Dynamique des contaminants métalliques en gestion des eaux pluviales : apports de spéciation physique et chimique

Metal contaminant dynamics in stormwater management : contributions from physical and chemical speciation

• Auteur / Autrice : Du Phuc Tho Dang
• Direction : Béatrice Bechet, Liliane Jean-Soro
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Science de la Terre et de l'Environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2019; Soutenance le 02/05/2023
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : 3MG - Matière, Molécules et Matériaux et Géosciences

Mots clés

Mots clés libres

Bassin de rétention-infilration

Eaux de ruissellement urbain

Sédiments

Métaux trace

Fractionnement

Labilité

Retention and infiltration pond

Urban stormwater runoff

Sediments

Trace metals

Fractionation

Lability

Résumé

Dans la gestion des eaux pluviales, les ouvrages de rétention et/ou d’infiltration assurent à la fois une régulation des flux d’eau et un abattement de la charge polluante des eaux de ruissellement par décantation et infiltration. Pourtant, la performance épuratoire de ces ouvrages est souvent remise en cause par une forte variabilité des concentrations en contaminants métalliques en sortie d’ouvrage et la rétention faible de la fraction dissoute (<0,45 µm) de ces éléments. Afin d’éclairer les déficits épuratoires et l’impact potentiel des rejets en terme de biodisponibilité, l’objectif général de cette thèse est de tester différentes hypothèses portant sur le transfert des métaux trace dans un ouvrage. L’ouvrage étudié est un bassin de rétention-infiltration des eaux de ruissellement du pont de Cheviré (Nantes), représentatif d’un site de fort trafic (100 000 véhicules/j). La spéciation physique des éléments observée via une méthode de fractionnement a permis, dans un premier temps de mettre en évidence l’existence d’une fraction particulaire fine difficilement décantable et mobile (entre 0,45 µm et 8 µm), en particulier pour Cu, Zn. La labilité de Cu a ensuite été étudiée, dans les eaux d’entrée, de surface et d’infiltration de l’ouvrage, ainsi qu’après remise en suspension des sédiments. 15 - 50% de la fraction dissoute s’avère biodisponible. Enfin, les différences de répartition des métaux trace entre les phases solides du sédiment selon son âge (degré de maturation) indique une capacité de remobilisation plus importante de certains métaux (Cu, Zn, Cd) dans un sédiment plus minéral et que la fraction extractible à l’acide acétique contribue le plus à cette différence.

In stormwater management, retention and infiltration facilities are commonly used to regulate water flow and reduce pollutant loads in stormwater runoff. However, the effectiveness of these structures in purifying water is often questioned due to variability in metal contaminant concentrations and a low retention of dissolved fractions (<0.45 µm) of these elements. In order to clarify the purification deficits and the potential impact of the discharges in terms of bioavailability, this study aims to investigate hypotheses concerning trace metal transfer in a retention-infiltration basin located in Nantes that receives stormwater runoff from the heavily-trafficked Cheviré bridge (100,000 vehicles per day). By using a fractionation method to examine the physical speciation of elements, this study reveals the existence of a fine particulate fraction that is difficult to settle and mobile (between 0.45 µm and 8 µm), particularly for Cu and Zn. Further investigation shows that up to 50% of the dissolved fraction is bioavailable. The study also reveals that trace metal distribution across different solid phases of sediment varies according to sediment age (degree of maturation), with some metals, including Cu, Zn, and Cd, showing greater remobilization capacity in richer mineral sediment. The fraction extractable with acetic acid was found to contribute significantly to this difference.