52
Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. Liaison avec les questions de toxicité et d’écotoxicité Mathieu Cladière 24 ème journée scientifique de l’environnement

Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

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Page 1: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. Liaison avec les questions de toxicité et

d’écotoxicitéMathieu Cladière

24 ème journée scientifique de l’environnement

Page 2: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Les rejets des mégapolesMégapole ParisienneActivités industrielles Activités domestiques

Eaux usées Eaux usées

Station d ’épuration

Milieu récepteur : la Seine

Page 3: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Les perturbateurs endocriniens

Perturbateurs

endocriniensactivités

thyroïdiennes

ignifuges bromés (PBDE) ; mercure ; triclosan ;

perfluorés (PFC)

activités œstrogéniques

phtalates ; cadmium ; parabènes ; bisphénol A ;

alkylphénols

Composés toxiquesPerturbations concentrations < 1 µg.L-1

3Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. 14/02/2013

Page 4: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

BPA : Médiatisation importante biberons en plastique

APs : Composés importants dans la perturbation endocrinienne

Alkylphénols (APs) et bisphénol A (BPA) œstrogènes

4

Enjeu environnemental des APs et BPA

Perturbations retrouvées sur les organismesDifformités (branchies, foie, reins) : barbu rosé (Battcharaya et al. 2008)Impact sur la reproduction : souris mâle (El-Dakdoki et Helal 2007)Développement embryonnaire : Daphnia magna (Zhang et al. 2002)

Barbus rosé Daphnia magna

(Marcial et al. 2003 ; Fernet et al. 2003 et Jugan et al. 2009)

Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. 14/02/2013

Page 5: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

5

Bisphénol A (BPA)

Utilisations : plastiques polycarbonates, résines époxydes, PVC, papiers

Plastiques polycarbonates Résines époxydes

Plus d’une centaine de domaines d’application

Consommation mondiale : 3 000 000 tonnes en 2005

CH3 CH3

OH OH

(Vendenberg et al. 2007)Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. 14/02/2013

Page 6: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Alkylphénols (APs)Para-nonylphénol (4-NP)

80 % du marché mondial

H19C9 OH

H9C9 (O-CH2-CH2)n-OH

nonylphénol polyéthoxylés (NPnEO ; n = 1 - 50)

Tensioactifs non ioniques détergents, agents mouillants

Consommation mondiale : 500 000 tonnes en 2000

Consommation en Europe (règlementation, substituants)

(Ying et al. 2002)

4-NP : substance prioritaire dangereuse DCE NQE : 300 ng.l-1

6Colloque PIREN 2013 : Simulation du devenir des alkylphénols dans la Seine14/02/2013

Page 7: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

7

Biodégradation des NPnEO

Non-oxydative Oxydative

D’après Giger et al. 2009

H19C9

O(CH2-CH2-O)n OH

OO OH

H19C9NP2EO

NPnEO

OOH

H19C9NP1EO

Oxydation de la chaîne éthoxylée

NPnEC

NP2EC

O COOH

H19C9NP1EC

OH

H19C9

4-NP

OO COOH

H19C9

H19C9

O(CH2-CH2-O)n-1 COOH

Dégradation finale, Volatilisation

Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. 14/02/2013

NPEO

Page 8: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Problématique

Quel est la contamination du bassin de la Seine par les alkylphénols et le bisphénol A et l’impact de la mégapole ?

Les NPnEO et le BPA sont utilisés depuis 1960Probablement émis vers le milieu depuis plusieurs décennies

Le 4-NP et le BPA sont des perturbateurs endocriniens

Méthodologie1. Détermination de l’imprégnation du bassin de la Seine

2. Détermination des sources urbaines actuelles et leur impact sur la Seine

3. Poids de l’agglomération parisienne dans les flux exportés en Seine

8Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. 14/02/2013

Page 9: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

9

Matériels et méthodes

Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. 14/02/2013

Page 10: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

10

Etude de l’imprégnation du milieu

1

2

3

4

5

6

78 9

1011

12

Retombées atmosphériques•Périodes de 14 jours• Préleveurs aluminium 5 L

Sols• Urbain dense, résid. et forêt

Lognes

Fontainebleau

Paris

Tête de bassin (Orgeval)• 3 campagnes hors période agricole • 1 durant la période agricole

