Effet de l'urbanisation sur la qualité de l'eau de sub-surface en ville. Reconstitutions par l'étude de molécules organiques des carbonates secondaires des souterrains parisiens

Impact of urbanization on sub-surface water quality. Study of the organic molecules of secondary carbonate deposits from Parisian undergrounds

• Auteur / Autrice : Julia Garagnon
• Direction : Edwige Pons-Branchu, Yves Perrette
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 15/05/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Géosciences, climat, environnement et planètes (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Christine Gromaire
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Winiarski, Christelle Batiot-Guilhe, Duncan Keenan-Jones
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thierry Winiarski, Christelle Batiot-Guilhe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets anthropiques

Hydrocarbures aromatiques polycycliques

Spectroscopie photoélectronique

Carbonates

Géochimie organique

Mots clés libres

Géochimie organique

Fluorescence UV

Spéléothèmes

Hap

Impact anthropique

Organic geochemistry

UV spectroscopy

Speleothems

Pah

Human impact

Résumé

La préservation de la ressource en eau constitue une préoccupation environnementale majeure dans le contexte actuel d'intense pression anthropique. Cette thèse vise à étudier l'impact de l'urbanisation sur la qualité de l'eau de proche surface à Paris, avec un focus sur l'étude des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), polluant principalement émis par les activités anthropiques. Les HAP, mais aussi le carbone organique et les matières organiques (MO) sont étudiés dans des dépôts de carbonates secondaires, formés dans des aqueducs et carrières souterraines. Pour y parvenir, une approche à la fois temporelle et spatiale a été adoptée afin de déterminer l'origine, les facteurs et les tendances (au cours des dernières décennies voir derniers siècles) des transferts de polluants organiques depuis les zones en surface vers le sous-sol à travers les sols anthropisés. Des échantillons (dépôts carbonatés et sols), prélevés sur trois sites parisiens présentant un gradient d'urbanisation, ont été étudiés. L'analyse des molécules organiques a été réalisée à l'aide de méthodes de chimie analytique (HPLC-Fluo, COT-mètre) couplées à des méthodes de spectroscopie UV (LIF, TRES) nécessitant une part importante de développement. Ces données ont également été croisées avec les signaux en éléments traces inorganiques (ICP-QMS). Les résultats obtenus ont mis en lumière des variations en HAP, tant en quantité qu'en qualité, et en MO dans les eaux d'infiltration lors des différentes phases d'urbanisation au cours des trois derniers siècles pour le site étudié au Nord de Paris. Ainsi, un changement de source de HAP a également été observé à partir du milieu du XXème siècle avec un enrichissement en HAP de hauts poids moléculaires, connus comme étant les plus toxiques. Les propriétés de sorption des HAP sur la MO sont le principal moteur de leurs transferts. Néanmoins, ces travaux ont également souligné le rôle crucial du sol, car son imperméabilisation entrave la rétention des HAP, facilitant ainsi leur mobilité avec les eaux de ruissellement.

Water resource preservation is a major environmental concern in the current context of intense anthropic pressure. The aim of this thesis is to investigate the impact of urbanization on sub-surface water quality in Paris through the study of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), contaminants mainly produced by human activities. PAHs but also organic carbon and organic matter (OM) were studied in secondary carbonate, deposited in aqueducts and underground quarries.A temporal and spatial study was carried out to determine the origin, factors, and trends (over the last few decades or centuries) in the transfer of organic contaminants from surface areas. Natural samples (carbonate deposits and soils) from three Parisian sites with an urbanization gradient were studied. Organic molecules were analyzed using analytical chemistry methods (HPLC-Fluo, COT-meter) coupled with UV spectroscopy methods (LIF, TRES) requiring a significant amount of development, and cross-referenced with inorganic trace element signals (ICP-QMS). Variations in both the quantity and quality of PAHs and OM in seepage water were recorded during the different phases of urbanization over the last three centuries for the site studied in Northern Paris. A change in source has also been observed since the second half of the XXth century, with an increase in high-molecular-weight PAHs, known to be the most toxic. The sorption properties of PAHs onto OM are the main driver of their transfer. However, this work has also shown the important role played by organic soil, as its sealing hinders the retention and storage of PAHs, and thus facilitates their mobility with runoff water.