Transferts et processus associés aux résidus de médicaments humains et vétérinaires et aux biocides des boues urbaines et des lisiers utilisés comme fertilisants

Transfers and processes related to human and veterinary pharmaceutical residues and biocides from urban sludge and manure used as fertilizers

• Auteur / Autrice : Noémie Etienne
• Direction : Jean-Luc Bertrand-Krajewski, Dominique Patureau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 12/03/2024
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DEEP - Déchets Eaux Environnement Pollutions, EA 7429 (Lyon, INSA) - Déchets Eaux Environnement Pollutions / DEEP
• Jury : Président / Présidente : Pierre Buffière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Luc Bertrand-Krajewski, Dominique Patureau, Pierre Buffière, Claire-Sophie Haudin, Jérôme Labille, Pierre Benoit, Anne Jaffrezic, Edward Topp
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claire-Sophie Haudin, Jérôme Labille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pollution médicamenteuse

Pollution de l'eau

Fumier

Micropolluants

Mots clés libres

Environnement

Micropolluants

Résidus de médicaments

Résidus pharmaceutiques

Boue d'épuration

Lisier

Epandage agricole

Infiltration

Dégradation

Sorption

Pollution du sol

Pollution de l'eau

Eaux souterraines

Environment

Micropollutants

Drug residues

Pharmaceutical residues

Sewage sludge ashes

Liquid manure

Agricultural spreading

Infiltration

Degradation

Sorption

Soil pollution

Water pollution

Groundwater

Résumé

Les boues urbaines contiennent des résidus pharmaceutiques et des biocides divers, partiellement traités dans les stations d’épuration. Le lisier contient des pharmaceutiques vétérinaires et des biocides utilisés pour le nettoyage des installations d’élevage. Les boues comme les lisiers sont épandus comme fertilisant pour l’agriculture. Des traces de résidus pharmaceutiques humains et vétérinaires, ainsi que des biocides sont ainsi présents dans de nombreuses rivières et aquifères, et dans les sols agricoles en France et dans le monde entier. La thèse est consacrée à l'évaluation des transferts et des processus associés (dégradation, infiltration, adsorption, etc.) liés aux résidus pharmaceutiques et aux biocides provenant à la fois des boues des stations d'épuration urbaines et des lisiers épandus sur les champs comme engrais pour l'agriculture. Elle fait partie du projet Telesphore réalisé sur l'observatoire SIPIBEL. L'objectif principal est d'évaluer la contamination possible par les produits pharmaceutiques et les biocides des sols et des eaux souterraines due à l'épandage de produits résiduaires organiques (PRO) comme fertilisants. La partie expérimentale est bâtie sur trois échelles d’étude (i) des essais en microcosme pour caractériser la sorption à des sols et des mélanges sol/PRO (ii) des essais en conditions contrôlées sur colonnes de sol pour évaluer les transferts verticaux et (iii) des campagnes in situ sur des lysimètres (Fig. 1) soit en condition réelle d’épandage, soit en taux d’application élevé de PRO. Les paramètres de sorption obtenus par les essais en microcosme sont utilisés pour la modélisation sur HYDRUS 1D du transfert réactif des essais sur colonnes de sol.

Urban sludge contains pharmaceutical residues and various biocides, which are partly treated in wastewater treatment plants. Liquid manure contains also veterinary pharmaceuticals and biocides used to clean livestock installations. Both sludge and manure are spread as agricultural fertilisers. Traces of human and veterinary pharmaceutical residues, as well as biocides, are also present in many rivers and aquifers, and in agricultural soils in France and around the world. The thesis is devoted to the evaluation of transfers of and processes (degradation, infiltration, adsorption, etc.) related to pharmaceutical residues and biocides from both urban sludge and liquid manure spread on fields as fertilizer for agriculture. It is part of the Telesphore project carried out on the SIPIBEL observatory. The main objective is to evaluate the possible contamination of soil and groundwater by pharmaceuticals and biocides due to organic waste products (OWPs) spread for fertilizing. The experimental part is based on three scales experiments: (i) controlled microcosm assays to characterise sorption onto soils and soil/OWP mixtures (ii) lab soil column assays under controlled conditions on soil columns to assess vertical transport and (iii) \textit{in situ} spreading campaigns on lysimeters, under both actual and augmented conditions of OWPs spreading. The sorption parameters obtained from the microcosm assays were used for HYDRUS-1D modelling of reactive transport in the soil columns. The contrasting behaviour of pharmaceutical and biocides residues at the different scales highlights the complexity of the processes involved in the fate of pharmaceutical and biocidal residues after spreading of OWPs. Overall, the results show that manure and sludge spread at agronomic rates do not lead to the accumulation of pharmaceutical and biocidal residues in the soil, and that the flux of compounds retained in the soil or transported to groundwater represent a small fraction of what is spread with the OWPs.