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OSUG - Terre Univers Environnement

Nico HACHGENEI

soutenance en 2021

4 octobre 2018

Sources et Devenir des Produits Pharmaceutiques dans les Sols et les Eaux d’un Bassin Versant Méditerranéen

directrice de thèse et encadrants : Céline Duwig, Lorenzo Spadini, Guillaume Nord

Thèse financée par une bourse ministérielle.

Mots clefs :
Micropolluants,Transfert,Hydrogramme des crues,Temps de residence,Sorption,Degradation

Contexte

La présence généralisée des produits pharmaceutiques (PP) dans les réservoirs aqueux terrestres (eaux de surface, eaux souterraines, eaux des sols) est aujourd’hui avérée. Les deux sources principales sont les rejets urbains et les intrants agricoles. Les rejets urbains rejoignent les rivières via les collecteurs des eaux usées (Michael et al., 2013) tandis que les intrants agricoles rejoignent principalement le sol (Soulier et al., 2015).

Objectifs

L’objectif général de la thèse est l’élaboration d’un modèle conceptuel déterminant les sources et le devenir des produits pharmaceutiques et des pesticides (PP) dans des bassins versants de moyenne échelle en contexte méditerranéen par l’étude des bilans de PP entrant et sortant du bassin et par couplage de ces données (1) aux propriétés chimiques (sorption, dégradation) des polluants et (2) aux propriétés hydrologiques (infiltration, effets de crues, cheminement des eaux, partage eaux souterraines – eaux de surface) du bassin étudié.

Description du projet

Le projet s’appuie sur une étude (PHARMA-BV) initiée sur le même site en 2017 sur financement de la zone atelier du bassin du Rhône et de l’agence de l’eau Rhône Méditerranée. Ce projet a permis de collecter une liste de 300 médicaments et pesticides utilisés dans le bassin de la Claduègne et de déterminer les quantités apportées aux sols et aux eaux (Duplus, 2017). Ce bassin versant comptabilise potentiellement quatre sources distinctes de PP bien typées (prairies d’élevages, source ponctuelle hospitalière, station d’épuration, grand camping touristique), connues pour être des sources potentielles de produits pharmaceutiques (Projet RILACT, SIPIBEL : Orias and Perrodin, 2013, Rapport ANSES, 2015). De par sa moyenne échelle (43 km²) ce bassin versant intègre une diversité de caractéristiques pédo-géo-hydro-météorologiques représentatives du pourtour méditerranéen. Il est connu et suivi de longue date par les deux laboratoires partenaire de ce projet de thèse (IGE et CERMOSEM) puisqu’il fait partie de l’observatoire OHMCV, lui-même membre du réseau français des bassins versants et de l’infrastructure de recherche OZCAR. Le bassin est instrumenté pour un suivi à haute fréquence spatiale hydrologique (Nord et al., 2017). Ce suivi constitue de fait un préalable indispensable au possible bouclage des bilans de masse des PP visés dans ce projet. Les objectifs scientifiques liés à la thèse sont :

  1. La détermination de traceurs chimiques aqueux discriminant les parts d’eaux souterraines et de surface d’un côté, et la nature géologique contrastée du BV de l’autre côté. On espère améliorer la base de connaissance hydrologique par intégration des ions majeurs tels SO4-2 et Cl- qui se sont relevés comme traceurs de la géologie contrastée. L’interprétation couplée hydrogrammes – majeurs en haute résolution temporelle permettra de mieux déterminer les apports respectifs d’eaux surfaciques et souterraines arrivant à l’exutoire du bassin.
  2. La fonctionnalisation de la réactivité des solides : L’objectif est de déterminer des paramètres génériques au point de permettre la prédiction de la part sorbée sur différents sols. Toute étude de sorption sur des substrats naturels se heurte à la difficulté de sa paramétrisation de sorte à ce que les constantes de sorption obtenues permettent la prédiction de la quantité sorbée sur un autre sol. Nous proposons d’appliquer la paramétrisation sur une étude récente de l’équipe (Navel et al., accepted) qui détermine les parts respectivement sorbés sur les fraction organiques et argileuses d’un sol en se basant sur une combinaison de méthodes titrimétriques et de déterminations de la densité de sites .
  3. L’étude du potentiel de dégradation des polluants : l’objectif est la détermination du potentiel de dégradation relatif des PP entre eux. Pour le compartiment souterrain on étudiera la durée de vie des PP par observation d’une suspension de sol contaminée aux PP dans le temps. Différentes concentrations seront suivi dans le temps. Similairement, la sensibilité à la lumière des PP sera étudiée. Le résultat attendu n’est pas la durée de vie réelle des PP, mais plutôt l’estimation relative de la durée de vie des PP entre eux, i.e. la classification possible des PP en espèces plus ou moins stable dans le temps.
  4. La mesure des concentrations des PP sur le réseau hydrographique de la Claduègne. Des échantillons d’eaux seront périodiquement relevés dans des points d’intérêts. A des analyses ponctuelles d’eaux se joindront des analyses de capteurs passifs permettant la détection de concentrations plus faibles. Ces données seront comparées au potentiel de sorption et de dégradation des réservoirs traversés par les polluants. L’objectif est l’élaboration d’un modèle conceptuel permettant la prédiction semi-quantitative du devenir de chaque PP dans le système étudié. Le projet focalise sur l’obtention de données robustes et représentatives physiques, chimiques et microbiologiques. Chaque PP sera évalué par rapport à son devenir, la sortie du modèle sera comparée aux mesures des PP réalisés dans la phase aqueuse aux différents points de prélèvements.

Références

  • Nord, G., Boudevillain, B., Berne, A., Branger, F., Braud, I., Dramais, G., Gérard, S., Le Coz, J., Legoût, C., Molinié, G., Van Baelen, J., Vandervaere, J.-P., Andrieu, J., Aubert, C., Calianno, M., Delrieu, G., Grazioli, J., Hachani, S., Horner, I., Huza, J., Le Boursicaud, R., Raupach, T.H., Teuling, A.J., Uber, M., Vincendon, B., Wijbrans, A., 2017. A high space–time resolution dataset linking meteorological forcing and hydro-sedimentary response in a mesoscale Mediterranean catchment (Auzon) of the Ardèche region, France. Earth Syst. Sci. Data 9, 221–249. https://doi.org/10.5194/essd-9-221-2017
  • Orias, F., Perrodin, Y., 2013. Characterisation of the ecotoxicity of hospital effluents : A review. Sci. Total Environ. 454–455, 250–276. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2013.02.064
  • Soulier, A., Carrera, L., Le Bot, B., de Lavenne, A., Jaffrezic, A., 2015. Occurrence des résidus médicamenteux d’origine vétérinaire et traceurs de contamination fécale dans les eaux de surface dans deux bassins versants bretons (Rapport INRA et ONEMA).
  • Spadini, L., Navel, A., Martins, J.M.F., Vince, E., Lamy, I., 2018. Soil aggregates : a scale to investigate the densities of metal and proton reactive sites of organic matter and clay phases in soil. Eur. J. Soil Sci. 69, 953–961. https://doi.org/10.1111/ejss.12695