Endocrinair

Orgeval

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 11: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

11

Source de la mégapole parisienne

SAM Seine Amont 387 000 m3.j-1MAV Marne Aval 36 000 m3.j-1SEC Seine Centre 243 000 m3.j-1SAV Seine Aval 1 666 000 m3.j-1SEG Seine Grésillons 82 000 m3.j-1

Rejets de Station d’épuration

Surverses unitaires (SUTP)Déversoir d’orage des réseaux unitaires (Paris + petite couronne)

Eaux des exut. pluviaux (EEP) Exutoires des réseaux séparatifs (grande couronne)

Clichy (SUTP)

Sucy-en-Brie (EEP)

SAV

SEC

SAM

SEG

MAV

Clichy le 14/07/2010 (source SIAAP)

Collecteur Sucy-en-Brie (source INOGEV)

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

5 plus grandes STEP de l’agglomération parisienne (70% des eaux usée traitées)

Page 12: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

12

Impact de la mégapole sur la Seine

3 stations en Seine situées en amont et en aval de la mégapole parisienne

Suivi annuel de la Seine

MarnayBougivalMeulan

Bougival

Meulan

Marnay

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 13: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13

Protocole analytiqueEchantillon liquide

FiltrationGF/D (2,7 µm) et GF/F (0,45 µm)

OASIS HLB (200 mg/6 ml)Extraction (SPE)

Particulaire + solDissoute

ExtractionMicro-onde : Multiwave 3000

LyophilisationAlpha 1-2 LDplus

UPLC-MS-MS

PurificationOASIS HLB (200 mg/6 ml)

(Gilbert 2011)

4-NP ; NPEO ; NP1 EC

BPA

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 14: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

14

Résultats et discussions

Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. 14/02/2013

Page 15: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Imprégnation du bassin de la Seine

Ret._Atm. Orgeval Sols

50100150200250300

Ret._Atm. Orgeval Sols0

50100150200250300

Ret._Atm. Orgeval Sols

100

200

300

400

Ret._Atm. Orgeval Sols0

50100150200250300

BPA 4-NP

NP1 ECNPEO

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

ou

ng.g

-1)

Ubiquité des APs et BPA dans le bassin de la Seine

BPA : Forte variabilité dans Ret. Atm. et faibles contaminations Orgeval et sols

4-NP : Contamination non négligeable et généralisée de toutes les matrices

Forte influence des activités agricoles

NQE

Pas d’influence du mode d’occupation du sol

15Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. 14/02/2013

Page 16: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Imprégnation du bassin de la Seine

Ret._Atm. Orgeval Sols

50100150200250300

Ret._Atm. Orgeval Sols0

50100150200250300

Ret._Atm. Orgeval Sols

100

200

300

400

Ret._Atm. Orgeval Sols0

50100150200250300

BPA 4-NP

NP1 ECNPEO

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

ou

ng.g

-1)

Ubiquité des APs et BPA dans le bassin de la Seine

NPEO : Contamination non négligeable et généralisée à l’image du 4-NP

NP1 EC : Faible contamination faible dispersion du NP1EC

NQE

16Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. 14/02/2013

Page 17: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

STEP SUTP EEP0

500

1000

1500

2000

STEP SUTP EEP0

500

1000

1500

2000

STEP SUTP EEP0

500

1000

1500

2000

STEP SUTP EEP0

500

1000

1500

2000

Majorité des composésSUTP > EEP > STEP

Absence de traitementProcessus réseau

Comp. particulier NP1 ECSUTP ≈

EEP < STEPTraitement biologique

17

Sources de la mégapole parisienneC

once

ntra

tion

(ng.

