Search

National audience; La matière organique dissoute (MOD), constituée d'un mélange complexe de composés chimiques variés, joue un rôle clé au coeur des processus biogéochimiques et dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Sa composition et ses propriétés physico-chimiques, combinées aux conditions environnementales du milieu, déterminent son devenir et sa réactivité dans les différents compartiments du milieu aquatique. La composition de la MOD est fortement liée à son origine (naturelle autochtone ou allochtone issue de différentes occupations de sols, MOD d'origine anthropique issue de rejet ponctuel ou diffus...). Dans ce contexte, l'objectif de nos travaux est d'explorer les empreintes physico-chimiques typiques des sources principales de MOD dans les bassins versants soumis à des pressions anthropiques diversifiées. Pour cela, nous avons besoin de développer une nouvelle stratégie de caractérisation intégrée de la MOD combinant les informations issues de plusieurs techniques d'analyses. Cette étude présente l'apport des techniques chromatographiques HPSEC-UV et LC-HRMS, pour caractériser plus finement la MOD en fonction des distributions de tailles des molécules. Ces techniques permettent clairement de différencier des types de sources de MOD (en particulier MOD d'origine naturelle vs. Anthropique) et d'observer les gradients de pressions anthropiques le long des cours d'eau.

Since 2000, the number of references on sensors in freshwater and wastewater has been constantly increasing. In order to have an overall view of the substances that may be easily analyzed by in situ and continuous systems in a near future, a bibliographic compilation of the sensors in development (i.e. not commercialized) for the analysis of chemical compounds in the environmental matrices has been carried out. This non-exhaustive panorama lists 281 articles published during 2017-2018. The chemical compounds selected are included in the different lists of the WFD (decree of 7 August 2015). From definitions and general information on the sensors, different criteria were used to describe the selected sensors: analyzed substance(s), type of sensor (chemical sensor, biosensor), analytical technique, type(s) of tested water, level of development progress, measuring range, limits of detection or quantification. The sensors are mainly based on electrochemistry (voltammetry, amperometry, potentiometry...) and optical techniques (colorimetry, fluorescence, resonance of surface plasmon...). A general synthesis of sensors by families of compounds is proposed for pesticides, polycyclic aromatic hydrocarbons, phenols, phthalates and bisphenol A, metals and metalloids (Cd, Pb, Hg, Ni, Cu, As) as well as for major parameters (chemical oxygen demand, biochemical oxygen demand, nitrate, nitrite, ammonium). In general, the performances of the sensors are evaluated in synthetic waters and in real waters (surface water, tap water, wastewater....) which can be doped. Nearly all the sensors are not tested in field conditions or over long-term. The detection limits obtained can be very variable for the same family of compounds. For few compounds, the detection limits are too high to be considered as relevant sensors for the monitoring of surface waters (e.g. nickel or bisphenol A). However, some sensors having a high state of progress and detection limits well adapted to the concentrations in the environmental matrices would be instructive to test in field conditions. These sensors, covering a wide range of compounds, are listed in this report.; Depuis les années 2000, le nombre de références bibliographiques sur les capteurs dans les eaux douces et les eaux résiduaires est en constante augmentation. Un travail de synthèse bibliographique des capteurs en développement (i.e. non commercialisés) pour l'analyse de composés chimiques dans les matrices environnementales avait été réalisé en 2017 afin d'avoir une vue d'ensemble sur les substances qui pourraient être analysées par des systèmes de mesures in situ et en continu dans un futur proche. Ce travail consiste en la mise à jour de la précédente veille avec 281 nouveaux articles recensés. Les composés chimiques retenus pour ce panorama font partie des listes des substances de l'état chimique des eaux de surface et des polluants spécifiques de l'état écologique des eaux de surface, de la liste des substances pertinentes à surveiller, et de la liste des paramètres physico-chimiques pour les cours d'eau de la Directive Cadre sur l'Eau (Arrêté du 7 août 2015). Sur la base de définitions et généralités sur les capteurs, différents critères ont été retenus pour décrire chaque capteur retenu dans ce panorama : substance(s) analysée(s), type de capteur, type de transducteur, type(s) d'eau testé(s), gamme de concentration de mesure, limites de détection ou de quantification obtenues. Les capteurs recensés se basent principalement sur des techniques électrochimiques (voltammétrie, ampérométrie, potentiométrie...) et optiques (fluorescence, spetroscopie UV-visible, résonnance des plasmons de surface...). Une synthèse générale des capteurs par grandes familles de composés est proposée pour les pesticides, les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les phénols, les phtalates et le bisphénol A, les métaux et métalloïdes (Cd, Pb, Hg, Ni, Cu, As) ainsi que pour les paramètres majeurs (demande chimique en oxygène, demande biochimique en oxygène, nitrate, nitrite et ammonium). De façon générale, les performances des capteurs sont évaluées dans des eaux synthétiques et des eaux réelles (eaux de surface, de robinet, résiduaires...). Mais la quasi-totalité des capteurs ne sont pas testés en conditions réelles sur le terrain ou sur le long terme. Les limites de détection obtenues peuvent être très variables pour une même famille de composés. Pour certaines substances, les limites de détection sont trop élevées pour envisager des analyses pertinentes dans les eaux de surface (par exemple pour le cadmium ou le bisphénol A). Finalement, les principes de détection ne semblent pas être un facteur limitant dans le développement des capteurs environnementaux. Pour atteindre les réseaux opérationnels de capteurs environnementaux sur le terrain, il faut surmonter les obstacles scientifiques et technologiques au niveau de la mise en oeuvre.

National audience; La matière organique dissoute (MOD), constituée d'un mélange complexe de composés chimiques variés, joue un rôle clé au coeur des processus biogéochimiques et dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Sa composition et ses propriétés physico-chimiques, combinées aux conditions environnementales du milieu, déterminent son devenir (dégradabilité biotique ou abiotique, distribution dans les différents compartiments du milieu aquatique...) et sa réactivité (consommation d'oxydants, complexation avec des micropolluants et influence sur leur biodisponibilité et donc leur toxicité...). La composition de la MOD dans les milieux aquatiques est fortement liée à son origine. Les sources de MOD dans un bassin versant sont nombreuses : MOD naturelle autochtone ou allochtone issue de différentes occupations de sols ; MOD d'origine anthropique issue de rejet ponctuel (rejet de station d'épuration, déversoirs d'orages...) ou diffus (eaux de ruissellement en zone rurale ou urbaine, débordements ou fuites de réseaux d'assainissement...). Dans ce contexte, l'objectif de nos travaux est d'explorer les empreintes typiques des sources principales de MOD dans les bassins versants soumis à des pressions anthropiques diversifiées. Pour cela, nous avons besoin de développer une nouvelle stratégie de caractérisation intégrée de la MOD (i.e. combinant les informations issues de plusieurs techniques d'analyses) qui soit généralisable à tous les types de MOD et facilement applicable à un grand nombre d'échantillons. Ainsi, depuis 2017, une base de données permet de recenser nos résultats issus d'analyses plus ou moins classiques (carbone organique dissous, demande biologique en oxygène à 5 et 28 jours, spectres UV-vis, fluorescence 3D, HPSEC-UV...) réalisées sur de nombreux échantillons (n=102 en juillet 2019) provenant de rejets et d'eaux de rivière plus ou moins impactées par les activités anthropiques. En parallèle, une approche de caractérisation moléculaire est menée sur ces échantillons par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution (LC-HRMS). Les premiers résultats obtenus à partir de cette base de données permettent déjà : - de mettre en place un protocole de tri, correction et interprétation des nombreux signaux masse/charge (m/z) générés par LC-HRMS afin de fiabiliser l'étude moléculaires de la MOD ; - de tester de nouveaux descripteurs pour caractériser la MOD par HPSEC-UV (ratios d'aires de domaines de taille, identification de couples poids moléculaire et longueurs d'onde typiques) ou par fluorescence 3D (définition de pics spécifiques avec PARAFAC) ; - d'observer la variabilité de la MOD dans ces échantillons d'origines très variées ; - de mettre en évidence des indicateurs pertinents pour proposer une typologie de la MOD en fonction de ses sources. Cette approche intégrée multi-techniques devrait à terme permettre de caractériser plus finement la composition et les propriétés de la MOD. Elle sera développée plus en profondeur dans un travail de thèse qui commencera fin 2019.

