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OSUG - Terre Univers Environnement

Fernando XAVIER-DE-ASSIS

soutenance en 2019

4 septembre 2017 ( maj : 26 septembre 2017 )

TRANSFERT RÉACTIF DE MÉLANGES DE POLLUANTS EN SOLS URBAINS : EXPÉRIENCES ET MODÉLISATION.

directeurs de thèse : Jean Martins (IGE) et Antonio C.D. Antonino (UFPE, Recife, Br)




Contexte

Ce travail de thèse est développé dans le cadre du projet CAPES-COFECUB TE 821-14, intitulé « Evaluation du potentiel d’infiltration et de stockage des eaux pluviales de la ville de Recife (PE) - nord-est du Brésil » coordonné par le Prof. Jaime Cabral (UFPE) et le Dr Thierry Winiarski (LEHNA UMR 5023).

Objectifs

Ce projet a pour but l’emploi des techniques d’infiltration des eaux pluviales urbaines (techniques alternatives) dans la ville de Recife (Brésil). Pour traiter cette question trois objectifs ont été définis suivant trois échelles : les techniques alternatives de micro-échelle (jardins de pluie, parkings perméables etc.), les ouvrages d’infiltration à plus grande échelle (bassins d’infiltration) et enfin l’analyse de la répercussion de ces techniques à l’échelle du bassin versant urbain. Ce travail de thèse s’inscrit clairement dans le cadre de la première échelle.

Description du projet

Les effets de l’urbanisation sur la diminution du stockage et de la conservation de l’eau dans les sols, de la recharge des nappes phréatiques, et des déséquilibres des diverses variables du cycle hydrologique commencent à être bien connus. En parallèle les quantités d’effluents et d’éléments associées à l’eau sont en constante augmentation dans le milieu urbain, ce qui induits de sérieux problèmes de qualité des eaux pluviales urbaines.
Ainsi, la pollution des sols urbains et des nappes phréatiques devient, dans de nombreux cas, particulièrement préoccupante. En effet, les voies de circulation urbaine se présentent comme de fortes sources de divers polluants en mélange, comme les métaux lourds ou les hydrocarbures, provenant des activités de transport et/ou industrielles. De plus, les problèmes d’assainissement urbains dans les villes brésiliennes ont conduit à la contamination des eaux pluviales urbaines par les eaux usées, ce qui rend l’analyse de la qualité des eaux pluviales urbaines assez complexe.
Afin de limiter ces effets, des approches de mitigation sont apparues, basées sur des techniques compensatoires de drainage urbain. Ces techniques, comme les tranchées d’infiltration, favorisent l’infiltration et le stockage des eaux pluviales, limitant ainsi le ruissèlement pluvial.
Toutefois, en même temps qu’elles améliorent l’infiltration d’eau, ces techniques peuvent favoriser le transfert rapide en profondeur des polluants associés à l’eau dans ces surfaces urbaines peu perméables, menaçant ainsi les ressources en eau destinées à l’irrigation ou à l’alimentation en eau potable. Dans le cas de Recife au Brésil, les techniques compensatoires possèdent un potentiel élevé d’application pour la réduction du ruissellement hydrique et donc comme structures hydrauliques compatibles avec le système de draine urbain existant, permettant ainsi de réduire les inondations.
Les types de polluants présents dans les eaux usées, associés aux résidus des carburants ou des produits d’usure des pneumatiques dans les zones de trafic intense contribuent à altérer la qualité de ces milieux urbains fragiles et compromettant sérieusement la qualité des nappes souterraines. Les métaux lourds sont des contaminants communs des eaux de pluie en zone urbaine, causant des problèmes environnement graves par leur forte toxicité et leur bioaccumulation, aggravés par les processus de sorption sur les sédiments de fond des ouvrages hydrauliques, augmentant ainsi leur persistance et donc les problèmes de santé publique (PROSAB, 2009). Le zinc, le cadmium, le chrome ou encore le plomb font partie des principaux polluants métalliques transportés par les eaux pluviales urbaines. Les niveaux de concentrations peuvent augmenter dans certaines conditions et zones jusqu’à des niveaux aigus lors d’épisodes pluvieux (Ellis, 1986 ; Prodanof, 2005). Les hydrocarbures légers, cycliques ou non (BTEX, naphtalène, …) sont souvent utilisés comme indicateurs de la contamination par des carburants et leur déversement (diesel, essence, kérosène…) n’a cessé d’augmenter induisant des préoccupations croissantes vis-à-vis de de la contamination des sols et des eaux par ces composés (Chiaramonte, 2014).
La compréhension de la distribution et des transferts de ces contaminants métalliques et organiques en mélange dans les sols et les eaux urbaines doit être largement améliorée afin de limiter au maximum leurs impacts dans un contexte de réinfiltration des eaux pluviales urbaines. C’est l’objectif de cette thèse de contribuer à mieux comprendre le comportement et la dynamique de mélanges de métaux lourds et de composés organiques systématiquement détectés dans les eaux pluviales urbaines et responsables de contamination des sols et des eaux de surface et souterraines. Pour répondre à cet objectif, nous proposons de développer une approche couplée expérimentale et théorique visant à caractériser et prédire le transfert réactif et la transformation de polluants métalliques et organiques en mélange dans des sols urbains de la ville de Recife au Brésil, pas une approche combinée d’essais en batches et en colonnes de sols.