L-1 )

BPA 4-NP

NPEO NP1 EC

Niveaux concentrationsSTEP ≈

milieu4-NP, NPEO

STEP = Station d’épurationSUTP = Surverses Unitaires de Temps de PluieEEP = Eaux des Exutoires Pluviaux

NQE-MA

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 18: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

0

50

100

150

200

250

300

Marnay Bougival Meulan

0

50

100

150

200

250

300

Marnay Bougival Meulan

0

50

100

150

200

250

300

Marnay Bougival Meulan

0

50

100

150

200

250

300

Marnay Bougival Meulan

Pas d’influence 4-NP et NPEO

Pas de dépassements des NQE-MA pour 4-NP et 4-t-OP

InfluenceBPA, NP1 EC

Con

cent

ratio

n (n

g.L-

1 )

18

Impact de la mégapole sur la SeineMe = Meulan

BPA 4-NP

NP1 EC

Amont Aval

Ma = Marnay B = Bougival

Paris

Faible dissémination + urbain fort Forte dissémination + urbain faible

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

NPEO

NQE-MA

Page 19: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Composé majoritairement issu de sources urbainesNP1 EC Emissions mégapole ≈ 50 - 75 % flux Seine

Composés peu émis par la zone urbaine = sources diffusesMajorité des composés Emissions mégapole << flux Seine

Emissions mégapole vs. flux SeineFl

ux (k

g.an

-1)

0

200

400

600

800

1 000

1 200

1 400

1 600

BPA 4-NP NPEO NP1 EC

SeineMégapole Parisienne

19

STEP + SUTP + EEP

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 20: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Flux RAT ≈

50 % flux SeineForte dispersion du composé par voie atmosphériqueSources diffuses = biodégradation + bassin amont

Flux atmosphériques vs. flux SeineFl

ux (k

g.an

-1)

0

200

400

600

800

1 000

1 200

1 400

1 600

BPA 4-NP NPEO NP1 EC

SeineMégapole parisienneRAT

20

RAT vs. Seine appréhender la dispersion des composés sur la région IDF

Flux RAT << flux SeineFaible dispersion des composés par voie atmosphériqueSources diffuses = biodégradation

Importance de l’ubiquité des APs14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 21: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

21

Conclusions

Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. 14/02/2013

Page 22: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

22

Conclusions

2. Influence de la mégapole sur la contamination de la Seine :

Pas d’influence de la mégapole 4-NP et NPEO

Influence significative de la mégapole BPA et NP1EC

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

1. Etude du bassin versant

Ubiquité des APs et du BPA au niveau du bassin de la Seine retombées atmosphériques, sols et eaux de surfaces

les organismes vivants sont continuellement soumis à leur présence

« l’effet cocktail »Les APs et BPA ne sont pas les seuls PE (Phtalates, Parabène, Cadmium)

Leurs actions s’additionnent voir se multiplient

Page 23: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

3. Flux sources urbaines vs. flux Seine

Sources urbaines faibles devant les flux exportés en Seine• BPA, 4-NP, NP1 EO, NP2 EO, 4-t-OP : Sources urbaines ≈

30 % flux SeineImportance de l’ubiquité des APs et BPA ?

• NP1 EC : Sources urbaines ≈

75 % flux exporté en SeineOrigine majoritairement urbaine

23

Conclusions

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 24: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Merci de votre attention

Page 25: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

25

Conclusions générales

2

1. Détermination des constantes de biodégradation

Approche innovante : Modèle + mesures in-situ

Forte variabilité des constantes de biodégradation à l’échelle annuelle

Influence des conditions biogéochimiques du fleuve

2. Validation du modèle avec les données 2010

Possible de simuler les concentrations des APs sur 1 an

Peut-on simuler les processus impliqués dans le devenir des alkylphénols dans la Seine ?

3. Scénarios horizons 2050 - 2100

Optimisation de Seine Aval compenserait les changements globaux

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 26: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

26

2 Peut-on simuler les processus impliqués dans le devenir des alkylphénols dans la Seine ?

Détermination des constantes de biodégradation 1. Définir les mécanismes réactionnels du modèle

2. Simulation (ProSe)

Validation du modèle avec les données 20101. Validation des constantes par simulation de la station Meulan

Campagnes de prélèvement spécifiques 1. Suivi d’une masse d’eau en aval de Paris

Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. 14/02/2013

Page 27: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Perspectives de modélisation

Continuer investigations sources et compartiments environnementaux

27

Perspectives

Modélisation avec ProSeSimuler : amont - PosesPrendre en compte les conditions biogéochimiques de la Seine