In order to improve the chemical status assessment of surface waters, some alternative methods for sampling and laboratory analysis were developed. Among these alternative methods, UV-visible spectrophotometric techniques are increasingly used as they allow in situ and continuous measurements. The UV-vis spectra obtained by commercial devices allow the quantification of suspended particulate matter (SPM), nitrates, chemical oxygen demand (COD) or total organic carbon (TOC). Numerous studies show that the UV-vis spectra would provide information on the quality of dissolved organic matter (DOM) such as the degree of aromaticity or the size distribution of organic molecules. This report investigates the potential of UV-visible spectrophotometric measurement to provide information on the quality of DOM in different types of water from several scenarios. For this, a preliminary experiment was carried out in the laboratory: Eight wastewaters (untreated raw water and treated water) from two treatment plants were physically fractionated (by sieving and filtration) to highlight the influence of different classes of particles or organic colloides on the UV-vis spectra measured by two field systems (spectro probe:lyser and Pastel Uviline system) and laboratory spectrophotometer. The first results show a good agreement between the two field systems for the analysis of major parameters such as SPM, nitrates, COD and TOC. These analyses could be improved by using local calibration. A set of conventional indicators was estimated from the spectra: SUVA, absorbance ratios (250/365nm; 465/665nm), spectral slopes over the 275-295 nm and 350-400 nm ranges. These indicators clearly show that the quality of DOM at the two stations is different, with changes over the sampling time for each station. Finally, an analysis of all spectra using descriptive statistical tools (such as principal component analysis) clearly differentiates the waters and fractions according to their origin and the characteristics of DOM. The next part of the study consists on the observation of the variability of spectra acquired on wastewaters and surface waters and the study of their spectral fingerprints (by integrating all the indicators). For this purpose, several spectral databases have been built from: - 4 river samples and 59 wastewater samples collected along the treatment lines of 9 wastewater treatment plants (WWTPs) between 2017 and 2018. In addition to UV-vis spectra, complementary DOM characterization analyses (including size distribution of DOM) have been conducted. The comparison of spectra with complementary data improves the interpretation of UV-vis indicators. Some spectral fingerprints specific to water types (input and output waters of WWTPs) are constructed from these indicators. - 279 spectra of wastewater (n=237) and surface water (n=42). The variability of spectral fingerprints is compared to the type and origin of the water and therefore the potential source of DOM. This extensive database confirms the use of spectral fingerprints to classify waters according to the quality of the DOM they contain. - 2 temporal monitoring conducted on the Oise (November 2015 - February 2016) and Gier (May 2017 - May 2018) Rivers. After processing the raw data (mainly turbidity correction), the chronicles of spectra illustrate the potential of UV-vis spectrophotometry for studying the variations of DOM quality in rivers at scales ranging from month to day. These different examples highlight critical steps to be improved (such as the compensation of turbidity spectra) to facilitate the use and interpretation of data from UV-vis spectrophotometric probes in order accurately characterize DOM in waste and surface waters.; Afin d'améliorer la qualité de l'évaluation de l'état chimique des eaux, des méthodes alternatives aux méthodes de prélèvement et d'analyses classiques se développent. Parmi ces techniques, les systèmes spectrophotométriques UV-visible, permettant des mesures in situ et en continu, sont de plus en plus utilisés. Des sondes commercialisées permettent d'obtenir des teneurs en matières en suspension (MES), nitrates, demande chimique en oxygène (DCO) ou carbone organique à partir des spectres UV-vis. De nombreuses études montrent qu'il est possible d'extraire des données spectrales d'autres types d'informations sur la qualité de la matière organique dissoute (MOD) comme le degré d'aromaticité ou la taille globale des molécules organiques. Ce rapport explore le potentiel de la mesure spectrophotométriques UV-vis pour apporter des informations sur la qualité de la MOD de différents types d'eaux. Ce travail s'appuie sur des expérimentations menées en laboratoire et sur l'analyse de jeux de spectres UV-vis acquis sur des eaux résiduaires et de surface. Une expérimentation préliminaire a été réalisée en laboratoire en 2016. Huit échantillons d'eaux résiduaires (eaux brutes non traitées et eaux traitées) de deux stations de traitement ont été physiquement fractionnées (par tamisage et filtration) afin de voir l'influence des différentes classes de particules et colloïdes organiques sur les spectres UV-vis mesurés avec deux systèmes portables (sonde spectro::lyser et système Pastel Uviline) et un spectrophotomètre de laboratoire. Les résultats montrent une bonne concordance entre les deux systèmes de mesures pour l'analyse des paramètres majeurs (MES, nitrates, DCO, DBO et COT) qui pourrait être améliorée en prenant en compte une calibration locale. Un ensemble d'indicateurs sont estimés à partir des spectres : indice SUVA, rapports d'absorbance (250/365nm ; 465/665nm), pentes spectrales sur les domaines 275-295 nm et 350-400 nm. Ces indicateurs montrent clairement que la qualité de la MOD des deux stations est différente, et qu'elle évolue en fonction du temps de prélèvement pour une même station. La suite de l'étude consiste à observer la variabilité des spectres UV-vis d'échantillons d'eaux résiduaires et d'eau de surface et d'étudier leurs signatures spectrales (à partir de l'ensemble des indicateurs classiques). Pour cela, plusieurs bases de données ont été construites à partir de : - 4 échantillons de rivière et 59 échantillons d'eaux résiduaires prélevés le long des traitements de 9 stations de traitements d'eaux usées (STEU) entre 2017 et 2018. En plus des spectres UV-vis, des analyses complémentaires de caractérisation de la MOD (dont la distribution de taille de la MOD) ont été réalisées. La comparaison des spectres et des données complémentaires permettent de mieux interpréter les indicateurs UV-vis classiques. Des signatures spectrales spécifiques des types d'eaux (entrée vs. sortie de STEU) sont identifiées à partir de l'intégration de l'ensemble de ces indicateurs. - 279 spectres UV-vis d'eaux résiduaires non traitées et traitées (n=237) et d'eaux de surface (n=42). La variabilité des signatures spectrales est étudiée en fonction du type et de l'origine de l'eau et donc de la source potentielle de la MOD. Cette banque de données conséquente permet de confirmer l'utilisation des empreintes spectrales pour classer des eaux de surface en fonction de la qualité de la MOD qu'elles contiennent. - 2 suivis temporels réalisés sur les rivières Oise (novembre 2015 à février 2016) et Gier (mai 2017 à mai 2018). Les chroniques de spectres, après traitement des données brutes (correction de la turbidité), permettent d'illustrer le potentiel de la spectrophotométrie UV-vis pour l'étude des variations de la qualité de la MOD dans les deux cours d'eau à des échelles allant du mois à la journée. L'étude de ces différentes bases spectrales a permis permet aussi de distinguer des étapes critiques à améliorer (comme la compensation des spectres de la turbidité) pour faciliter l'utilisation et l'interprétation des données issues des sondes spectrophotométriques UV-vis dans un but de caractériser la MOD des eaux résiduaires et des eaux de surface.

National audience; Les sédiments ont un rôle écologique essentiel pour de nombreuses espèces aquatiques. Toutefois, leur capacité à capter les polluants persistants peut participer à long terme à la contamination des milieux aquatiques. Aussi, afin de mieux prendre en compte les impacts écotoxicologiques de la contamination des sédiments et appréhender le risque écologique qui en découle, il est important de disposer de méthodes d'évaluation robustes. Cet article présente la contribution d'un groupe franco-suisse réunissant chercheurs, gestionnaires et représentants de bureaux d'études qui ont travaillé ensemble afin de dresser un état des lieux et formuler des recommandations pour mieux caractériser la contamination des sédiments, les niveaux d'exposition des communautés benthiques et les effets possibles sur ces espèces.

