Rôle des phases colloïdales dans le transport des contaminants dans les eaux pluviales urbaines : Approche par ultrafiltration
Résumé
L'urbanisation et l’imperméabilisation des sols modifient le cycle de l'eau. Lors d’épisodes pluvieux, cela génère des eaux de ruissellement chargées en matière organique et en contaminants tels que les hydrocarbures, les éléments traces métalliques et les pesticides (Makepeace et al., 1995). Ces polluants, issus des surfaces urbaines, peuvent affecter les écosystèmes aquatiques et menacer les eaux souterraines. Différents types d’ouvrages ont été développés pour gérer les eaux pluviales du point de vue hydraulique, mais des études complémentaires sont nécessaires pour évaluer les « performances de traitement sous l’angle de l’impact environnemental » et la « protection de la qualité de l'eau ». La distribution des contaminants dans les phases particulaires, colloïdales et dissoutes détermine leur devenir au sein des ouvrages de gestion et de traitement des eaux. La filtration des eaux dans un milieu poreux tend à retenir les particules les plus grosses à la surface tout en laissant infiltrer les plus petites particules et les éléments dissous. Les colloïdes, qui sont des particules de petite taille, comprises entre 1 nm et 1 µm, jouent un rôle crucial dans le transport des contaminants, notamment des éléments traces métalliques et de la matière organique, en raison de leur capacité à adsorber et stabiliser les contaminants (Sen et Khilar, 2006), ainsi que de leur capacité à s’infiltrer dans de petits interstices (Mitropoulou et al., 2013). Une compréhension approfondie de la dynamique des colloïdes et des facteurs influents est essentielle pour développer des stratégies efficaces de remédiation.
L'objectif de cette étude est de caractériser les eaux de ruissellement de deux sites distincts de la région lyonnaise, présentant des caractéristiques différentes en termes de surface de ruissellement, d'usages et de dispositifs de gestion des eaux pluviales. Les dispositifs étudiés se répartissent en deux types de gestion : à la source (ouvrages de type noue et tranchée) et centralisée (ouvrages de type bassin de rétention et d’infiltration). Cette caractérisation porte sur les phases colloïdales et dissoutes des eaux de ruissellement urbaines, à travers l'utilisation d’une méthode d'ultrafiltration permettant de fractionner différentes phases. Une séparation des phases particulaires (> 0,45 µm), colloïdales (0,45 µm - 3 kDa) et dissoutes (< 3 kDa) a été réalisée d’après un protocole adapté de Pokrovsky et al. (2016). Les fractions obtenues sont ensuite analysées pour déterminer la teneur en carbone organique et en éléments majeurs et traces, fournissant des informations sur la composition chimique des eaux de ruissellement. Des mesures spectroscopiques (UV-visible) sont également réalisées pour caractériser la nature de la matière organique. L’objectif initial est d’obtenir des informations plus précises sur la nature colloïdale des phases présentes dans les eaux de ruissellement.
Les résultats obtenus et à venir devraient permettre de mieux comprendre la répartition des contaminants dans les différentes phases des eaux de ruissellement afin de saisir les mécanismes d’agrégation et de remobilisation en jeu. Ces processus sont essentiels pour une meilleure compréhension de la performance des systèmes de gestion des eaux pluviales dans un contexte de développement de la désimperméabilisation.
Références:
Makepeace, D. K., Smith, D. W., & Stanley, S. J. (1995). Urban stormwater quality: summary of contaminant data. Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 25(2), 93-139.
Mitropoulou, P. N., Syngouna, V. I., & Chrysikopoulos, C. V., 2013, Transport of colloids in unsaturated packed columns: role of ionic strength and sand grain size. Chemical Engineering Journal, 232, 237-248.
Pokrovsky, O. S., Manasypov, R. M., Loiko, S. V., et Shirokova, L. S., 2016, Organic and organo-mineral colloids in discontinuous permafrost zone. Geochimica et Cosmochimica Acta, 188, 1-20.
Sen, T. K., et Khilar, K. C., 2006, Review on subsurface colloids and colloid-associated contaminant transport in saturated porous media. Advances in colloid and interface science, 119(2-3), 71-96.
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