Compartiments environnementauxSédiments : puits, stockage et source d’APs et BPA dans les cours d’eau (Fernet et al. 2003) Eaux souterraines : première investigation (Orgeval) niveaux proches de 100 ng.L-1

Sources urbainesRejets industriels directs : 3RSDE

Couplage simulation bassin versant – cours d’eau4-NP : voir l’impact des zones amont du bassin sur la contamination

Tester de nouveaux scénariosScénarios d’occupation des sols

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 28: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

28

Perspectives

Perspectives spécifiques aux alkylphénols

Analyse des composés éthoxylés à longue chaîneContinuer l’investigation comparative des alkylphénols éthoxylés à longue chaîne

Renforcement de l’analyse du 4-NP en tête de bassinTester l’imprégnation sur d’autres têtes de bassin Confirmer l’impact des activités agricoles en tête de bassin

4-NP ; NP1 EO ; NP1 EC

NPnEO ; NPnEC

Perspectives spécifiques au bisphénol ASuivi du panache d’un déversoir d’orage (Clichy)

Evaluer l’impact d’un épisode pluvieux sur la SeineModélisation de la biodégradation dans la Seine

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 29: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

29

Modèle ProSeModèle hydraulique et biogéochimique simulant un axe fluvial la Seine

Processus biochimiques (RIVE) Biodégradation des nonylphénols

Sources urbaines Sources ponctuelles (SAV), sources diffuses

Transport dissous transport advectif, dispersion (méandre, navigation, dispersion turbulente)

Hydraulique équations de Saint Venant (régime transitoire)

(Even 1997)

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 30: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

30

Biodégradation des nonylphénols

ProSe : Flux diffus de NP1 EO et NP1 EC dans la Seine symbolisant leur dégradation

Hypothèses :• Cinétiques d’ordre 1• K1 ’ = K1• NP1 EO et NP1 EC : pas de volatilisation (Jonkers et al. 2005)

• NP1 EO et NP1 EC : pas d’adsorption sur les particules(Jonkers et al. 2005)

D’après Giger et al. 2009

NPnEO NPnECoxydation

NP1 EO NP1 EC

4-NP

Biodégradation finale ; volatilisation ; adsorption

K1 ’

K2K1

K3

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 31: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

31

Campagnes de prélèvement

Point (PK) Juillet Septembre

Maisons- Laffitte (715,4)

10/07 8:40

29/09 8:00

Seine Aval (720,1)

10/07 19:20

29/09 15:30

Conflans (728,2)

11/07 16:30

30/09 7:00

Oise (728,7)

11/07 17:00

30/09 7:30

Poissy (734,9)

12/07 5:40

30/09 19:00

Triel (743,6) - 01/10

18 :50

Temps total 45 h 59 h

Suivi d’une masse d’eau en aval de Paris juillet et septembre 2011

Date et heure de prélèvement déterminées par simulation ProSe

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 32: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Variables à caler

Description du module APs dans ProSe

Condition amontDébit ; [C]

SAVDébit ; [C]

OiseDébit ; [C]

Flux diffus Flux diffus Flux diffus

SeineK1 , K1 ’, K2 , K3

Conflans[C]

Poissy[C]

Triel[C]

Paramètres de forçage du modèle

Données de calage du modèle

3214/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 33: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Réutilisation des campagnes mensuelles 201033

Simulation du linéaire de SeineSeptembre 2011

020406080

100120140

710 720 730 740 750PK

Amont Conflans Poissy Triel

NP1 ECJuillet 2011

0

50

100

150

200

710 720 730 740 750Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

)

PK

NP1 EC

Amont Conflans Poissy

Forte variabilité des constantes de biodégradation et des apports diffusjuillet >> septembre

Nécessité d’une étape de validation de la biodégradation

Constantes (j-1)

K1 = K’1 0,1

K2 3,3

K3 2,5

Constantes (j-1)

K1 = K’1 0,3

K2 0,1

K3 0,15>>>>

<

MesuresProSe

MesuresProSe

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 34: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

04080

120160200240280320

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

NP1 EC

Mois

Meulan 2010

04080

120160200240280320

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

)

