baryum (Ba) et en strontium (Sr) que l’on va retrouver dans nos échantillons. Le devenir des ETM et leur transfert, depuis le réservoir sédimentaire (roche/sol et MES) vers les eaux (de surface ou de nappe) sont alors dépendants (i) de la stabilité de la phase organo-minérale à laquelle est associé l’ETM, (ii) de la nature de la liaison ETM-phase et (iii) des conditions chimiques. Des processus biogéochimiques peuvent ainsi permettre le transfert d’un élément trace depuis la fraction solide vers les eaux (e.g. Strontium) et inversement.
Enfin, les concentrations en ETM dans les différents compartiments peuvent ensuite être significativement modifiées par des pressions anthropiques d’origine urbaine, industrielle, minière et/ou agricole.
Figure 5 : Composition en ETM dans la croûte continentale, les matières en suspension et les eaux de rivières (Martin et Meybeck, 1979 ; Wedepohl, 1995 ; Gaillardet et al., 2003).
érosion Précipitations
Eau de surface Eau de nappe érosion
Croûte cont./ Roche MES
0%
20%
40%
60%
80%
100%
Croûte Cont. MES - Rivière Eau - Rivière
V Cr Co Ni Cu Zn As Sr Mo
Ag Cd Sn Sb Ba Pb Th U
Sol
20 4 Résultats obtenus
4.1 Le milieu naturel
4.1.1 Résultats obtenus dans le cadre du Plan MP BM / REGARD
Dans le cadre du projet précédent (Plan Micropolluants Bordeaux Métropole) sur lequel REGARD s’appuie, un suivi pluriannuel de la Jalle avait été réalisé. Ainsi 6 points d’échantillonnage, répartis entre l’amont au niveau des champs captant du Thill et l’aval au niveau de la réserve naturelle de Bruges (cf livrable 1.1 pour les détails), ont été échantillonnés 2 fois par an en 2013, 2014 et 2015. Dix-huit ETM ont été recherchés et analysés dans la phase dissoute de ces échantillons.
Sur l’ensemble des 31 échantillons obtenus, les 18 ETM ont tous été retrouvés au moins une fois. La Figure 6 présente les gammes de concentrations et les fréquences de quantification auxquelles ils ont été retrouvés dans la Jalle de Blanquefort.
Figure 6 : Concentrations moyennes et fréquences d’occurrence sur la Jalle de Blanquefort (n=
31).
A l’exception du cadmium (55%) et du thorium (58%), la majorité des métaux a été retrouvée avec une fréquence de quantification supérieure à 75 % voire dans 100 % des échantillons (Co, Cr, U, As, V, Sb, Cu, Ni, Zn, Al, Fe et Sr). Les métaux étant naturellement présents, si les limites de détection avaient été plus basses, tous les éléments auraient été détectés4. Les concentrations moyennes de chacun des métaux s’échelonnent entre 0,1 et 170 µg/l. 4 ETM présentent des concentrations moyennes de l’ordre de la dizaine de microgramme par litre ou même dépassant les 10 µg/l voire les 100 µg/l (Zn, Al, Fe et Sr).
4 Analyses faites par un autre laboratoire que TGM, les limites de détection ne sont pas présentées dans ce document
21 Figure 7 : Composition moyenne en ETM de l’eau du milieu naturel, tous points de prélèvement
confondus, (phase dissoute) (n=31).
La Figure 7 confirme que Sr et Fe sont les ETM majoritaires retrouvés dans le milieu naturel (Ba no recherché dans ces échantillons) et, dans une moindre mesure, Al et Zn. Les 14 autres ETM mesurés ne représentent qu’un peu plus de 3% de la quantité totale des ETM recherchés. Parmi ces 14 ETM, on retrouve principalement du Cu, Ni, As, Sb et V. La Figure 8 montre des tendances assez similaires entre les différentes campagnes. Néanmoins, des concentrations en Fe plus faibles et des concentrations en Th plus fortes ont été observées lors de la campagne 4 sur l’ensemble des points. De plus, un pic de Fe et un d’Al ont été mesuré sur le point MN-JAL-ROC5 lors de la campagne 3. Pour les ETM mineurs, il est à noter la présence plus importante de Cd sur la campagne 3 pour le point Mn-JAL-THIL1 et Mn-JAL-RES6.
