Transport et dégradation des biocides urbains des façades aux eaux souterraines

Transport and degradation of urban biocides from facades to groundwater

• Auteur / Autrice : Tobias Junginger
• Direction : Gwenaël Imfeld, Sylvain Payraudeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie
• Date : Soutenance le 20/01/2023
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la Terre et Environnement (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Terre Environnement (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Régis Moilleron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Elodie Passeport, Ulla E. Bollmann, Jens Lange
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Régis Moilleron, Michael Burkhardt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse par dilution isotopique

Biocides

Mots clés libres

Biocides

Analyse isotopique composé-spécifique

Transport réactif

Dégradation

Biocides

Compound-specific isotope analysis

Reactive transport

Degradation

Résumé

Les biocides urbains, utilisés dans les matériaux de façade comme la peinture et le crépi pour inhibiter la croissance des algues et des champignons, sont libérés par la pluie poussée par le vent et contaminent les eaux de surface, le sol et les eaux souterraines avec des effets écotoxicologiques potentiels pour l'écosystème. L'objectif général de cette thèse était d'améliorer la compréhension du transport réactif des biocides urbains depuis leurs sources (i.e., matériaux de construction/facades) jusqu'aux compartiments récepteurs (i.e., eaux de surface, sol et eaux souterraines). Nous avons d'abord examiné les voies et les mécanismes de dégradation du biocide terbutryn au cours de la photodégradation, de l'hydrolyse abiotique et de la biodégradation dans des conditions de laboratoire contrôlées, à l'aide d'analyses isotopiques multi-éléments spécifiques des composés et de mesures des produits de transformation. Nous avons également développé un cadre pour utiliser l'analyse isotopique spécifique aux composés pour les biocides urbains dans des conditions environnementales, en discutant son potentiel et ses limites. Nous avons montré que l'irradiation solaire est la principale variable hydroclimatique provoquant la libération des produits de transformation du terbutryn par les façades et nous avons fourni des estimations de leur contribution dans les lixiviats de façade sur plusieurs années. En outre, nous avons montré que les revêtements perméables et les drainages en gravier à proximité des façades sont des " points chauds " potentiels pour l'entrée des biocides dans les eaux souterraines, tandis que les surfaces végétalisées agissent en grande partie comme un puits avec un fort potentiel de rétention des biocides. Dans l'ensemble, cette thèse souligne les risques environnementaux associés à la libération de biocides urbains et de leurs produits de transformation, mais discute également d'approches alternatives avec des matériaux sans biocides, ouvrant ainsi la voie à une ville sans biocides.

Urban biocides, used in facade materials like paint and render to prevent growth of algae and fungi, are released with wind driven rain and contaminate surface water, soil and groundwater with potential ecotoxicological effects to the ecosystem. The general goal of this thesis was to improve the understanding of reactive transport of urban biocides from their sources (i.e., construction materials/facades) to receiving compartments (i.e., surface water, soil, and groundwater). We first examined the degradation pathways and mechanisms of the biocide terbutryn during photodegradation, abiotic hydrolysis and biodegradation under controlled laboratory conditions, using multi-element compound specific isotope analysis and transformation product measurements. We further developed a framework to use compound-specific isotope analysis for urban biocides under environmental conditions, discussing its potential and limitations. We showed that solar irradiation is the main hydroclimatic variable causing release of transformation products of terbutryn from facades and provide estimates of their contribution in facade leachate over several years. Additionally, we showed that permeable pavements and gravel drainage close to facades are potential 'hot spots' for biocide entry towards groundwater, while vegetated surfaces acted largely as a sink with high biocide retention potential. Altogether, this thesis underscores environmental risks associated with the release of urban biocides and their transformation products but also discusses alternative approaches with biocide-free materials, thus paving the way towards a biocide-free city.