1 2 3 4 5 7 8 9 10 11 12Mois6

NP1 EC

Constantes juillet Constantes septembre

Simulation annuelle convenable

Bloom algal : données CarboSeine

Simulation annuelle impossible

34

Simulation annuelle : 2010Reconstruction des paramètres de forçage 2010 relation avec Q

Système non perturbé

Validation des constantes de biodégradation de septembre

T1/2 dans la Seine ≈

1 semaine

ProSeMesures

ProSeMesures

Nash = -1,64 Nash = 0,44

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 35: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

Scénarios prospectifs 2050 - 2100

35

Simulations annuelles avec Prose

2050 - 2100

Changements climatiques

RExHySS

Evolution traitement

Seine Aval10

11

12

13

14

15

16

2000 2020 2040 2060 2080 2100

Mill

ions

d'h

abita

nts

Evolution population IDF

INSEE

0

200

400

600

800

1000

1200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Déb

it (m

3 .s-1

)

Ref_2010ARP_2050MPI_2050

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 36: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

36

3 Quels sont les flux annuels d’alkylphénols et de bisphénol A à l’échelle de l’Île-de-France ?

Amener les premiers éléments de discussion sur les flux

bilan

Flux des sources urbaines vs. flux exportés en Seine1. Flux exportés en Seine

• Exploitation des campagnes suivi annuel 2010

2. Flux retombées atmosphériques

3. Flux sources urbaines• Temps sec : rejets STEP• Temps de pluie : SUTP, EEP

Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A. 14/02/2013

Page 37: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

37

Méthodologie de calcul des flux annuels

Importance de considérer les incertitudes : 3 valeurs de concentrations choisies

1er quartile C°1 F1 : hypothèse basse

Médiane C°2 F2 : flux médian

3ème quartile C°3 F3 : hypothèse haute

Matrices étudiées : entre 8 et 12 campagnes

Encadrer les valeurs de flux annuels en 2010

Flux = [C] * V

Besoin d’estimer volume ?

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 38: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

38

Volumes annuels : réseau unitaire

Seine : 11 863.106 m3.an-1

Rejets STEP : 858.106 m3.an-1

(SIAAP)SUTP : 23,7.106 m3.an-1

(SIAAP, CG92, CG93, CG94, Paris)

Eaux usées unitaires

RAT (IDF) : 650 mm 7 845.106 m3.an-1

Atmosphère

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 39: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

39

Volumes annuels : réseau séparatif

Seine : 11 863.106 m3.an-1

RAT (IDF) : 650 mm 7 845.106 m3.an-1

Eaux exutoires pluviauxV = précipitation x S x Cimp

S : Sagglo – Sunitaire : 1 785 km2

Cimp : 0,2 – 0,3232 – 348.106 m3.an-1

Atmosphère

14/02/2013 Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des alkylphénols et du bisphénol A.

Page 40: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 40

Incertitudes de mesureConflans R. Gauche Conflans Centre Conflans R. Droite

Extraction

1Prélèvement 2 1

1 2 3 1 2 3 1 2 3

1 3

Analyse 21 3

Pour chaque point (n=9) incertitudes analytiques, spatiales et temporelles

21 3 21 3

Composés Incertitudes analytiques

Incertitudes spatiales

Incertitudes temporelles

Incertitudes totales

BPA 10 % 24 % 25 % 25 %

4-NP 7 % 7 % 2 % 7 %

NP1 EC 4 % 5 % 6 % 6 %

NP1 EO 14 % 9 % 23 % 23 %

NP2 EO 7 % 9 % 14 % 14 %

Page 41: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 41

Simulation annuelle : 2010Reconstruction données d’entrée : Campagne suivi mensuel Seine + Oise

0

40

80

120

160

200

240

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Mois

4-NP

0

40

80

120

160

200

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

NP1 EC

Mois

0

40

80

120

160

200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Mois

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

)

NP1 EO

Bougival 2010

4-NP : Pas de relation (polynôme)NP1EC : Relation C° vs. QNP1EO : Relation Flux vs. Q

Seine et Oise :

Seine Aval :C° et débit médian

Nash-Sutcliffe :

