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Transfert, dynamique d’échange et effets des fondants routiers dans un bassin de rétention des eaux de ruissellement routières

Marie-Odile Simonnot Université de Lorraine – LRGP Ivana Durickovic, CETE de l'Est – LRPC Nancy – ICE / ERA 31

Sous la direction de :

Réunion du réseau PEER– Octobre 2013

Ministère de l'Écologie, du Développement Durable et de l’Enérgie

Rémi Suaire

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Contexte

Contexte de la Viabilité Hivernale La VH répond aux exigences croissantes de :

–  Mobilité individuelle et industrielle (la route : maillon de production)

–  Maintien de la sécurité des biens et des personnes en période hivernale

Accroissement permanent des quantités de fondants routiers épandues 2 000 000 tonnes épandues lors de l'hiver 2009/2010

1970 1980 1990 2000 2010

Tonnage (kT)

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Problématique

  5 à 20% du sel est directement déversé sur les accotements

  95% du sel épandu atteint les accotements par ruissellement ou par projection

Préoccupations environnementales croissantes

Impacts transfert des FR dans la nature par écoulement, expulsion, vent...

pollution, biodiversité, nappes phréatiques

1% de sel économisé sur une année correspond à 500.000€

Quantité résiduelle sur la chaussée : facteurs d'influence - Dilution de la saumure (pluie)

- Transport hors de la chaussée (trafic, vent)

Méconnaissance de la quantité résiduelle - Surdosage estimé à 20 – 30 %

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Fondants routiers et assainissement

•  Au Canada : Des études ont été menées sur la conception d'un

système d’assainissement spécifique pour le NaCl •  En Europe : Des études ont démontré que la présence de sel dans les

eaux saumâtres issues de la route pouvait entraîner le relargage de métaux lourds dans les système d'assainissement

NaCl considéré comme toxique au sens de la loi canadienne pour la protection de l'environnement En France, aucune réglementation spécifique (arrêté du 11 janvier 2007 : eaux brutes potables 200 mg/L pour les Cl- et Na+)

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Problématique / Objectifs   Préoccupations croissantes concernant

l’impact environnemental des fondants routiers

Quelles solutions pour améliorer l'assainissement ?

Objectifs généraux de la thèse 1) Établir une relation entre les quantités de sel épandues et la teneur en sel dans les eaux et les sédiments des bassins d’assainissement 2) Étudier les transferts dans les systèmes d’assainissement et l’influence du sel sur leur fonctionnement 3) Mettre en évidence les capacités de certains végétaux aquatiques à épurer les eaux chargées en fondants routiers 4) Élaborer une solution d'assainissement spécifique extensible à l'ensemble des bassins de traitement/régulation

Quel mécanisme de transfert de la route vers l’environnement ?

Site expérimental

Bassins de traitement de Chenevières : -  2400 m² environ, -  Equipé d'un dessableur et d’un déshuileur -  Collecte des eaux de ruissellement de la RN59 sur un linéaire de 1 km

environ. RN 59 : -  Liaison Moncel-lès-Lunéville – Sélestat, -  Trafic de 10 000 véh/j, -  Plus de 2,7 tonnes de sel et 250 L de saumure à 20 % épandus par km

durant l'hiver 2011/2012.

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Site expérimental

Schéma de fonctionnement du bassin

Evacuation de l’eau de ruissellement

RN59

Dessableur Entrée

Sortie

Bassin de décantation

Rampe d’accès

Site expérimental

Mesures et prélèvements

Evacuation de l’eau de ruissellement

RN59

Dessableur

Entrée

Sortie

Bassin de décantation

Rampe d’accès

P1

P2

P3

P4

-  En P1, P2 et P3 prélèvements d’eau pour mesurer les concentrations en NaCl et Métaux lourds

Détermination de l’efficacité du bassin et de l’efficacité de la collecte du NaCl -  En P4, prélèvement de boues sur 12 points

Détermination de l’effet des Fondants sur la qualité des boues

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Site expérimental

Instrumentation du bassin •  Capteur submersible de terrain en continu:

o  La conductivité, la température et la hauteur d’eau (calculée par un capteur de pression) sont mesurées en continu dans le dessableur à l’amont du bassin.

•  Préleveur automatique : o  Des échantillons d’eau du dessableur, du bassin ou de l’eau

de ruissellement routière peuvent être prélevés automatiquement sur des périodes d’intérêt particulier

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Mesures et prélèvements • Mesures sur les échantillons d’eau :

o  En cours : pH, conductivité, concentration en Na+ (SAA), Cl- (potentiomètrie) et NaCl (spectroscopie Raman).

o  A venir : concentration en métaux (par ICP-AES et fluorescence X), concentration en Mg2+, Ca2+ et K+ (SAA).

• Mesures sur les échantillons de boue

o  Granulométrie, CEC, teneur en métaux (ICP-AES et fluorescence X), teneur en Na+ (SAA), Cl- (potentiomètrie) et NaCl (spectroscopie Raman)

Site expérimental

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Premiers résultats

Conductivité dans l’eau du bassin en surface et à 5 cm du fond

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

18/10/12 07/12/12 26/01/13 17/03/13 06/05/13 25/06/13

Conductivité (mS.cm-1) En surface

Conductivité (mS.cm-1) à 5cm du fond du bassin

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Premiers résultats

y = 313,91x - 55,925 R² = 0,99147

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

[Cl- ]

(en

mg/

L)

Conductivité (mS.cm-1)

Corrélation entre la concentration en chlorure et la conductivité dans les échantillons d’eau prélevés sur le bassin de Chenevières

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Premiers résultats

Corrélation entre la concentration en chlorure et la concentration en sodium dans les échantillons d’eau prélevés sur le bassin de Chenevières

y = 1,0502x R² = 0,98096

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120

[Na+

] (m

mol

/l)

[Cl-] (mmol/l)

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Premiers résultats

Evolution de la concentration en chlorures dans l'eau de sortie du bassin de Chenevières (P3) durant l'hiver 2012-2013

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

-0,25

0,25

0,75

1,25

1,75

2,25

29/11/12 29/12/12 29/01/13 28/02/13 31/03/13 30/04/13 31/05/13 30/06/13 31/07/13 31/08/13

Pluv

iom

étire

Con

duct

ivité

Conductivity in Chenevieres' pond water output (mS.cm-1) Preventive salt spreading

Curative salt spreading

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Travaux réalisés

• Méthode expérimentale

o  Sélection de plantes halophytes capables d’accumuler du NaCl et éventuellement d’autres polluants routiers

o  Détermination des conditions optimales d’accumulation de polluants

o  Détermination de la capacité à phyto accumuler les polluants

o  Analyse de la viabilité de cette solution d’assainissement

o  Protocole en cours de rédaction

Développement d’une méthode d’assainissement par phytoremédiation

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Perspectives et conclusion

•  Préoccupations croissantes envers les impacts environnementaux

des fondants routiers : o  Nécessité de comprendre l’influence et la dynamique de

transfert des fondants dans les bassins de traitement •  Premiers résultats alarmants :

o  Nécessité de mesurer l’effet des fondants sur la remobilisation des métaux lourds et sur les écosystèmes

•  Absence de réponse en terme d’assainissement :

o  Nécessité d’analyser la faisabilité de la conception d’un filtre planté d’halophytes pour la remédiation des eaux de ruissellement routières saumâtres

Constats et poursuite du travail engagé

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Merci de votre attention