22 Figure 8 : Concentration en ETM (phase dissoute) (classé par point de prélèvement) du milieu
naturel pour l’ensemble des 6 campagnes d’échantillonnage.
Haut : ensemble des 18 ETM, Bas : ensemble des ETM sans les 4 ETM majoritaires (Sr, Al, Fe, Zn).
Le Tableau 4 présente dans ces colonnes 2, 3 et 4 l’évolution des concentrations entre 2 points de prélèvement le long du bras principal de la Jalle (évolution entre THIL1 et CANT4, entre CANT4 et ROC5 et entre ROC5 et RES6). Cette évolution est retranscrite par des flèches.
Les flèches vers le haut indiquent une augmentation si une évolution positive de +30% de la moyenne des concentrations a été observée entre 2 points de prélèvement. Les flèchent vers le bas indiquent une diminution si l’évolution de la moyenne est négative (-30%). Les flèchent vers la droite indiquent une situation stable s’il n’y a pas d’augmentation (de -30% à 30%) entre 2 points de prélèvement.
23 De plus, cette étude de l’évolution des concentrations le long du bras principal de la Jalle permet de distinguer différents schémas d’évolution dans le milieu naturel. Ainsi, on distingue 4 grandes catégories d’évolution :
• La première catégorie (A) correspond aux ETM dont la source principale semble provenir de l’amont (ex. le chrome).
• La seconde catégorie (A / RES) correspond aux ETM dont la source principale semble provenir de l’amont de notre système d’étude mais il y a également une augmentation au niveau du point RES (ex. le zinc).
• La troisième catégorie (CANT) correspond aux ETM qui augmentent significativement au niveau du point Mn-JAL-CANT4 c’est à dire après le rejet de la STEU (ex. le nickel).
• La dernière catégorie (NC) correspond aux ETM pour lesquels il est difficile de trancher au vu du nombre limité de fois où l’ETM a été quantifié et où l’utilisation de la valeur LQ/2, lorsque l’analyse a donnée comme résultat <LQ, peut influencer de manière préjudiciable l’analyse (ex. le thorium).
La catégorie à laquelle chacun des métaux est associée est présentée dans la colonne 5 du tableau. Les colonnes 6, 7 et 8 permettent de préciser la source potentielle du métal.
Tableau 4 : Evolution des molécules inorganiques dans la Jalle de Blanquefort.
Le Tableau 4 montre que, sur les 18 métaux recherchés, 10 appartiennent à la catégorie
« A » (Cr, Fe, Sr, Al, V, As, Ag, Sb, Pb et U), 4 à la catégorie « CANT » (Cu, Co, Ni et Hg), 3 à la catégorie « A/RES » (Zn, Sn et Cd) et 1 à la catégorie NC (Th). Sur les 4 métaux de la catégorie « CANT », le Co pourrait provenir du ruisseau du Haillan et les 3 autres pourraient provenir de la pollution urbaine transitant par la STEU. Cette dernière hypothèse est issue de la comparaison entre les points Mn-JAL-TAILL3 (sur le bras nord de la Jalle) et le point Mn-JAL- CANT4. En effet, la seule différence entre ces 2 points par temps sec est la STEU de Cantinolle
24 or on observe une concentration plus forte en Hg, Ni et Cu au point CANT4 par rapport au point TAILL3. Par ailleurs, les ETM de la catégorie A/RES sont des métaux qui ont un lien fort avec le ruissellement urbain et agricole et qui pourraient être apportés à la Jalle via des apports directs ou via les exutoires pluviaux, puis stockées dans la rivière.
