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Introduction et stockage des hydrocarbures et des ´ el´ ements m´ etalliques au

Introduction et stockage des hydrocarbures et des ´ el´ ements m´ etalliques au sein du r´ eseau d’assainissement unitaire parisien Vincent Rocher To cite this version: Vincent Rocher. Introduction et stockage des hydrocarbures et des ´ el´ ements m´ etalliques au sein du r´ eseau d’assainissement unitaire parisien. Other. Ecole des Ponts ParisTech, 2003. French. <tel-00007154> HAL Id: tel-00007154 https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00007154 Submitted on 19 Oct 2004 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. UNIVERSITE PARIS XII - VAL DE MARNE THESE présentée pour obtenir le grade de DOCTEUR de l’Université Paris XII Val de Marne Spécialité : Sciences et Techniques de l’Environnement par Vincent ROCHER INTRODUCTION ET STOCKAGE DES HYDROCARBURES ET DES ELEMENTS METALLIQUES DANS LE RESEAU D’ASSAINISSEMENT UNITAIRE PARISIEN Soutenue le 18 décembre 2003 Composition du jury : M Régis MOILLERON Directeur de thèse Université Paris XII M Ghassan CHEBBO Directeur de thèse Ecole Nationale des Ponts et Chaussées M Bernard CHOCAT Rapporteur INSA Lyon M Philippe GARRIGUES Rapporteur Université Bordeaux I M Mathieu AHYERRE Examinateur Agence de l’Eau Seine Normandie M Stéphane GARNAUD Examinateur Ville de Paris - Section de l’Assainissement REMERCIEMENTS Les travaux présentés dans cette thèse ont été réalisés au laboratoire Cereve à l’Université Paris XII-Val de Marne. Je tiens à remercier vivement Régis Moilleron, mon directeur de thèse, pour l’aide scientifique et morale qu’il a su m’apporter tout au long de ce doctorat. J’exprime ma reconnaissance à Ghassan Chebbo, co-directeur de thèse, pour m’avoir fait confiance au cours de ces trois années. Je le remercie pour ses conseils réguliers et pour m’avoir fait partager son expérience dans le domaine de l’hydrologie urbaine. Je remercie également M. Bernard Chocat, Professeur à l’INSA de Lyon, et M. Philippe Garrigues, Professeur à l’Université de Bordeaux I, qui m’ont fait l’honneur de bien vouloir participer à mon jury de thèse en tant que rapporteurs. Je remercie Mathieu Ahyerre, chargé d’études à l’Agence de l’Eau Seine Normandie, et Stéphane Garnaud, ingénieur hydrologue à la Section de l’Assainissement de Paris, pour m’avoir aidé et conseillé durant ce travail et d’avoir accepté de participer à ce jury comme examinateurs. Un remerciement particulier à Jean-Marie Mouchel, directeur du Cereve, qui, à travers son rôle d’enseignant-superviseur des stages de DEA dont j’ai eu la responsabilité, a suivi le déroulement de ma thèse et m’a prodigué de nombreux conseils. Mille mercis à Claire Oms, doctorante au Cereve, Mathieu Muller et Johnny Gaspéri, stagiaires de DEA, pour leur grande contribution à ce travail de recherche. Je tiens à exprimer toute ma gratitude à M. Thierry Célaudon, de la Direction de la Voirie et des Déplacements, pour sa participation active à l’étude de la pollution des ruissellements de chaussées. Je remercie aussi M. Patrick Ausset, enseignant-chercheur au Laboratoire Inter-disciplinaire des Systèmes Atmosphériques, qui nous a permis d’utiliser son microscope électronique à balayage. Merci aussi à Catherine Lorgeoux, alias madame chromato, pour son aide et sa bonne humeur. Mesdames Catherine Charleux, Annick Piazza et Christelle Taybi, je vous remercie pour les multiples services que vous m’avez rendus durant mon séjour au Cereve. Je n’oublie pas Sam Azimi, mon complice de bureau, de terrain (même sous la pluie), de laboratoire et de rugby. Je le remercie pour avoir rendu ces trois années de thèse inoubliables. Je remercie également Bernard Lécuyer, enseignant-chercheur au Cereve, et Gilles Varrault, le petit nouveau, pour tous les services qu’ils m’ont rendus ainsi que pour leur éternelle bonne humeur. Merci aussi à Daniel Thévenot, Professeur à l’Université Paris XII, pour m’avoir accueilli et supporté pendant tous ces longs mois dans son laboratoire. Je n’oublie pas les « anciens » du Cereve avec lesquels j’ai partagé et partage encore de très bons moments : Sonia, Gonzo, Loïc et mon Rodoudou ; mais également la fameuse « troupe » du LBSE, sans laquelle les journées auraient été plus monotones : Véronique, Marc, Céline, Arnaud, Alexandre, Lauriane et Virginie. Enfin, je remercie toute ma famille pour m’avoir encadré et soutenu durant ces trois années. Je remercie particulièrement mes parents qui m’ont accompagné tout au long de mon parcours et sans lesquels je n’aurais probablement pas fait ce doctorat. Je tiens à remercier de tout cœur ma petite femme, Audrey, ainsi que mes deux petits bouts de choux, Lise et Clément, pour leur soutien de tous les instants… RESUME Dans les réseaux