In order to improve the chemical status assessment of surface waters, some alternative methods for sampling and laboratory analysis were developed. Among these alternative methods, UV-visible spectrophotometric techniques are increasingly used as they allow in situ and continuous measurements. The UV-vis spectra obtained by commercial devices allow the quantification of suspended particulate matter (SPM), nitrates, chemical oxygen demand (COD) or total organic carbon (TOC). Numerous studies show that the UV-vis spectra would provide information on the quality of dissolved organic matter (DOM) such as the degree of aromaticity or the size distribution of organic molecules. This report investigates the potential of UV-visible spectrophotometric measurement to provide information on the quality of DOM in different types of water from several scenarios. For this, a preliminary experiment was carried out in the laboratory: Eight wastewaters (untreated raw water and treated water) from two treatment plants were physically fractionated (by sieving and filtration) to highlight the influence of different classes of particles or organic colloides on the UV-vis spectra measured by two field systems (spectro probe:lyser and Pastel Uviline system) and laboratory spectrophotometer. The first results show a good agreement between the two field systems for the analysis of major parameters such as SPM, nitrates, COD and TOC. These analyses could be improved by using local calibration. A set of conventional indicators was estimated from the spectra: SUVA, absorbance ratios (250/365nm; 465/665nm), spectral slopes over the 275-295 nm and 350-400 nm ranges. These indicators clearly show that the quality of DOM at the two stations is different, with changes over the sampling time for each station. Finally, an analysis of all spectra using descriptive statistical tools (such as principal component analysis) clearly differentiates the waters and fractions according to their origin and the characteristics of DOM. The next part of the study consists on the observation of the variability of spectra acquired on wastewaters and surface waters and the study of their spectral fingerprints (by integrating all the indicators). For this purpose, several spectral databases have been built from: - 4 river samples and 59 wastewater samples collected along the treatment lines of 9 wastewater treatment plants (WWTPs) between 2017 and 2018. In addition to UV-vis spectra, complementary DOM characterization analyses (including size distribution of DOM) have been conducted. The comparison of spectra with complementary data improves the interpretation of UV-vis indicators. Some spectral fingerprints specific to water types (input and output waters of WWTPs) are constructed from these indicators. - 279 spectra of wastewater (n=237) and surface water (n=42). The variability of spectral fingerprints is compared to the type and origin of the water and therefore the potential source of DOM. This extensive database confirms the use of spectral fingerprints to classify waters according to the quality of the DOM they contain. - 2 temporal monitoring conducted on the Oise (November 2015 - February 2016) and Gier (May 2017 - May 2018) Rivers. After processing the raw data (mainly turbidity correction), the chronicles of spectra illustrate the potential of UV-vis spectrophotometry for studying the variations of DOM quality in rivers at scales ranging from month to day. These different examples highlight critical steps to be improved (such as the compensation of turbidity spectra) to facilitate the use and interpretation of data from UV-vis spectrophotometric probes in order accurately characterize DOM in waste and surface waters.; Afin d'améliorer la qualité de l'évaluation de l'état chimique des eaux, des méthodes alternatives aux méthodes de prélèvement et d'analyses classiques se développent. Parmi ces techniques, les systèmes spectrophotométriques UV-visible, permettant des mesures in situ et en continu, sont de plus en plus utilisés. Des sondes commercialisées permettent d'obtenir des teneurs en matières en suspension (MES), nitrates, demande chimique en oxygène (DCO) ou carbone organique à partir des spectres UV-vis. De nombreuses études montrent qu'il est possible d'extraire des données spectrales d'autres types d'informations sur la qualité de la matière organique dissoute (MOD) comme le degré d'aromaticité ou la taille globale des molécules organiques. Ce rapport explore le potentiel de la mesure spectrophotométriques UV-vis pour apporter des informations sur la qualité de la MOD de différents types d'eaux. Ce travail s'appuie sur des expérimentations menées en laboratoire et sur l'analyse de jeux de spectres UV-vis acquis sur des eaux résiduaires et de surface. Une expérimentation préliminaire a été réalisée en laboratoire en 2016. Huit échantillons d'eaux résiduaires (eaux brutes non traitées et eaux traitées) de deux stations de traitement ont été physiquement fractionnées (par tamisage et filtration) afin de voir l'influence des différentes classes de particules et colloïdes organiques sur les spectres UV-vis mesurés avec deux systèmes portables (sonde spectro::lyser et système Pastel Uviline) et un spectrophotomètre de laboratoire. Les résultats montrent une bonne concordance entre les deux systèmes de mesures pour l'analyse des paramètres majeurs (MES, nitrates, DCO, DBO et COT) qui pourrait être améliorée en prenant en compte une calibration locale. Un ensemble d'indicateurs sont estimés à partir des spectres : indice SUVA, rapports d'absorbance (250/365nm ; 465/665nm), pentes spectrales sur les domaines 275-295 nm et 350-400 nm. Ces indicateurs montrent clairement que la qualité de la MOD des deux stations est différente, et qu'elle évolue en fonction du temps de prélèvement pour une même station. La suite de l'étude consiste à observer la variabilité des spectres UV-vis d'échantillons d'eaux résiduaires et d'eau de surface et d'étudier leurs signatures spectrales (à partir de l'ensemble des indicateurs classiques). Pour cela, plusieurs bases de données ont été construites à partir de : - 4 échantillons de rivière et 59 échantillons d'eaux résiduaires prélevés le long des traitements de 9 stations de traitements d'eaux usées (STEU) entre 2017 et 2018. En plus des spectres UV-vis, des analyses complémentaires de caractérisation de la MOD (dont la distribution de taille de la MOD) ont été réalisées. La comparaison des spectres et des données complémentaires permettent de mieux interpréter les indicateurs UV-vis classiques. Des signatures spectrales spécifiques des types d'eaux (entrée vs. sortie de STEU) sont identifiées à partir de l'intégration de l'ensemble de ces indicateurs. - 279 spectres UV-vis d'eaux résiduaires non traitées et traitées (n=237) et d'eaux de surface (n=42). La variabilité des signatures spectrales est étudiée en fonction du type et de l'origine de l'eau et donc de la source potentielle de la MOD. Cette banque de données conséquente permet de confirmer l'utilisation des empreintes spectrales pour classer des eaux de surface en fonction de la qualité de la MOD qu'elles contiennent. - 2 suivis temporels réalisés sur les rivières Oise (novembre 2015 à février 2016) et Gier (mai 2017 à mai 2018). Les chroniques de spectres, après traitement des données brutes (correction de la turbidité), permettent d'illustrer le potentiel de la spectrophotométrie UV-vis pour l'étude des variations de la qualité de la MOD dans les deux cours d'eau à des échelles allant du mois à la journée. L'étude de ces différentes bases spectrales a permis permet aussi de distinguer des étapes critiques à améliorer (comme la compensation des spectres de la turbidité) pour faciliter l'utilisation et l'interprétation des données issues des sondes spectrophotométriques UV-vis dans un but de caractériser la MOD des eaux résiduaires et des eaux de surface.

Since 2000, the number of references on sensors in freshwater and wastewater has been constantly increasing. In order to have an overall view of the substances that may be easily analyzed by in situ and continuous systems in a near future, a bibliographic compilation of the sensors in development (i.e. not commercialized) for the analysis of chemical compounds in the environmental matrices has been carried out. This non-exhaustive panorama lists 281 articles published during 2017-2018. The chemical compounds selected are included in the different lists of the WFD (decree of 7 August 2015). From definitions and general information on the sensors, different criteria were used to describe the selected sensors: analyzed substance(s), type of sensor (chemical sensor, biosensor), analytical technique, type(s) of tested water, level of development progress, measuring range, limits of detection or quantification. The sensors are mainly based on electrochemistry (voltammetry, amperometry, potentiometry...) and optical techniques (colorimetry, fluorescence, resonance of surface plasmon...). A general synthesis of sensors by families of compounds is proposed for pesticides, polycyclic aromatic hydrocarbons, phenols, phthalates and bisphenol A, metals and metalloids (Cd, Pb, Hg, Ni, Cu, As) as well as for major parameters (chemical oxygen demand, biochemical oxygen demand, nitrate, nitrite, ammonium). In general, the performances of the sensors are evaluated in synthetic waters and in real waters (surface water, tap water, wastewater....) which can be doped. Nearly all the sensors are not tested in field conditions or over long-term. The detection limits obtained can be very variable for the same family of compounds. For few compounds, the detection limits are too high to be considered as relevant sensors for the monitoring of surface waters (e.g. nickel or bisphenol A). However, some sensors having a high state of progress and detection limits well adapted to the concentrations in the environmental matrices would be instructive to test in field conditions. These sensors, covering a wide range of compounds, are listed in this report.; Depuis les années 2000, le nombre de références bibliographiques sur les capteurs dans les eaux douces et les eaux résiduaires est en constante augmentation. Un travail de synthèse bibliographique des capteurs en développement (i.e. non commercialisés) pour l'analyse de composés chimiques dans les matrices environnementales avait été réalisé en 2017 afin d'avoir une vue d'ensemble sur les substances qui pourraient être analysées par des systèmes de mesures in situ et en continu dans un futur proche. Ce travail consiste en la mise à jour de la précédente veille avec 281 nouveaux articles recensés. Les composés chimiques retenus pour ce panorama font partie des listes des substances de l'état chimique des eaux de surface et des polluants spécifiques de l'état écologique des eaux de surface, de la liste des substances pertinentes à surveiller, et de la liste des paramètres physico-chimiques pour les cours d'eau de la Directive Cadre sur l'Eau (Arrêté du 7 août 2015). Sur la base de définitions et généralités sur les capteurs, différents critères ont été retenus pour décrire chaque capteur retenu dans ce panorama : substance(s) analysée(s), type de capteur, type de transducteur, type(s) d'eau testé(s), gamme de concentration de mesure, limites de détection ou de quantification obtenues. Les capteurs recensés se basent principalement sur des techniques électrochimiques (voltammétrie, ampérométrie, potentiométrie...) et optiques (fluorescence, spetroscopie UV-visible, résonnance des plasmons de surface...). Une synthèse générale des capteurs par grandes familles de composés est proposée pour les pesticides, les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les phénols, les phtalates et le bisphénol A, les métaux et métalloïdes (Cd, Pb, Hg, Ni, Cu, As) ainsi que pour les paramètres majeurs (demande chimique en oxygène, demande biochimique en oxygène, nitrate, nitrite et ammonium). De façon générale, les performances des capteurs sont évaluées dans des eaux synthétiques et des eaux réelles (eaux de surface, de robinet, résiduaires...). Mais la quasi-totalité des capteurs ne sont pas testés en conditions réelles sur le terrain ou sur le long terme. Les limites de détection obtenues peuvent être très variables pour une même famille de composés. Pour certaines substances, les limites de détection sont trop élevées pour envisager des analyses pertinentes dans les eaux de surface (par exemple pour le cadmium ou le bisphénol A). Finalement, les principes de détection ne semblent pas être un facteur limitant dans le développement des capteurs environnementaux. Pour atteindre les réseaux opérationnels de capteurs environnementaux sur le terrain, il faut surmonter les obstacles scientifiques et technologiques au niveau de la mise en oeuvre.