NS = 0,83NS = 1

NS = 0,69

Page 42: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 42

Modélisation sans processus biochimique

Mesure Seine

Modèle ProSe sans processus

4-NP

0

20

40

60

80

100

710 720 730 740 750PK (km)

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

)

0h 22h 35h 59h

020406080

100120140

710 720 730 740 750PK (km)

0h 22h 35h 59h

NP1 EC

0

10

20

30

710 720 730 740 750PK (km)

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

)

0h 22h 35h 59h

NP1 EO

Campagne septembre 2011

Divergence entre C° modélisées et C° mesuréesNP1 EC Evolution mesurée ≠ Evolution modélisé

Nécessité considérer les processus de biodégradation des APs

Page 43: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

0,25 – 0,290,20 – 0,222 - 6T1/2

0,02 – 1,5019,7 – 33,63,38 – 2,753,14 – 3,470,05 – 0,1Min – max

K3K2K1 = K’1

NP1ECNP1EO4-NPNP1ECNP1EO

Apports diffus (g.j-1)Constantes de biodégradation (j-1)

0,25 – 0,290,20 – 0,222 - 6T1/2

0,02 – 1,5019,7 – 33,63,38 – 2,753,14 – 3,470,05 – 0,1Min – max

K3K2K1 = K’1

NP1ECNP1EO4-NPNP1ECNP1EO

Apports diffus (g.j-1)Constantes de biodégradation (j-1)

3,6 – 7,75,0 – 8,72,1 – 3,4T1/2

0,3 – 0,80,3 – 1,00,09 – 0,190,08 – 0,140,29 – 0,3Min – max

K3K2K1 = K’1

NP1ECNP1EO4-NPNP1ECNP1EO

Apports diffus (g.j-1)Constantes de biodégradation (j-1)

3,6 – 7,75,0 – 8,72,1 – 3,4T1/2

0,3 – 0,80,3 – 1,00,09 – 0,190,08 – 0,140,29 – 0,3Min – max

K3K2K1 = K’1

NP1ECNP1EO4-NPNP1ECNP1EO

Apports diffus (g.j-1)Constantes de biodégradation (j-1)

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 43

Constantes de biodégradation

Forte variabilité des constantes K2 et K3 et des apports diffusConstantes juillet supérieures aux constantes septembreConditions biogéochimiques : juillet bloom algal ; septembre « courante »Constantes septembre cohérentes avec la littérature (Jonkers et al. 2005)

T1/2 varient entre < 1 jour en juillet et environ 1 semaine en septembreNP1 EO n’évolue pas comme les deux autres composés voie minoritaire ?

Septembre

Juillet

Page 44: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 44

BPA

0

50

100

150

200

0 250 500 750 1000Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

)

4-NP

0

50

100

150

200

0 250 500 750 1000

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

)

Débit (m3.s-1)Débit (m3.s-1)

NP1EC

C° = 29 393 x Q-1

R2 = 0,85

050

100150200250300350

0 250 500 750 1000

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

)

Evolution selon les conditions hydriques à Meulan

BPA, 4-NP, NP1 EO, NP2 EO et 4-t-OPPas de variation en fonction du débitPollution diffuse

NP1 ECRelation C° = a x Q-b

Pollution ponctuelle

Débit (m3.s-1)

Impact sur l’axe fluvial Seine

Page 45: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 45

Simulation annuelle : 2010

4-NP

0

40

80

120

160

200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 120

4080

120160200240280320

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

) NP1 EC

Mois Mois

Meulan 2010

020406080

100120140160180

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Mois

NP1 EO

Estimation convenableNS > 0,4

NS = 0,44NS = 0,55

NS = 0,61

NP1 EC : sous estimation des maximaRejet Seine Aval considéré constant

NP1 EO : Valeurs extrêmesNon prise en compte du temps de pluie

Conclusions principales :

Page 46: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 46

Simulation annuelle : 2050Construction des scénarios à l’horizon 2050 :

Changement climatique :Projet RExHySS (PIREN-Seine)

2 scénarios extrêmes pour 2050 : APR et MPI : précipitations, ETP, T°C.Reconstruction des débits Seine et Oise

0

200

400

600

800

1000

1200

Déb

it (m

3 .s-1

)

