Transfert de polluants au sein d'un ouvrage de traitement des eaux issues du ruissellement urbain - Mise au point d'un procédé de traitement complémentaire

Pollutants transfer in urban stormwater runoff basin - Additional biological treatment

• Auteur / Autrice : Séverine Ladislas
• Direction : Yves Andres
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 19/10/2011
• Etablissement(s) : Nantes, Ecole des Mines
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire) - Laboratoire de génie des procédés - environnement - agroalimentaire / GEPEA
• Jury : Président / Présidente : Jacques Brisson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claire Gerente, Florent Chazarenc
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Baudu, Gérard Merlin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bassins de retenue des eaux pluviales

Eau -- Pollution par les métaux lourds

Eau -- Épuration

Mots clés libres

Bassin de rétention

Bioindicateur

Biosurveillance

Eaux de ruissellement urbain

Macrophyte aquatique

Marais flottant

Métaux lourds

Aquatic macrophyte

Bioindicator

Biomonitoring

Floating treatments wetlands

Heavy metal

Retention pond

Urban stormwater runoff

Résumé

L’objectif de ce travail est d’évaluer le transfert des métaux lourds au sein d’une installation de traitement des eaux de ruissellement routier et de développer un procédé épuratoire qui permettrait de parfaire le traitement de ces eaux. La démarche scientifique déployée a d’abord consisté en la caractérisation des flux métalliques acheminés dans un bassin de rétention recevant des eaux de ruissellement provenant d’une autoroute et en l’évaluation du transfert de cette pollution métallique vers la végétation environnante. Les résultats de cette première étude ont permis de mettre en évidence : (1) un transfert des métaux lourds (Cd, Ni, Zn) des compartiments eau – sol vers les macrophytes aquatiques présent sur le site, (2) la capacité de ces macrophytes à accumuler des polluants métalliques au sein de leurs tissus et (3) le caractère bioindicateur de ces macrophytes pour assurer une surveillance de la pollution métallique présente dans les eaux de ruissellement. Compte tenu de la capacité des plantes à accumuler des métaux, en particulier au niveau de leurs racines, un procédé de phytoremediation appelé marais flottant a été proposé pour affiner le traitement des eaux de ruissellement. Les performances épuratoires de ces systèmes ont été évaluées en microcosmes et la faisabilité technique de pouvoir implanter de tels systèmes directement à la surface d’ouvrages existants a également été appréhendée. Les résultats ont démontré que les marais flottants peuvent tout à fait être mis en œuvre à la surface de bassins de rétention sous réserve que les matériaux choisis pour la construction de ces systèmes soient adaptés aux conditions environnementales. Les résultats ont également mis en évidence la capacité des marais flottants à éliminer les métaux présents en phase aqueuse ainsi que l’importance du réseau racinaire qui se développe dans la colonne d’eau sur la rétention des polluants et la filtration des particules fines en suspension. Enfin, cette étude a démontré que les marais flottants peuvent être considérés comme des systèmes de traitement pérennes et nécessitant très peu de maintenance.

The objective of this work is to evaluate the heavy metal transfer into an urban stormwater treatment device and to develop a treatment process which would allow improving the treatment of these waters. The scientific approach consisted first to characterize the metal loads forwarded into a retention pond receiving stormwater runoff coming from a highway and to evaluate the transfer of this metal pollution to the surrounding vegetation. The results of this preliminary study demonstrated: (1) a heavy metal transfer (Cd, Ni and Zn) from the water and soil compartments to the aquatic macrophytes present on the studied site, (2) the capacity of these macrophytes to accumulate metal pollutants into their tissues and (3) the bioindicator value of these macrophytes for biomonitoring of stormwater metal pollution. Regarding the capacity of plants to accumulate metals, especially in their roots, a phytoremediation process called floating treatment wetlands was proposed to improve urban stormwater quality. The treatment performances of these systems were evaluated through a microcosm experiment and the technical feasibility for implanting such floating systems directly on the surface of existing ponds was also evaluated. The results showed that floating treatment wetlands can be operated on the surface of retention pond provided that the material chosen for the construction of these systems are well adapted to environmental conditions. The results also brought to light the efficiency of floating treatment wetlands for metal uptake from water as well as the importance of the root system on pollutant retention and the filtration of fine suspended particles. Finally, this study showed that floating treatment wetlands can be considered as sustainable treatment systems that need low maintenance.