National audience; La MO des milieux aquatiques soumis à des pressions urbaines importantes possède des propriétés physico-chimiques différentes de la MO des eaux de surface pas ou peu impactées par les rejets anthropiques : plus faible proportion d'acides fulviques et humiques, molécules de tailles plus petites, plus faible aromaticité, enrichissement en azote (Imai et al., 2002 ; Pernet-Coudrier et al., 2011). De même, les caractéristiques de la MO d'origine anthropique peuvent varier en fonction de l'origine des eaux (e.g. domestique, industrielle, pluviale, ruissellement) et du type de traitement appliqué ou non (Michael-Kortadou et al., 2015). Les différences de nature entre MO naturelle et anthropique sont aussi observées au travers de leurs interactions avec certains métaux qui sont plus complexés par la MO d'origine anthropique (e.g. Louis et al., 2014 ; Matar et al., 2015). Cependant, les connaissances sur la nature et les propriétés physico-chimiques de la MO d'origine anthropique, ainsi que sa réactivité et son devenir sont limitées. En effet : - de nombreuses études sur la MO d'origine anthropique traitent des rendements épuratoires à partir d'analyses globales (type DCO ou DBO) qui sont limitées pour décrire la nature de la MO ; - la MO est souvent représentée par les substances humiques qui représentent en moyenne 40 à 60% de la MO naturelle mais qui sont peu représentatives de la MO anthropique (Pernet-Coudrier et al., 2008) ; - la MO est souvent analysée après des étapes d'extraction et de purification qui permettent de séparer la MO selon certaines propriétés mais qui sont longues à mettre en oeuvre et ne permettent pas l'analyse d'échantillons en grande quantité. Nous proposons d'initier une étude sur l'établissement de relations entre les différentes sources de MO anthropique et sa nature ou ses propriétés physico-chimiques. Le potentiel de la combinaison de différentes techniques analytiques complémentaires est étudié au travers du développement d'une stratégie de caractérisation intégrée de la MO basée sur la combinaison de descripteurs pertinents. Pour cela, des eaux usées brutes et traitées (n=26) ont été collectées en amont et aval de différentes stations de traitement d'eaux usées et de traitements tertiaires (traitements par boues activées, filtres plantés de roseaux, biofiltres, zones de rejets végétalisées...). La MO dissoute de ces échantillons a été caractérisée par des techniques permettant des analyses sans prétraitements de l'échantillon : spectrophotométrie UV-visible, fluorescence 3D, chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution, chromatographie d'exclusion stérique couplée à détection UV. La variabilité de la composition/nature de la MO anthropique et de ses propriétés physico-chimiques est mise en évidence. Ce travail préliminaire permettra de commencer la constitution d'une base de données inédite à partir d'un jeu d'échantillons couvrant une très large gamme de types de rejets urbains.

National audience; La MO des milieux aquatiques soumis à des pressions urbaines importantes possède des propriétés physico-chimiques différentes de la MO des eaux de surface pas ou peu impactées par les rejets anthropiques : plus faible proportion d'acides fulviques et humiques, molécules de tailles plus petites, plus faible aromaticité, enrichissement en azote (Imai et al., 2002 ; Pernet-Coudrier et al., 2011). De même, les caractéristiques de la MO d'origine anthropique peuvent varier en fonction de l'origine des eaux (e.g. domestique, industrielle, pluviale, ruissellement) et du type de traitement appliqué ou non (Michael-Kortadou et al., 2015). Les différences de nature entre MO naturelle et anthropique sont aussi observées au travers de leurs interactions avec certains métaux qui sont plus complexés par la MO d'origine anthropique (e.g. Louis et al., 2014 ; Matar et al., 2015). Cependant, les connaissances sur la nature et les propriétés physico-chimiques de la MO d'origine anthropique, ainsi que sa réactivité et son devenir sont limitées. En effet : - de nombreuses études sur la MO d'origine anthropique traitent des rendements épuratoires à partir d'analyses globales (type DCO ou DBO) qui sont limitées pour décrire la nature de la MO ; - la MO est souvent représentée par les substances humiques qui représentent en moyenne 40 à 60% de la MO naturelle mais qui sont peu représentatives de la MO anthropique (Pernet-Coudrier et al., 2008) ; - la MO est souvent analysée après des étapes d'extraction et de purification qui permettent de séparer la MO selon certaines propriétés mais qui sont longues à mettre en oeuvre et ne permettent pas l'analyse d'échantillons en grande quantité. Nous proposons d'initier une étude sur l'établissement de relations entre les différentes sources de MO anthropique et sa nature ou ses propriétés physico-chimiques. Le potentiel de la combinaison de différentes techniques analytiques complémentaires est étudié au travers du développement d'une stratégie de caractérisation intégrée de la MO basée sur la combinaison de descripteurs pertinents. Pour cela, des eaux usées brutes et traitées (n=26) ont été collectées en amont et aval de différentes stations de traitement d'eaux usées et de traitements tertiaires (traitements par boues activées, filtres plantés de roseaux, biofiltres, zones de rejets végétalisées...). La MO dissoute de ces échantillons a été caractérisée par des techniques permettant des analyses sans prétraitements de l'échantillon : spectrophotométrie UV-visible, fluorescence 3D, chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution, chromatographie d'exclusion stérique couplée à détection UV. La variabilité de la composition/nature de la MO anthropique et de ses propriétés physico-chimiques est mise en évidence. Ce travail préliminaire permettra de commencer la constitution d'une base de données inédite à partir d'un jeu d'échantillons couvrant une très large gamme de types de rejets urbains.

La conception de la ZRV de Marguerittes est détaillée dans le document qui décrit le contexte général de création de cette ZRV (Boutin et Walaszek, 2014). Les périodes d'acquisition des données analysées sont différentes selon les paramètres : (données hydriques, Paramètres chimiques : Majeurs sous forme de prélèvements ponctuels et bilans 24h ou enregistrement en continu, Micropolluants, prélèvements de dépôts par bathymétrie, Indicateurs de contamination fécale, Végétaux). Le compartiment « sol » n'est pas étudié sur ce site, les bassins ayant été étanchéifiés. Ce rapport s'attache à présenter les résultats et analyses du suivi de la ZRV de Marguerittes selon les aspects hydrauliques et des évolutions de qualité des différents paramètres physicochimiques contenues dans les eaux, sans exclure les boues. Une conclusion sous forme de bilan de masse, intègre les résultats du compartiment « végétal ».

