Bilan de masse des polluants

L’évaluation de la capacité épuratoire d’un système de biofiltration à l’échelle évènementielle, présentée en Chapitre 5, permet à caractériser les améliorations de la qualité de l’eau qu’on peut attendre d’un tel système et d’identifier la variabilité inter-événementiel de cette performance. Cependant, si l’on souhaite considérer les bénéfices qu’un système peut apporter en termes de protection de la qualité des milieux récepteurs, il est nécessaire d’évaluer sa capacité à réduire le flux polluant à une échelle plus long. De plus, l’interception de polluants par un ouvrage de biofiltration implique un transfert de cette contamination vers le susbtrat filtrant de l’ouvrage. Une meilleure compréhension du devenir de micropolluants dans ces ouvrages permettrait à mieux appréhender les enjeux de maintenance et de risque (écotoxicologique, sanitaire) associé à la contamination du sol. Afin de répondre à ces besoins, l’objectif de ce chapitre est de présenter une méthode pour évaluer le bilan de masse de micropolluants dans un ouvrage de biofiltration à l’échelle annuelle, de présenter l’application de cette approche à la noue filtrante de Compans et d’aborder les difficultés méthodologiques associées à l’établissement d’un bilan de masse de ce type dans un contexte de terrain. Il couple les résultats issus de campagnes d’échantillonnage de l’eau, de mesures en continue (de la pluie, de débits et de la turbidité des eaux de ruissellement) et d’une campagne d’échantillonnage de sol avec une approche de modélisation stochastique, permettant à reconstruire les données manquantes et à prendre en compte les incertitudes liées aux mesures expérimentales.

Une méthode stochastique pour l’évaluation du bilan de masse in situ des micropolluants dans un ouvrage de biofiltration, prenant en compte les flux entrant et sortant et l’évolution de la masse de polluants dans le substrat filtrant à l’échelle annuelle, est proposée afin de caractériser la rétention et le devenir des micropolluants dans le système. Dans le contexte du terrain, ce type de calcul est un défi méthodologique, présentant des difficultés liées à l’estimation de la qualité de l’eau pour les événements pluvieux non-échantillonnés, à la reconstitution de données de débit manquantes ou invalidées et à la prise en compte des incertitudes associées à ces estimations, ainsi qu’aux mesures, à l’échantillonnage et aux analyses de la campagne expérimentale. La méthode est appliquée à une noue filtrante traitant des eaux de voirie pour deux éléments traces métalliques, le Cu et le Zn, et six micropolluants organiques : le pyrène (Pyr), le phénanthrène (Phen), le bisphénol-A (BPA), l’octylphénol (OP), le nonylphénol (NP) et le bis(2-éthylhéxyl)phtalate (DEHP). L’abbattement du flux polluant estimé variait de 21-65% en fonction des polluants. La dissipation n’a pu être démontrée pour aucun des micropolluants organiques étudiés.

Pour plusieurs polluants (BPA, OP, NP et DEHP), l’évolution du stock de polluants dans le sol (ΔMsol) au cours de la période étudiée dépasse de façon significative la masse interceptée par le biofiltre du fait des émissions depuis des matériaux de construction de l’ouvrage. Les incertitudes associées à ΔMsol pour Pyr et Phen étaient tellement élevées qu’aucune conclusion n’était possible vis-à-vis de leur devenir dans le sol. Les conditions nécessaires pour pouvoir établir un bilan de masse in situ démontrant une dissipation significative sont discutées ; ces conditions comprennent l’acquisition de données permettant l’évaluation de tous les termes et des incertitudes associées, l’absence de sources supplémentaires de polluants sur le site et une durée d’étude suffisante afin de pouvoir contrôler la propagation des incertitudes. A stochastic method for evaluating the in situ mass balance of micropollutants in a stormwater biofilter, accounting for inlet and outlet loads and the evolution of pollutant mass in the filter media at an annual scale, is proposed in order to characterize the removal and fate of micropollutants in the system.

In a field context, this type of calculation presents a number of methodological challenges, associated with estimating water quality for unsampled rain events, reconstituting missing or invalidated flow data, and accounting for significant uncertainties associated with these estimations, as well as with the measurements, sampling and analyses of the experimental campaign. The method is applied to a biofiltration swale treating road runoff for two trace metals, Cu and Zn, and six organic micropollutants: pyrene (Pyr), phenanthrene (Phen), bisphenol-A (BPA), octylphenol (OP), nonylphenol (NP) and bis(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP). Pollutant loads were shown to be reduced by 21-65%. Dissipation was not demonstrated for any of the organic micropollutants studied. For several pollutants (BPA, OP, NP and DEHP), the change in mass in the soil (ΔMsoil) over the study period significantly exceeded the mass intercepted by the biofilter due to emissions from construction materials. Uncertainties in ΔMsoil were so high for Pyr and Phen that no conclusions could be made as to their fate in soil.