Ref_2010ARP_2050MPI_2050

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Mois

Seine à Paris = Bougival

Page 47: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 47

Simulation annuelle : 2050Construction des scénarios à l’horizon 2050 :

Changement climatique :Projet RExHySS (PIREN-Seine)

2 scénarios extrêmes pour 2050 : APR et MPI : précipitations, ETP, T°C.Reconstruction des débits Seine et Oise

Evolution de la population :Données INSEE et CESER

Augmentation de population de 11,7 % d’ici à 2050Répercussion sur les volumes d’eau usée traités par les STEP du SIAAPRejet SAV : 19,3 m3.s-1 en 2010 à 22,6 m3.s-1 en 2050, soit : + 17%

Optimisation de Seine Aval :Deux scénarios :

Référence : Seine Aval non optimisée en 2050 C° SAV 2011Optimisé : Seine Aval optimisée en 2050 = mise à niveau SEC C° SEC 2011

Pas d’évolution de la consommation des APs à l’horizon 2050

ARP_ref_2050 MPI_ref_2050

ARP_opt_2050 MPI_ref_2050

Page 48: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 48

Simulation annuelle : 2050

4-NP

020406080

100120140160180

Ref_2010ARP_ref_2050MPI_ref_2050

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Mois

020406080

100120140160180

Ref_2010ARP_opt_2050MPI_opt_2050

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Mois

4-NPScénarios de référence Scénarios SAV Optimisée

0

50

100

150

200

250

300 Ref_2010ARP_opt_2050MPI_opt_2050

NP1 EC

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Mois

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Mois

Ref_2010ARP_ref_2050MPI_ref_2050

Con

cent

ratio

n (n

g.L-1

) NP1 EC

Page 49: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 49

Flux exportés par la Seine

0200400600800

1 0001 2001 4001 600

BPA 4-NP NP1 EO NP2 EO NP1 EC 4-t-OP

Flux

ann

uel (

kg.a

n-1)

F1

F2

F3

Meulan 2010

BPA : flux annuel entre 600 et 1 000 kg.an-1

APs : flux individuel entre 450 et 1 430 kg.an-1

Variabilités importantes

Que représentent les flux urbains devant ces flux exportés en Seine ?

15 HAP : 462 kg.an-1 (Ollivon et al. 2005) 21 PCB (1998) : 900 kg.an-1 (Teil et al. 1998)Σ(5)APs : 4 000 kg.an-1

Ratio F3 / F1

4-NP

NP2 EO

1,3

2,9

Page 50: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 50

Flux sources urbaines vs. SeineBPA

SUTP < STEP < RAT < EEP

790 59 28 137 205 64 F2 (kg.an-1)

Apports urbains faibles devant le flux exporté par la Seine

[SUTP < STEP < RAT < EEP ] << Seine

Sources urbaines : 70 – 80 % temps de pluie

0

200

400

600

800

1000

1200

Seine STEP SUTP RATEEPMin

EEPMax

Flux

ann

uel (

kg.a

n-1)

Page 51: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 51

Flux sources urbaines vs. Seine4-NP

0200400600800

1000120014001600

Seine STEP SUTP RATEEPMin

EEPMax

1 210 144 13 81 121 81 F2 (kg.an-1)

SUTP < RAT < EEP < STEP

Sources urbaines : temps de pluie ≈

temps sec

[SUTP < RAT < EEP < STEP] << Seine

Apports urbains très faibles devant le flux exporté par la Seine

Flux

ann

uel (

kg.a

n-1)

Page 52: Les contaminants chimiques ubiquistes : cas des

13/12/2012 Sources, transfert et devenir des alkylphénols et du bisphénol A dans le bassin de la Seine 52

Flux sources urbaines vs. SeineNP1 EC

0

500

1000

1500

Seine STEP SUTP RATEEPMin

EEPMax

1 166 492 5 58 87 15 F2 (kg.an-1)

SUTP < RAT < EEP << STEP

Sources urbaines : STEP ≈

90 %

Flux sources urbaines ≈

75 % flux Seine

Apports urbains jouent un rôle important dans le flux exporté vers l’estuaire

Flux

ann

uel (

kg.a

n-1)