National audience; In wastewater treatment plants, emerging micropollutants are frequently quantified. For several years, technological solutions, including ozonation, have been studied for their elimination. In France, the implementation, in 2012, of a full-scale ozonation process at Sophia Antipolis (06) provided the opportunity to study in real-life dynamic conditions the performance of micropollutants removal in order to improve the knowledge, to better manage, control and even predict these performances. Ten sampling campaigns were carried out under different operating conditions, such as the transferred ozone dose (3.4 to 12.7 gO3/m3; 0.5 to 1.6 gO3/g dissolved organic carbon [DOC]) and secondary effluent quality. A total of 53 organic micropollutants were analyzed (pharmaceuticals, pesticides, hormones). The results of this study highlight the importance of taking into account in the determination of the transferred ozone dose, the matrix of the effluent at ozonation inlet, in particular DOC concentrations and nitrites. As a consequence, it is necessary i) to normalize the ozone dose to DOC in order to switch from a transferred ozone dose to a specific ozone dose, then ii) to correct this specific dose by nitrites. In presence of elevated DOC or nitrites concentrations, the ozone dose actually available for micropollutants removal is reduced leading to a reduction in the removal performance of micropollutants that are less reactive with ozone. The specific ozone doses (excluding consumption by nitrites) required to achieve a target of 80% removal efficiency were defined for 3 micropollutants groups (A, B & C) based on their reactivity toward ozone. For the most reactive micropollutants (group A), a dose of less than 0.4 gO3/gDOC is sufficient to achieve this objective; while a dose twice as high is required for the least reactive micropollutants (group C). In addition to the quality of the effluent at ozonation inlet (DOC, nitrites), the nature of target micropollutants also strongly influences the minimum transferred ozone dose required to achieve a defined disposal efficiency target.; Dans les rejets de stations d'épuration, des micropolluants émergents sont fréquemment quantifiés. Depuis plusieurs années, des solutions technologiques, dont l'ozonation, sont étudiées pour leur élimination. En France, l'implantation d'un procédé d'ozonation à pleine échelle en 2012 à Sophia Antipolis (06) a offert l'opportunité d'étudier en conditions dynamiques réelles les performances d'élimination des micropolluants pour améliorer les connaissances disponibles et in fine mieux maîtriser, piloter, voire prédire ces performances. Dix campagnes d'échantillonnage ont été menées selon différentes conditions de fonctionnement, telles que la dose d'ozone transférée (3,4 à 12,7 Go 3/m3, soit 0,5 à 1,6 gO3/g de carbone organique dissous [COD]) et la composition de l'effluent secondaire. Au total, 53 micropolluants organiques ont été analysés (pharmaceutiques, pesticides, hormones). Les résultats de cette étude ont montré l'importance de prendre en compte, dans la détermination de la dose d'ozone transférée, la matrice de l'effluent en entrée d'ozonation, en particulier les concentrations en COD et en nitrites. Par conséquent, il est nécessaire i) de normaliser la dose d'ozone au COD, afin de passer d'une dose transférée à une dose spécifique, puis ii) de corriger la dose spécifique aux nitrites. À concentrations élevées en COD et/ou nitrites, la dose d'ozone réellement disponible pour l'élimination des micropolluants est réduite entraînant une réduction des performances d'élimination des micropolluants les moins réactifs à l'ozone. Les résultats de cette étude ont permis de définir les doses d'ozone spécifiques (hors consommation par les nitrites) requises pour permettre d'atteindre un objectif de 80 % de rendement d'élimination par l'ozonation en fonction du groupe de réactivité des micropolluants. Pour les micropolluants les plus réactifs (groupe A), une dose inférieure à 0,4 gO3/gCOD est suffisante pour atteindre cet objectif, tandis qu'il faut une dose deux fois supérieure pour les micropolluants les moins réactifs (groupe C). En complément de la qualité de l'effluent en entrée d'ozonation (COD, nitrites), la nature des micropolluants ciblés influence aussi fortement la dose d'ozone à transférer pour atteindre un objectif de rendement d'élimination défini.

National audience; Les pièges à particules représentent un moyen efficace et peu coûteux pour le prélèvement de matières en suspension en rivière (MES) et la quantification des flux de contaminants associés. Le prélèvement est de plus intégratif dans le temps et permet ainsi de mieux quantifier l'effet d'évènements exceptionnels. Cependant, sur le terrain, des différences de granulométrie importantes ont été constatées entre des prélèvements de MES réalisés par pompage/centrifugation ou par prélèvement manuel suivi de décantation en centrifugeuse et ceux réalisés à l'aide de pièges à particules. Dans l'objectif de quantifier l'efficacité du piège par classe granulométrique, des expériences en milieu contrôlé (canal de laboratoire) ont été menées. Ces expériences ont consisté à exposer le piège pendant un temps donné (environ 1 heure) à un flux constant (débit imposé) de sédiment naturel de granulométrie étendue. Plusieurs débits ont été explorés. Pour chaque exposition et donc chaque débit, des mesures de vitesse, de concentration en MES et de granulométrie ont été réalisées à plusieurs hauteurs. Nous avons mis en évidence que d'un débit à l'autre l'efficacité varie grandement. Elle varie aussi en fonction de la granulométrie des sédiments. Les sédiments grossiers sont très représentés dans le piège alors que peu présents dans les prélèvements en suspension. Ainsi, la granulométrie des sédiments piégés est plus proche de la granulométrie des sédiments prélevés au fond du canal qu'à la hauteur de l'entrée du piège (5 cm au-dessus). L'impact du piège sur l'écoulement est probablement à l'origine de ce phénomène. On observe en effet une réduction de plus de 10% de la vitesse juste en amont du piège par rapport à un mètre en amont. Le piège a été reprofilé pour voir l'effet d'une telle forme mais l'impact sur la granulométrie collectée n'est pas significatif. L'ajout d'un ajutage plus long en amont des orifices d'entrée pourra également être testé. Ces résultats ne remettent pour autant pas en question l'utilisation du piège pour la mesure de flux de contaminants car il reste un très bon moyen de concentrer des MES représentatives de la rivière lors de prélèvements intégratifs, en vue d'analyses physico-chimiques.

National audience; L’objectif d’atteinte du bon état chimique et écologique des milieux aquatiques nécessite soit la réduction à la source, soit la réduction par traitement dédié du flux de micropolluants émis par les stations de traitement des eaux usées (STEU). L’élimination de micropolluants par ozonation tertiaire a été étudiée dans la STEU de Sophia Antipolis afin (i) d’évaluer les performances du procédé et (ii) de contribuer à la définition d’indicateurs chimiques pour l’évaluation de la performance de traitement par ozonation tertiaire des micropolluants.

Les pièges à particules sont utilisés dans le cadre de l'OSR pour le prélèvement de matières en suspension (MES) en vue de leur analyse physico-chimiques. Sur la station de mesure du Rhône à Jons, des prélèvements de MES sont également réalisés par centrifugation et sont considérés comme l'échantillonnage de référence ponctuel. Les analyses granulométriques réalisées sur les échantillons de MES issus de ces deux techniques de prélèvements montrent que les particules collectées à l'aide d'un piège à particules sont plus grossières que celles collectées par centrifugation. Des tests en milieu contrôles ont été réalisés dans le canal hydraulique d'Irstea Lyon-Villeurbanne afin d'établir des recommandations pour optimiser le déploiement in situ des PAP, corriger des résultats d'analyses physico-chimiques, voire améliorer le design des PAP. Ce document présente le protocole suivi lors des différentes expériences, ses améliorations successives ainsi que les résultats obtenus. Les expériences menées semblent indiquer que le biais granulométrique observé sur le terrain entre les prélèvements au piège à particules et la centrifugeuse est dû à une perte de sédiments fins. Nous n'avons pas observé de récolte de sédiments grossiers significative non représentative des sédiments en suspension. Il semble que la mise en place du piège perché sur une berge permette de s'affranchir de bouffées de sédiments plus grossiers lors d'évènements particuliers. Des pistes sont envisagées pour améliorer l'efficacité du piège et pourront faire l'objet d'un projet ultérieur. Lors de ce projet, nous pourrions étudier également l'efficacité propre du piège et non du piège dans son environnement en l'alimentant directement par un tuyau. D'autre part, nous avons choisi dans un premier temps d'étudier les pièges à particules à débit et concentrations constants. Par la suite, nous pourrions également étudier le potentiel d'intégration des flux du piège avec des écoulements instationnaires.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; L’action III.1 du programme OSR 4 vise à estimer les flux de MES et de contaminants associés sur le Rhône et ses principaux affluents. Pour répondre à cet objectif, un réseau de mesure en continu des concentrations en MES et de prélèvements de MES a été mis en place. Ce document décrit les interventions et les mesures réalisées sur le réseau d’observation des flux particulaires de l’OSR pour l’année 2016 (OSR 4). Il présente également l’avancement de la bancarisation des données issues de ce suivi dans la base BDOH/OSR (flux). L’année 2016 a été marquée par la mise en place d’une nouvelle station sur l’Ardèche et par le suivi de l’opération d’abaissement partiel du barrage de Verbois (APAVER) sur le Rhône amont. L’outil BDOH, qui permettait jusqu’alors de gérer uniquement des données quantifiées, dispose désormais d’une nouvelle fonctionnalité pour la bancarisation de données reconstituées et inférieures aux limites de quantification.

National audience; Les performances de la STEP des Bouillides (Sophia Antipolis, France), équipée d’un traitement des micropolluants par ozonation, sont évaluées dans le projet «Micropolis-Procédés». Pour atteindre 70 à 80% d’élimination, la dose d’ozone transférée requise va de moins de 0,4 à 1 g O3/g DOC, suivant la réactivité des micropolluants avec l’ozone. Il est mis en évidence qu’une augmentation, en entrée d’ozonation, de la concentration en carbone organique dissous et/ou en nitrite réduit les performances d’élimination des micropolluants les moins réactifs.