d’assainissement unitaires, les volumes d’effluents transportés par temps de pluie vers les stations d’épuration sont très importants et ne peuvent être totalement traités. Des déversements, appelés Rejets Urbains de Temps de Pluie (RUTP), ont alors lieu dans le milieu naturel (rivières, lacs, etc.). Ces derniers introduisent dans les milieux récepteurs de grandes quantités de matière organique, d’agents pathogènes et de micropolluants organiques et minéraux. De nombreux travaux ont souligné l’importance de la contribution des dépôts, accumulés dans le réseau d’assainissement par temps sec, à la pollution de ces RUTP. La diminution de la pollution apportée par les RUTP suppose donc que l’on dispose d’informations précises sur la pollution stockée au sein des réseaux d’assainissement. Ce travail a amélioré les connaissances sur le stockage des hydrocarbures et des métaux dans le réseau d’assainissement parisien. Il a été montré que la majorité des micropolluants (87-98 %) est stockée dans le dépôt grossier, une faible proportion dans la couche organique (2-13 %) et une part négligeable dans le biofilm (< 1 %). Ces informations nous ont permis de conclure sur la très faible contribution du biofilm à la pollution de temps de pluie. L’étude qualitative de la pollution a apporté des éléments sur l’origine des contaminations et sur la dynamique des dépôts en réseau. Ainsi, les signatures aliphatiques indiquent une pollution d’origine pétrolière dans le dépôt grossier (huiles et graisses automobiles) et une combinaison des apports biologiques (végétaux, résidus alimentaires) et pétroliers dans la couche organique. Les distributions aromatiques soulignent, quant à elles, l’importance de la contamination pyrolytique (trafic automobile, chauffage résidentiel, etc.) dans l’ensemble des dépôts. Enfin, l’étude des signatures a montré que la couche organique et le biofilm sont majoritairement constitués des matières en suspension transitant dans les collecteurs et que leurs temps de résidence dans le réseau d’assainissement sont inférieurs à celui du dépôt grossier. De plus, il a été montré que les teneurs en métaux fluctuent sur l’ensemble du réseau et qu’il n’existe pas de signatures métalliques typiques du dépôt de réseau. Une variabilité spatiale des teneurs fut également observée pour les hydrocarbures mais, contrairement aux métaux, il existe une pollution de fond en HAP qualitativement homogène sur l’ensemble du réseau d’assainissement. Cette distribution, caractérisée par la prédominance de phénanthrène, fluoranthène et pyrène témoigne de l’impact des sources pyrolytiques. La seconde partie de ce doctorat a été consacrée à la caractérisation des 3 voies d’introduction de polluants dans le réseau d’assainissement (VIRA) : les ruissellements de toitures, de chaussées et les apports directs (effluents domestiques, de restauration, etc.). La comparaison de la pollution véhiculée par les eaux de toitures avec celle des retombées atmosphériques a montré que les hydrocarbures proviennent exclusivement du compartiment atmosphérique alors que certains métaux lourds (Cu, Pb, Ti et Zn) sont largement émis par les toitures (couvertures et accessoires). La seconde VIRA considérée est le ruissellement de chaussées qui comprend le ruissellement de temps de pluie et le lavage de la voirie. La caractérisation des sédiments extraits de stations de relevage, situées le long d’axes routiers majeurs, a permis d’estimer les niveaux de contamination des ruissellements de chaussées à 80 et 24 µg.g-1, pour les hydrocarbures aliphatiques et aromatiques, et à 27800, 1630, 770, 790 et 2,7 µg.g-1 respectivement pour le Fe, Zn, Pb, Cu et Cd. Notre étude des eaux de lavage a, quant à elle, souligné l’importance des quantités de micropolluants générées par le lavage quotidien de la voirie. Le bilan massique, réalisé à l’échelle du bassin versant du Marais (Paris, 4ème arrondissement), a permis de constater que, pour la plupart des micropolluants, la contribution des eaux de lavage à la pollution du réseau est supérieure à celle des eaux de toitures. Enfin, la pollution en hydrocarbures associée aux effluents domestiques, de restauration et de garages a été étudiée. A l’échelle du bassin versant du Marais, les flux d’hydrocarbures aliphatiques résolus et non résolus apportés par ces effluents, respectivement estimés à 840 et 1230 g.j-1, sont largement supérieurs à ceux apportés par les ruissellements de toitures et les eaux de lavage de la voirie et soulignent donc la contribution majeure de ces effluents à la pollution aliphatique du réseau d’assainissement. Mots Clés : Dépôts, Effluents, HAP, Hydrocarbures, Métaux, Réseau d’assainissement, Ruissellements. ABSTRACT The importance of the combined sewer uploads/Geographie/ document-pdf 1 .pdf