4.1.2 Campagnes à haute résolution spatiale sur la Jalle de Blanquefort
La Jalle (bassin versant de 347 km²) draine trois grands secteurs : un secteur amont essentiellement couvert par des pins maritimes avec de la maïsiculture à sa limite amont, une section centrale urbanisée (Saint Médard en Jalle, le Haillan, le Taillan) et un secteur aval dont l’occupation des sols est dominée par du maraîchage et des prairies. De plus, le cours d’eau est soumis à de nombreuses pressions anthropiques avec, par exemple, les rejets d’eaux de la STEU de Cantinolle ou du collecteur rocade nord. En complément des analyses réalisées dans le cadre du Plan MP BM, il importait donc de caractériser spatialement plus finement la qualité des eaux de la Jalle.
C’est pourquoi, au cours de l’année 2016, deux campagnes d’échantillonnages ont été réalisées sur le continuum de la Jalle en une vingtaine de sites (Figure 9) : l’une en février 2016 lors de forts débits du cours d’eau et l’autre en septembre 2016 lors de faibles débits Les forts débits de février étaient conséquents à un mois de janvier particulièrement pluvieux avec des précipitations de l’ordre de 234 mm enregistrés à Bordeaux (Meteociel, 2016), soit 150 % de plus qu’en janvier 2015 (93,4 mm) alors que les faibles débits de septembre 2016 étaient conséquents à une longue période de très faibles précipitations, 24 mm pour juillet et aout 2016 cumulés contre 122 mm pour juillet et aout 2015 cumulés (Météociel). Les prélèvements d’eaux ont été effectués le long de la Jalle et de ses affluents, depuis le moulin de Bonneau à Saint Médard en Jalle à l’amont jusqu’à son exutoire au niveau du golf de Bordeaux Lac en aval (Figure 9).
Les échantillons d’eau ont été caractérisés pour les fractions dissoutes (<0.2µm) et totales. Pour la fraction totale, deux traitements ont été réalisés : une digestion à HNO3 (appelée TOT) et une digestion à HNO3, HCl et H2O2 (appelée TOT+). De plus, des sédiments ont été échantillonnés sur la plupart des sites ; certains sites ne permettaient pas l’échantillonnage de sédiments (ex. condition d’accès difficile ; non dépôt de sédiments). L’objectif d’une telle stratégie d’échantillonnage et de traitement (Figure 9) visait à caractériser la répartition des ETM (phase dissoute ou particulaire +/- facilement mobilisable) et évaluer la variabilité spatio- temporelle des ETM afin d’identifier des sources et processus.
25 Figure 9 : Carte de localisation des sites pour les campagnes TGM – Milieu naturel.
La Figure 10 et la Figure 11 présentent la répartition des ETM dans les phases dissoutes et totales le long du continuum de la Jalle, et ce pour les deux campagnes. Cette distribution globale semble indiquer que les concentrations dissoutes sont plus faibles pendant la campagne
« temps sec » que pendant la campagne « temps humide ». Les teneurs en Al et Fe sont dominantes et pourraient refléter l’abondance naturelle puisque ces éléments sont considérés comme des majeurs, à l’opposé des autres éléments qui sont des éléments traces. Suivent ensuite Sr et Ba. En s’affranchissant des teneurs en Fe, Al, Sr et en Ba mais pas nécessairement anthropiques (abondance naturelle), les concentrations cumulées restent plus importantes pour la campagne « temps humide » que pour la campagne « temps sec ».
La Figure 12 représente les distributions statistiques des ETM (tous sites confondus) dissous pour les campagnes « temps sec » et « temps humide » ; le trait rouge est équivalent à un bruit de fond géochimique pour le système (en cours de validation). Les résultats révèlent que Cr, Cu, Zn, Mo, Cd, Sb, Pb et Th ont des teneurs plus importantes lors de la campagne en
« temps humide ». A l’inverse, les concentrations en Ni, Sr, Ag, Ba et U sont plus importantes lors de la campagne « temps sec ». Enfin, les concentrations en V, As et Sn sont du même ordre de grandeur d’une campagne à l’autre.