Wastewater treatment plants usually remove a significant amount of micropollutants by volatilization, sorption and/or biodegradation. Nevertheless, secondary effluents still contain various pharmaceutical compounds and pesticides at very low concentrations up to few micrograms per liter. Most of these compounds are photoactive, either due to their chemical structure able to absorb UV irradiation, or due to a reaction with intermediates (metabolites) formed after reactions with organic matter and nitrates, under UV irradiation. This technical report deals with the transformation of organic micropollutants under sun light exposure in planted discharge area. We first remember the main mechanisms that drive photodegradation in surface water. Then, we present an innovative on-site experimental protocol to investigate the contribution of photodegradation process occurring in the water column of discharged planted areas. We studied 44 organic micropollutants (32 pharmaceuticals, 7 pesticides and 5 byproducts). Finally, we present the results drawn from 2 applications of the protocol in March and July 2015: the applied and transmitted light intensities, the efficient water depth, the contribution of each direct and indirect photolysis pathways, modelling.; Les stations de traitement des eaux usées éliminent une grande partie des micropolluants organiques par volatilisation, sorption et/ou biodégradation. Néanmoins, les effluents traités contiennent encore de nombreuses molécules pharmaceutiques et phytosanitaires à des concentrations faibles, mais atteignant parfois quelques microgrammes par litre et ayant un impact sur l’environnement. Plusieurs de ces molécules sont photoactives en raison de leurs structures chimiques capables de se modifier sous l’action des rayons ultraviolets (photolyse directe). D’autres molécules sont attaquées par des intermédiaires chimiques très réactifs produits à partir de la matière organique, ou des nitrates, en présence de rayons ultraviolets (photolyse indirecte). Ce rapport porte sur les processus de photodégradation de micropolluants organiques en présence de lumière naturelle en zone de rejet végétalisée de type bassin. Les différents mécanismes de photodégradation sont tout d’abord succinctement rappelés (éléments détaillés dans le rapport 2015 de synthèse bibliographique). Puis, nous détaillons la méthodologie de mesure des vitesses de photodégradation directe et indirecte, mise au point dans le cadre de ce travail, et appliquée en mars et juillet 2015. Nous avons étudié 44 micropolluants organiques (32 pharmaceutiques, 7 pesticides et 5 métabolites). Les résultats sont présentés avec, d’une part, les conditions expérimentales (l’intensité lumineuse incidente et celle transmise dans l’eau, la hauteur d’eau efficace), et d’autre part, la contribution des voies directe et indirecte de la photodégradation à l’élimination des micropolluants, et enfin la modélisation.

La technologie de traitement complémentaire des eaux usées urbaines par ozonation se développe en France et en Suisse. La présente étude vise à déterminer les performances d’un réacteur d’ozonation vis-à-vis de l’élimination de substances prioritaires et émergentes. Il est implanté sur la STEU des Bouillides à Sophia-Antipolis, en aval du traitement du carbone et de la nitrification par biofiltration, et, en amont de biofiltres dénitrifiants. Douze campagnes d’échantillonnage ont été réalisées sur l’installation de Sophia-Antipolis à des doses d’ozone transférées spécifiques comprises entre 0,5 et 1,6 gO3/gC. Au total, 23 métaux et 53 substances organiques ont été analysés (15 hormones, 7 pesticides, 26 pharmaceutiques et 5 métabolites) par des méthodes analytiques robustes et sensibles. Des expérimentations en réacteur séparé (30L) ont visé à définir 3 classes de réactivité de l’ozone avec les micropolluants étudiés (oxydation rapide, intermédiaire et lente). Nous avons pu vérifier que les nitrites sont totalement éliminés par l’ozonation lorsqu’ils sont présents en sortie de traitement secondaire, et que la matière organique est bien transformée, sans conduire à une minéralisation. Nous avons mesuré une baisse importante des concentrations en micropolluants organiques, alors que les concentrations dissoutes en métaux restent stables. En sortie du traitement complémentaire, les concentrations en hormones sont inférieures à 10 ng/L, à l’exception du cortisol et de la cortisone. Pour les autres micropolluants organiques, les concentrations sont inférieures à 10 ng/L pour 23 substances, et sont parfois supérieures à 100 ng/L pour le kétoprofène, l’acide fénofibrique, l’oxazépam et l’aténolol. Le traitement par ozonation de Sophia-Antipolis permet d’atteindre des rendements d’élimination élevés (70%, voire > 90%) des micropolluants organiques étudiés, y compris pour les micropolluants lentement oxydables comme le diuron ou l’imidaclopride. Le rendement d’élimination des micropolluants étudiés est fonction de la réactivité des micropolluants à l’ozone, de la dose d’ozone transférée et de la composition en nitrites et en carbone organique dissous de l’effluent appliqué. Pour atteindre un minimum de 80% d’élimination, la dose d’ozone spécifique corrigée par les nitrites est comprise entre 0,2-0,4 gO3/gC (pour les micropolluants rapidement oxydables (comme le diclofénac, la carbamazépine, le sulfaméthoxazole et l’estrone), et, 0,8-0,9 gO3/gC pour les micropolluants lentement oxydables (comme le diuron et l’imidaclopride). Les performances d’oxydation des micropolluants sont influencées par la présence de nitrites, et elles peuvent être pénalisées si la dose d’ozone appliquée ne prend pas en compte la demande en ozone des nitrites. Pour cela, un pilotage de l’ozonation par la mesure de la concentration en nitrites est donc essentiel dans l’effluent secondaire. Une alternative possible consiste en la mesure en ligne du rendement d’élimination de l’absorbance UV à 254 nm entre l’entrée et la sortie de l’ozonation. Enfin, nous avons montré que l’ozonation ne limitait pas la dénitrification située en aval, et que les biofiltres dénitrifiants avaient une faible contribution sur l’élimination des micropolluants. L’étude énergétique a montré que la consommation électrique du traitement par ozonation représentait jusqu’à ¼ de la consommation électrique globale de la STEU. Elle est principalement due au fonctionnement du système de production d’air, du générateur d’ozone et du destructeur thermique, dont les consommations pourraient être diminuées. L’étude environnementale était basée sur les méthodes ReCiPe et USEtox® limitées à une trentaine de micropolluants. Les résultats montrent que l’ajout du traitement complémentaire sur la STEU de Sophia-Antipolis a un effet contrasté, avec des améliorations dues à la réduction des émissions directes de micropolluants. Mais ces gains sont compensés par les impacts générés par le fonctionnement (consommation électrique, méthanol). La prise en compte de facteurs de caractérisation des impacts des micropolluants suivis dans cette étude permettrait de déterminer plus précisément les impacts évités par le traitement complémentaire. En incluant l’amortissement des d’investissements sur 5 ou 10 ans, l’impact sur le prix de l’eau est au final compris entre 10 et 18 ct ¤ HT /m3 (énergie, maintenance, entretien et amortissement des investissements).

National audience; L’objectif d’atteinte du bon état chimique et écologique des milieux aquatiques nécessite soit la réduction à la source, soit la réduction par traitement dédié du flux de micropolluants émis par les stations de traitement des eaux usées (STEU). L’élimination de micropolluants par ozonation tertiaire a été étudiée dans la STEU de Sophia Antipolis afin (i) d’évaluer les performances du procédé et (ii) de contribuer à la définition d’indicateurs chimiques pour l’évaluation de la performance de traitement par ozonation tertiaire des micropolluants.

Particulate matters are a central point in the assessment of water bodies. A wide range of techniques is available for sampling of particulate matters (TSS / Sediment) in aquatic systems. The relevance of each technique is determined by the flows and dynamics of the particulate matters, the data requirements (limit of quantification, accuracy, uncertainty, representativity ...) and available resources. These factors determine the sampling strategy and method to be adopted and how the sample should be handled (transported and stored) after collection. It is therefore essential to pay particular attention to the following question: Which sampling approach (s) will provide the most representative sample? Sediment traps are collectors, boxes, or baskets, placed in the water column and which capture the particulate matters continuously by decantation. Once deployed, the water passes through the system in which a decrease in the velocity of the flow occurs, causing the particulate matters to decant in the tool. The objective of this action is to evaluate the potential of sediment traps in the monitoring of chemical contamination of aquatic environments. The main observations show that sediment traps can be integrated into strategies for the chemical monitoring of aquatic environments' contamination, in particular to: - Integrate the variability of contaminant concentrations in particulate matter; - Track chemical contamination of water bodies; - Improve the representativeness of the assessment of chemical contamination of aquatic environments by an integrated measure, in addition to integrative samplers; - Meet chemical monitoring requirements for EQS and whole water; in addition to passive integrative samplers; - Estimate flows of particulate contaminants.; La prise en compte des particules est un point central de l'évaluation des masses d'eaux. Un large éventail de techniques est disponible pour l'échantillonnage des particules (MES/Sédiments) dans les systèmes aquatiques. La pertinence de chaque technique est déterminée par les flux et dynamiques des particules, les exigences sur les données (limite de quantification, exactitude, incertitude, représentativité, ...) et les ressources disponibles. Ces facteurs déterminent la méthode d'échantillonnage à adopter et la manière dont l'échantillon devra être manipulé (transporté et stocké) après la collecte. Il est donc indispensable de porter une attention particulière à la question suivante : quelle(s) approche(s) d'échantillonnage fournira (ont) 'échantillon le plus représentatif ? Les pièges à particules sont des collecteurs, boîtes, ou paniers, placés dans la colonne d'eau et qui capturent les particules en continu par décantation. Une fois déployé, l'eau passe au travers du système au sein duquel une diminution de la vitesse du débit s'opère, provoquant la décantation des particules dans l'outil. L'objectif de cette action est d'évaluer le potentiel des pièges à particules dans le cadre de la surveillance de la contamination chimique des milieux aquatiques. Les principales observations démontrent que les pièges à particules peuvent être intégrés dans des stratégies de surveillance de la contamination chimique des milieux aquatiques, notamment pour : - Intégrer la variabilité des concentrations en contaminants dans les particules; - Suivre en tendance la contamination chimique des masses d'eau ; - Améliorer la représentativité de l'évaluation de la contamination chimique des milieux aquatiques par une mesure intégrée, en complément d'échantillonneurs intégratifs ; - Répondre aux exigences de surveillance de l'état chimique NQE et fraction eau totale ; en complément d'échantillonneurs intégratifs passifs ; - Estimer des flux de contaminants particulaires

