Sources, transfer and fate of alkylphenol and bisphenol A within the upstream part of the Seine River basin, study case of the Île-de-France Region. : study case of the Île-de-France Region
Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin amont de la Seine : cas de la région Île-de-France
Résumé
This thesis focuses on occurrence and fate of seven alkylphenols and bisphenol A (BPA) on a basin divided into a heavily urbanized part and a second part which underscore intense agricultural activities : the Seine River basin (Île-de-France Region). This study was divided into four different approaches. The first approach consists in studying the contamination of urban sources. To this end, the effluents of the five biggest wastewater treatment plants (WWTP) of the IDF Region, combined sewer overflows (CSO), urban runoff and total atmospheric fallouts were considered. This study highlight that BPA mainly occurs in wet-weather urban sources (CSO and urban runoff) while WWTP effluents are dominated by the nonylphenoxy acetic acid (NP1EC) which is a 4 nonylphenol (4 NP) precursor. The 4-NP was found in all investigated urban sources at level close to a hundred of nanogram per liter (ng.l-1). The second approach focuses on the assessment of contamination of natural matrices such as receiving surface water and soils at different scales. The first scale is the study of the Orgeval River basin which is representative of basins unpolluted by urban activities, while the second scale accounts the entire IDF region including the Parisian Metropolitan area. These two scales revealed the large spread of 4-NP to all investigated natural matrices within the Seine River basin. At the scale of the IDF Region, the influence of the Parisian Metropolitan Area was demonstrated on NP1EC and BPA concentrations within the Seine River. On a third step, the biodegradability of nonylphenolic compounds was investigated according to an innovative approach. The biodegradation rates were determined directly within the Seine River according to the ProSe model (Centre de Géoscience, école des Mines ParisTech) and specific sampling campaigns performed on the Seine River. The biodegradation rates found during this study disclosed high variabilities according to biological conditions of the Seine River. Actually, after an algal bloom, the biodegradation rates were found between 10 and 35 times higher than those established under common biological conditions. At last, the fluxes exported by the Seine River, at annually scale, were compared to those emitted by all investigated urban sources. At the scale of year 2010, fluxes of 4-NP and BPA emitted by all investigated urban sources are not predominant compared with those exported by the Seine River at the outlet of the Parisian Metropolitan Area. This result confirms the large spread of 4-NP and BPA at the scale of the entire IDF Region likely due to their important uses since the 1960's. This result also raises some questions about the origins of such fluxes found in Seine River and about the contamination of the upstream part.This thesis was performed within the framework of the PIREN-Seine and OPUR (Observatoire des Polluants URbains) research programs
La thèse s'intéresse à la présence et au devenir de sept alkylphénols et du bisphénol A (BPA) dans un bassin versant dont une partie est très urbanisée et l'autre fait l'objet d'une exploitation agricole intense : le bassin de la Seine, dans sa zone centrale (région Île-de-France). Elle est organisée autour de quatre approches. Dans une première approche les sources urbaines ont été caractérisées. Pour cela, les rejets des 5 plus grandes stations d'épuration (STEP) de la région Île-de-France (IDF), les rejets urbains de temps de pluie (RUTP), les eaux de ruissellement urbain en réseaux séparatifs et les retombées atmosphériques ont été analysés. Cette étude a révélé que le BPA était majoritairement présent dans les sources de temps de pluie (RUTP + eau de ruissellement) tandis que l'acide nonylphénoxy acétique (NP1EC), un précurseur du 4-nonylphénol (4-NP), est dominant dans les rejets de STEP. Le 4-NP a, lui, été retrouvé dans toutes les sources étudiées à des concentrations avoisinant la centaine de nanogrammes par litre (ng.l-1), témoignant de sa forte dissémination dans l'environnement urbain. Dans un second temps, l'imprégnation du milieu a été considérée au niveau des eaux de surface et des sols, à deux échelles d'observation. La première échelle est le bassin de l'Orgeval, caractéristique d'un petit bassin amont, tandis que la seconde échelle intègre l'ensemble de la région IDF et l'agglomération parisienne. Ces deux échelles ont permis de mettre en évidence une dissémination importante du 4-NP à l'ensemble des matrices naturelles du bassin de la Seine. A l'échelle de l'IDF, l'influence de l'agglomération parisienne a été démontrée sur les concentrations de NP1EC et BPA dans la Seine. Puis, la biodégradabilité des composés nonylphénoliques dans la Seine a été déterminée par une approche innovante. Les constantes de biodégradabilité ont été déterminées directement dans la Seine à l'aide du modèle ProSe (développé par le Centre de Géosciences, Ecole des Mines ParisTech) et de campagnes de prélèvement spécifiques sur le fleuve (suivi d'une masse d'eau). Les constantes de biodégradation simulées dans la Seine présentent de très fortes variabilités en fonction des conditions hydrauliques et climatiques. Après un épisode de bloom algal, les constantes de biodégradation des composés nonylphénoliques se sont avérées être 10 à 35 fois supérieures à celles retrouvées en conditions classiquement rencontrées en Seine. Enfin, les flux d'alkylphénols et de BPA exportés par la Seine ont été comparés aux flux émis par les sources urbaines au niveau annuel. A l'échelle de l'année (2010), les flux de 4-NP et de BPA émis par l'ensemble des sources urbaines considérées ne sont pas prédominants devant les flux exportés par la Seine à l'aval de l'agglomération parisienne. Ce résultat vient une fois de plus confirmer la dissémination importante du 4-NP et du BPA dans toute la région IDF en raison de leur forte utilisation depuis les années 1960. Il soulève également plusieurs questions concernant les sources actuelles des flux retrouvés et la contamination des zones amont du bassin de la Seine. Cette thèse a été effectuée dans le cadre des programmes PIREN-Seine et OPUR (Observatoire des Polluants URbains)
Origine : Version validée par le jury (STAR)