Contexte du projet

La directive cadre sur l’eau du 23 octobre 2000 (DCE _ 2000/60/CE) a pour objectif d’atteindre d’ici 2015, le bon état chimique et biologique de toutes les masses d’eau. La transposition de cette directive en droit national, a conduit au renforcement des réglementations, notamment en imposant des niveaux de concentration maximum de micropolluants dans les eaux (NQE) et des objectifs de réduction des rejets de micropolluants prioritaires vere les milieux récepteurs. Les listes de substances prioritaires sont régulièrement révisées (directive NQE ; EC, 2008 et 2013).

Le projet ECHIBIOTEB (ANR Ecotech 2010) s’inscrit dans un cadre de recherche industrielle, il est en lien étroit avec le projet ARMISTIQ (convention ONEMA-Cemagref) et fait suite au projet AMPERES (ANR PRECODD 2005).

Enjeux et Objectifs

ECHIBIOTEB a pour but de développer et mettre en oeuvre des technologies innovantes d’échantillonnage et de mesures chimiques et biologiques pour le suivi des procédés avancés de traitement des eaux usées urbaines et des boues.

Les enjeux sont de :

  • réaliser des évaluations techniques poussées des procédés optimisés étudiés;

  • contrôler les émissions de substances dangereuses issues des procédés avancés des stations d’épuration des eaux urbaines ou contenus dans les boues prévues pour épandage;

  • traduire l’amélioration des connaissances scientifiques en outils opérationnels destinés aux organismes et autorités chargées de la mise en place de mesures du bon état des eaux, notamment dans le cadre des schémas directeurs d’aménagement et de gestion des eaux (SDAGE).

Les procédés étudiés:

Les procédés tertiaires avancés sont:

  • des procédés intensifs compacts (oxydation à l’ozone, et/ou aux peroxydes, et/ou aux rayons UV, adsorption sur charbon actif, …) placés en aval de différents traitements secondaires (boues activées et bioréacteurs à membrane);
  • des procédés extensifs (lagunage tertiaire, filtres horizontaux remplis de charbon actif, zéolites ou argile expansée, …).

Différents procédés de traitement de boues ont été étudiés : le compostage (avec digestion anaérobie en amont), les lits de séchage plantés de roseaux,….

 

Les outils développés et appliqués:

Les outils innovants d’échantillonnage et de mesures chimiques et biologiques mis en oeuvre dans ECHIBIOTEB n’ont jamais été, à ce jour, appliqués à des procédés avancés de traitement des eaux ni à des procédés de traitement des boues. Par ailleurs, la mise en oeuvre d’un panel aussi large d’outils innovants est en soi originale et devrait permettre d’améliorer les connaissances sur leurs domaines d’application comparés et leur complémentarité.

  1. Les échantilloneurs passifs (POCIS et SPMD)

-> Pour améliorer la sensibilité et la représentativité des analyses chimiques et biologiques dans les rejets aqueux.

 Les POCIS (Polar Organic Chemical Sampler) sont utilisés pour échantillonner les composés hydrophiles, et les SPMD (Semi Permeable Membrane Device) pour les composés hydrophobes.

                                                     

                         SPMD                                                                POCIS

  1. L’analyse de nombreux micropolluants pré-ciblés

-> Pour statuer sur l’occurrence et quantifier une gamme élargie de micropolluants.

Au total, environ 160 micropolluants cibles, émergents et prioritaires, sont analysés, dont des molécules pharmaceutiques, des hormones, des pesticides, des polychlorobiphenyles, …

                                         

                          LCMSMS                                         exemple de chromatogramme

  1. Le screening chimique

-> Pour affiner et compléter la liste des micropolluants pertinents à suivre dans les rejets et les boues (identification de nouvelles molécules ou produits de dégradation).

Des techniques chromatographiques sont mises en oeuvre, bidimensionnelle ou non, en phase liquide ou gazeuse, couplées à des détecteurs de masse à temps de vol (ex. : GC-2D-TOF, SPME-GC-TOF et LC-TOF).

  1. Les bioessais in vitro

-> Pour évaluer la présence de micropolluants sur la base de leur mécanisme d’action toxique (i.e. : composés perturbateurs endocriniens, dioxin-like et génotoxiques).

Une batterie de bioessais in vitro complémentaires est mise en oeuvre, comprenant le SOS Chromotest, et des tests sur les lignées cellulaires MELN, PC-DR-LUC, MDA-kb2 et PLHC-1.   

               

  1. La démarche EDA (Effect Directed Analysis)

-> Pour isoler et identifier de nouvelles molécules potentiellement actives.

En couplant bioessais et fractionnement physico-chimique, cette démarche permet de réduire la complexité des échantillons environnementaux et d’identifier le ou les composé(s) à l’origine de la toxicité observée.  

  1. Les bioessais in vivo

-> Pour évaluer les effets des micropolluants en mélange sur des organismes biologiques représentatifs des milieux récepteurs des rejets étudiés (sols et rivières).

L’approche utilisée peut être réalisée en laboratoire par des essais représentatifs de plusieurs niveaux trophiques : bactéries (Vibrio fisheri), algues (Pseudokircheneriella subcapitata), crustacés (Ceriodaphnia dubia), rotifères (Brachionus calyciflorus) et de différents critères d’effets (aigus et chroniques). Cette approche peut également être pratiquée directement sur le site d’étude (station d’épuration, approche dite « in-situ modifiée ») dans des systèmes alimentés en continu, placés avant et après traitement tertiaire. Quatre types d’organismes sont testés dans ce dernier cas de figure : les gammares (crustacés), les chironomes (insectes), les potamos (mollusques) ainsi que des larves de médakas (poissons). Différentes réponses sont étudiées telles que la survie, la croissance, le taux d’alimentation, la reproduction, …

En complément de l’évaluation de l’écotoxicité des rejets avant et après traitement tertiaire, l’approche mise en oeuvre pour les boues combine des effets directs sur organismes representatifs du compartiment sol (Avena sativa, Brassica rapa), et des effets indirects (Eluats de boues testés sur les essais en laboratoire décrits précédemment).

               

                  embryons de médaka

  1. Les tests sur matière organique dissoute (MOD)

-> Pour Appréhender la biodisponibilité (i.e., aptitude à traverser les membranes biologiques) et donc la toxicité des micropolluants organiques dans les rejets.

Ces tests ont pour objectif de caractériser sur site les interactions entre la MOD et les micropolluants organiques présents dans les eaux, interactions pouvant conditionner leur biodisponibilité. 

 

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