Since 2000, the number of references on sensors in freshwater and wastewater has been constantly increasing. In order to have an overall view of the substances that may be easily analyzed by in situ and continuous systems in a near future, a bibliographic compilation of the sensors in development (i.e. not commercialized) for the analysis of chemical compounds in the environmental matrices has been carried out. This non-exhaustive panorama lists 167 articles published mainly during the last 5 years. The chemical compounds selected are included in the different lists of the WFD (decree of 7 August 2015). From definitions and general information on the sensors, different criteria were used to describe the selected sensors: analyzed substance(s), type of sensor (chemical sensor, biosensor), analytical technique, type(s) of tested water, level of development progress, measuring range, limits of detection or quantification. The sensors are mainly based on electrochemistry (voltammetry, amperometry, potentiometry...) and optical techniques (colorimetry, fluorescence, resonance of surface plasmon...). A general synthesis of sensors by families of compounds is proposed for pesticides, polycyclic aromatic hydrocarbons, phenols, phthalates and bisphenol A, metals and metalloids (Cd, Pb, Hg, Ni, Cu, As, Cr, Ag ...) as well as for major parameters (chemical oxygen demand, biochemical oxygen demand, nitrate, nitrite, ammonium, calcium and carbonate). In general, the performances of the sensors are evaluated in synthetic waters and in real waters (surface water, tap water, wastewater....) which can be doped. Nearly all the sensors are not tested in field conditions or over long-term. The detection limits obtained can be very variable for the same family of compounds. For few compounds, the detection limits are too high to be considered as relevant sensors for the monitoring of surface waters (e.g. nickel or bisphenol A). However, some sensors having a high state of progress and detection limits well adapted to the concentrations in the environmental matrices would be instructive to test in field conditions. These sensors, covering a wide range of compounds, are listed in this report.; Depuis les années 2000, le nombre de références bibliographiques sur les capteurs dans les eaux douces et les eaux résiduaires est en constante augmentation. Un travail de synthèse bibliographique des capteurs en développement (i.e. non commercialisés) pour l'analyse de composés chimiques dans les matrices environnementales a été réalisé afin d'avoir une vue d'ensemble sur les substances qui pourront être analysées par des systèmes de mesures in situ et en continu dans un futur proche. Ce panorama non exhaustif recense 167 articles publiés principalement ces 5 dernières années. Les composés chimiques retenus pour ce panorama font partie des listes des substances de l'état chimique des eaux de surface et des polluants spécifiques de l'état écologique des eaux de surface, de la liste des substances pertinentes à surveiller, et de la liste des paramètres physico-chimiques pour les cours d'eau de la Directive Cadre sur l'Eau (Arrêté du 7 août 2015). Sur la base de définitions et généralités sur les capteurs, différents critères ont été retenus pour décrire chaque capteur retenu dans ce panorama : substance(s) analysée(s), type de capteur (capteur chimique, biocapteur), technique analytique utilisée, type(s) d'eau testé(s), niveau d'avancement de développement, gamme de concentration de mesure, limites de détection ou de quantification obtenues. Les capteurs recensés se basent principalement sur des techniques électrochimiques (voltamétrie, ampérométrie, potentiométrie…) et optiques (spectrophotométrie, fluorescence, résonnance des plasmons de surface…). Une synthèse générale des capteurs par grandes familles de composés est proposée pour les pesticides, les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les phénols, les phtalates et le bisphénol A, les métaux et métalloïdes (Cd, Pb, Hg, Ni, Cu, As, Cr, Ag…) ainsi que pour les paramètres majeurs (demande chimique en oxygène, demande biochimique en oxygène, nitrate, nitrite, ammonium, calcium et carbonate). De façon générale, les performances des capteurs sont évaluées dans des eaux synthétiques et des eaux réelles (eaux de surface, de robinet, résiduaires…) qui peuvent être dopées. Mais la quasi-totalité des capteurs ne sont pas testés en conditions réelles sur le terrain ou sur le long terme. Les limites de détection obtenues peuvent être très variables pour une même famille de composés. Pour certaines substances, les limites de détection sont trop élevées pour envisager des analyses pertinentes dans les eaux de surface (par exemple pour le nickel ou le bisphénol A). Cependant, quelques capteurs, couvrant la plupart des grandes familles de composés, peuvent se révéler très intéressants à tester sur le terrain. Ces capteurs présentant un état d'avancement élevé et des limites de détection bien adaptées aux concentrations dans les matrices environnementales sont listés dans ce rapport.

L'action III.1 du programme OSR 4 vise à estimer les flux de matières en suspension (MES) et de contaminants associés sur le Rhône et ses principaux affluents. Pour répondre à cet objectif, un réseau de mesure en continu des concentrations en MES et de prélèvements de MES a été mis en place. Ce document décrit les interventions et les mesures réalisées sur le réseau d'observation des flux particulaires de l'OSR pour l'année 2017 (OSR 4). Il présente également l'avancement de la bancarisation des données issues de ce suivi dans la base de données BDOH/OSR (flux). L'année 2017 a été marquée par la mise en place d'une nouvelle station sédimentaire sur le Gardon à Remoulins. Dans BDOH, les chroniques de concentrations en contaminants comportant des lacunes ont été reconstituées à l'aide de forfaits déterminés par gamme de débits.

Wastewater treatment plants usually remove a significant amount of micropollutants by volatilization, sorption and/or biodegradation. Nevertheless, secondary effluents still contain various pharmaceutical compounds and pesticides at very low concentrations up to few micrograms per liter. Most of these compounds are photoactive, either due to their chemical structure able to absorb UV irradiation, or due to a reaction with intermediates (metabolites) formed after reactions with organic matter and nitrates, under UV irradiation. This technical report deals with the transformation of organic micropollutants under sun light exposure in planted discharge area. We first remember the main mechanisms that drive photodegradation in surface water. Then, we present an innovative on-site experimental protocol to investigate the contribution of photodegradation process occurring in the water column of discharged planted areas. We studied 44 organic micropollutants (32 pharmaceuticals, 7 pesticides and 5 byproducts). Finally, we present the results drawn from 2 applications of the protocol in March and July 2015: the applied and transmitted light intensities, the efficient water depth, the contribution of each direct and indirect photolysis pathways, modelling.; Les stations de traitement des eaux usées éliminent une grande partie des micropolluants organiques par volatilisation, sorption et/ou biodégradation. Néanmoins, les effluents traités contiennent encore de nombreuses molécules pharmaceutiques et phytosanitaires à des concentrations faibles, mais atteignant parfois quelques microgrammes par litre et ayant un impact sur l’environnement. Plusieurs de ces molécules sont photoactives en raison de leurs structures chimiques capables de se modifier sous l’action des rayons ultraviolets (photolyse directe). D’autres molécules sont attaquées par des intermédiaires chimiques très réactifs produits à partir de la matière organique, ou des nitrates, en présence de rayons ultraviolets (photolyse indirecte). Ce rapport porte sur les processus de photodégradation de micropolluants organiques en présence de lumière naturelle en zone de rejet végétalisée de type bassin. Les différents mécanismes de photodégradation sont tout d’abord succinctement rappelés (éléments détaillés dans le rapport 2015 de synthèse bibliographique). Puis, nous détaillons la méthodologie de mesure des vitesses de photodégradation directe et indirecte, mise au point dans le cadre de ce travail, et appliquée en mars et juillet 2015. Nous avons étudié 44 micropolluants organiques (32 pharmaceutiques, 7 pesticides et 5 métabolites). Les résultats sont présentés avec, d’une part, les conditions expérimentales (l’intensité lumineuse incidente et celle transmise dans l’eau, la hauteur d’eau efficace), et d’autre part, la contribution des voies directe et indirecte de la photodégradation à l’élimination des micropolluants, et enfin la modélisation.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU [TR2_IRSTEA]BELCA; National audience; Au sein des rivières, les matières en suspension (MES) représentent la voie principale d’apports en nutriments et contaminants. Aussi, il est nécessaire d’obtenir des informations sur l’origine de ces MES afin d’appliquer des stratégies efficaces pour la gestion des sédiments. Dans le cadre de l’Observatoire des Sédiments du Rhône (OSR), un des objectifs du programme vise à identifier les sources de MES sur le Rhône et ses affluents. Dans ce cadre, un réseau de stations a été mis en place afin de collecter de façon continue les MES sur le Rhône et ses affluents en fonction des différentes conditions hydrologiques. Pour déterminer l’origine des MES en transit sur le Rhône, nous avons développé une méthode originale de traçage des particules s’appuyant sur l’analyse des éléments traces et majeurs dans la fraction non réactive des particules, permettant d’obtenir un signal conservatif dans le temps et dans l’espace. Pour cela les MES ont été soumises à deux types d’extractions (totale et « douce ») permettant d’obtenir après analyse par ICP-AES et ICP-MS la concentration en éléments traces et majeurs dans la fraction résiduelle des particules. Cette approche a notamment été développée sur le Haut-Rhône pour discriminer l’origine des MES à la station de Jons (amont de Lyon) entre les différents affluents amonts (Arve, Bourbre, Fier, Guiers et Ain). Nous avons ainsi identifié 6 éléments (Cr, Cu, Fe, Mg, Ni and Ti) permettant de discriminer les MES à la station de Jons. Grâce à un modèle de mélange nous avons pu déterminer les contributions relatives des affluents au flux de MES à Jons et les confronter à un modèle hydro-sédimentaire pour différentes conditions hydrologiques.

National audience; Le transport des matières en suspension (MES) le long des rivières est un vecteur important de nutriments et de polluants vers les zones côtières. L’identification des sources de MES au sein d’un bassin versant est une étape fondamentale pour mettre en place des solutions de gestion des stocks sédimentaires par les gestionnaires de bassins. Pour cela, l’approche basée sur l’identification de signatures (géochimiques, radioéléments,…), et plus communément appelée approche de « fingerprinting », est une technique très utilisée depuis plusieurs décennies pour identifier les différentes sources potentielles. Les concentrations en métaux, terres rares ou radionucléides sont souvent utilisées comme propriétés des MES. Le choix de la meilleure combinaison de propriétés pour arriver à discriminer de façon optimale les différentes sources se base sur une analyse statistique. Mais la contrainte principale est de choisir des propriétés conservatives dans le temps et dans l’espace, ce qui peut restreindre le nombre de propriétés disponibles. Dans le cadre de l’Observatoire des Sédiments du Rhône (OSR), nous avons étudié l’origine des MES du Haut-Rhône (en amont de Lyon) par des techniques de « fingerprinting » en nous basant sur les concentrations en métaux et éléments majeurs dans la fraction résiduelle (e.g. différence entre extractions totale triacide et douce par HCl) des principaux affluents du Rhône[1]. Nous proposons de compléter cette approche en explorant le potentiel de la granulométrie comme propriété permettant de discriminer les différents affluents. Les paramètres comme le diamètre médian (d50) ou les pourcentages des fractions

JIE 2016, Poitiers, FRA, 11-/10/2016 - 13/10/2016; National audience; L'ozonation tertiaire des eaux usées traitées se développe fortement en Europe et aussi en France, avec notamment l'installation de ce procédé sur la station d'épuration de Sophia-Antipolis (06). Sur cette STEU, l'ozonation est suivie d'une post-dénitrification (post-DN) consistant en un procédé de biofiltration fonctionnant avec ajout de méthanol. L'efficacité d'élimination des micropolluants par cette combinaison de procédés en série est étudiée dans le cadre du projet MICROPOLIS-Procédés. Dans ce projet, une attention particulière a été portée sur l'impact des conditions de fonctionnement du traitement tertiaire et de la qualité de l'effluent secondaire appliqué à l'ozonation. Sur l'ensemble des conditions testées lors des dix campagnes de terrain sur la station de Sophia-Antipolis, le traitement par ozonation tertiaire a conduit à une forte élimination de la plupart des substances quantifiées. La répartition des 58 micropolluants ciblés en fonction de leur réactivité avec l'ozone a permis de mieux comprendre les performances d'élimination des micropolluants organiques par ce procédé. Pour le groupe A (celui des micropolluants ayant une cinétique de réaction rapide avec l'ozone) comprenant notamment le diclofénac, la carbamazépine ou le sulfaméthoxazole, les rendements sont très élevés (> 70%, voire > 90%) pour l'ensemble des conditions testées, et l'on a observé une faible sensibilité des rendements d'élimination à la dose d'ozone et à la qualité de l'effluent secondaire, Pour les groupes B et C, des rendements élevés ont été atteints dans certaines conditions. Toutefois, pour des campagnes réalisées à plus faible dose et/ou pour lesquelles la qualité de l'effluent secondaire était particulièrement dégradée, les rendements étaient limités (< 70%). Il apparait donc nécessaire d'ajuster la dose d'ozone transférée en fonction des objectifs de traitement des micropolluants, de la réactivité des micropolluants ciblés avec l'ozone et de la qualité de l'effluent secondaire.

In order to improve the chemical status assessment of surface waters, some alternative methods for sampling and laboratory analysis were developed. Among these alternative methods, ultraviolet-visible spectrophotometric techniques are increasingly used as they allow in situ and continuous measurements of several parameters such as nitrate, chemical oxygen demand or organic carbon in different fields (e.g. drinking water production, wastewater treatment, or surface water monitoring). The UV-visible spectra obtained by commercial probes allow the quantification of organic matter (OM) through the estimation of global parameters: dissolved and particulate organic carbon, chemical or biological oxygen demand. Moreover, the shape of the spectra might provide additional information about the quality of the OM. This kind of information can be used to better control wastewater treatment processes or improve knowledge about the role of OM in the transport and bioavailability of pollutants in aquatic systems. This report provides a bibliographical synthesis on several approaches for the interpretation of UV-vis spectra to better characterize the OM: direct comparison of spectra, methods for quantification of global parameters (deconvolution and chemometric), absorbance ratios or spectral slope processing. These different methodologies might be an efficient way of providing global information about the nature, origin and/or physicochemical characteristics (e.g. degree of aromaticity, molecular weight, humification degree) of the OM in wastewaters and natural waters. Applying these approaches on both raw and filtered/settled waters can also provide information about the quality of dissolved colloidal and particulate OM. While these approaches are interesting for scientific studies, there is a gap for its transfers to the water stakeholders. Laboratory tests and field deployments are still required to evaluate the potential of these probes and associated approaches for OM characterization in wastewaters and natural waters.; Afin d’améliorer la qualité de l’évaluation de l’état chimique des eaux, des méthodes alternatives aux méthodes de prélèvement et d’analyses classiques se développent. Parmi ces techniques alternatives, les systèmes spectrophotométriques UV-visible, permettant les mesures in situ et en continu, sont de plus en plus utilisés. Actuellement, les systèmes commerciaux sont utilisés dans différents domaine d’application (production eau potable, traitement des eaux usées, surveillance des eaux de surface) pour mesurer de façon fiable différents paramètres comme les nitrates, la demande chimique en oxygène ou le carbone organique. En plus de quantifier la matière organique (MO), les spectres UV-visible acquis par les spectrophotomètres peuvent contribuer à caractériser qualitativement la MO. Ce type d’informations peut servir pour améliorer ou ajuster les procédés de traitement des eaux usées ou améliorer les connaissances du rôle de la MO dans le devenir et la biodisponibilité des polluants. Ce rapport présente différentes méthodes d’exploitation des spectres UV-visible permettant de caractériser quantitativement et qualitativement la MO : comparaisons directes de spectres, méthodes commerciales de quantification (déconvolution, méthodes chimiométriques), rapports d’absorbance, exploitation des pentes spectrales, caractérisation globale par déconvolution. Ces méthodes permettent d’avoir des informations qualitatives globales sur la nature, l’origine et les caractéristiques physico-chimiques de la MO comme le degré d’aromaticité, le poids moléculaire, le degré d’humification et de maturité. L’utilisation de ces méthodes sur des échantillons bruts avant et après décantation de particules permet de caractériser plus précisément la nature de la MO dissoute, colloïdale et particulaire. Cette synthèse bibliographique montre que les sondes spectrophotométriques UV-visible pourrait permettre de caractériser d’apporter des informations supplémentaires sur la qualité de la MO dans les eaux résiduaires et naturelles. Cependant, une étape est encore nécessaire pour adapter les sondes et les méthodes d’exploitation des spectres afin de transférer l’usage de ces systèmes de la recherche vers l’opérationnel.