Principales réalisations de l’axe 3 pour la période 2008-2013

Les recherches menées visent à mieux comprendre les effets des interactions entre diverses pressions anthropiques sur le fonctionnement des milieux récepteurs (rivières, lacs et sols). Elles s’organisent en trois volets : (1) le devenir des contaminants chimiques et microbiologiques dans les milieux récepteurs ; (2) le fonctionnement physique et biogéochimique des milieux récepteurs, notamment par des approches de modélisation ; (3) la mesure des contaminants et des variables environnementales dans ces milieux.

• Fonctionnement physique des milieux lacustres
  L’utilisation de systèmes d’observation à haute fréquence de température et de turbulence a permis :
  • sur le Pavin, paradigme national des lacs méromictiques, de mettre en évidence le rôle essentiel d’une source sous lacustre dans le maintien de la chemocline, de caractériser la turbulence et son impact sur la distribution spatiale des composés chimiques, d’analyser le climat des ondes internes et de mettre en évidence le couplage entre oscillations de la thermocline et de la chemocline dans ce lac.
  • dans le lac de Créteil, d’étudier le couplage entre son fonctionnement physique et son fonctionnement écologique. Outre l’utilisation de méthodes d’analyse classiques, les modèles FIF (Fractionaly Integrated Flux models) prenant en compte la stratification sont utilisés pour analyser les données. Elles permettent de caractériser finement les hétérogénéités spatiales et temporelles et les comportements des différents champs au cours des différentes périodes, de relier le mélange physique de la colonne d’eau à la croissance phytoplanctonique.

• Biogéochimie des contaminants dans les milieux récepteurs anthropisés
  • L’imprégnation des bassins versants et la contribution de différentes sources ont été estimées par différentes approches pour différents contaminants : sur le bassin de la Seine pour les alkylphénols et le bisphénol A (BPA), dans les lacs urbains d’Ile de France, pour les HAP PCB (Polychlorobiphényles) et PBDE (PolyBrominated Diphenyl Ethers) et les MNT soit à l’échelle de l’Ile de France soit localement sur le lac de Créteil.
  • Une pédothèque, unique à ce jour, a été réalisée pour la région Ile de France qui permet d’estimer la dissémination spatiale des contaminants (120 sites correspondant à trois types d’occupation des sols : rurale, forestière et urbaine).
  • L’historique de la contamination à partir d’archives sédimentaires a été estimé à l’aval de la région parisienne ; il montre une forte contamination et la concordance entre les profils de contamination et l’usage des contaminants (changements technologiques, choix de produits, réglementation, évolution de la densité de population, type d’habitat). L’approche a été étendue à l’international, sur le lac municipal de Yaoundé (Cameroun) qui a permis de relier urbanisation et niveaux de contamination.
  • Le rôle de l’assainissement non collectif (ANC) pour limiter le transfert des polluants d’origine domestique (majeurs, métaux, parabènes et triclosan) vers le milieu récepteur a été estimé sur un dispositif d’assainissement autonome installé chez un particulier. Ce site pilote est un outil unique qui servira de point d’appui pour lancer de nouveaux projets.
  • Les interactions entre les éléments traces métalliques et la matière organique dissoute (MOD) d’origine urbaine ont été caractérisées. L’abondance et le caractère hydrophile de cette MOD ainsi que la présence de groupements fonctionnels azotés et soufrés modifient son affinité avec les métaux et jouent donc un rôle majeur sur leur spéciation et leur biodisponibilité.
  • La dynamique comparée des bactéries indicatrices fécales (BIF), des Mycobactéries non-tuberculeuses (MNT) et des virus entériques qui servent de modèles pathogènes d’origine fécale et environnementale a été rendue possible par le développement d’outils robustes : quantification par PCR en temps réel pour les MNE et méthode de concentration pour les virus.Les résultats montrent que les MNT ont un comportement différent des indicateurs bactériens classiquement utilisés.

• Modélisation du fonctionnement des milieux récepteurs
  L’ensemble des données acquises a permis le développement de modèles pour
  • Quantifier les processus observés et coupler pressions environnementales et fonctionnement des écosystèmes : des sous modèles décrivant le comportement des BIF et des alkylphénols ont été ajoutés au modèle ProSe de l’écosystème Seine , sur les écosystèmes lacustres, des descriptions de la dynamique des cyanobactéries toxiques ont été établies (réservoir de Karaoun – Liban) et plus généralement du couplage bassin versant - milieu récepteur (bassins et lac de Pampulha, Brésil) ;
  • Estimer des impacts à court terme : sur la qualité des eaux en liaison avec les épisodes de temps de pluie sur la Seine, et le risque d’efflorescence de cyanobactéries par des modèles en temps réel (baignade, production d’eau potable) sur les lacs profond –lac du Bourget-, urbains-lac d’Enghien-, et sur les réservoirs – lac de Grangent-.
  • Estimer leur comportement à long terme : en liaison avec le changement global : cas des alkylphénols à l’horizon 2100 en Seine ; évolution thermique à long terme du lac du Bourget et des lacs subalpins.

• Développement d’outils pour la surveillance des milieux récepteurs
  • Échantillonneurs passifs intégratifs pour les micropolluants organiques. Un protocole d’utilisation des membranes polymériques comme échantillonneurs passifs a été développé et validé pour les HAP et PCB, incluant la détermination expérimentale des constantes d’échanges contaminants - membranes et l’utilisation de traceurs internes. L’utilisation en mésocosme, lors de simulations de pollutions continues ou accidentelles, a prouvé la capacité de l’outil à intégrer les pics de pollution.
  • Spéciation des métaux-traces – Une méthode de quantification des métaux labiles par l’utilisation de disques chélatants a été validée. Cette méthode, simple et robuste, permet d’estimer la concentration en métaux biodisponibles dans les milieux récepteurs et dans les rejets urbains. Elle est actuellement en cours de transfert vers nos partenaires opérationnels du SIAAP.
  • Stations de surveillance et mesure en continu. Un système de surveillance et d’alerte en temps réel, a été développé, adapté à la gestion des risques liés aux proliférations phytoplanctoniques, dont les cyanobactéries, dans les écosystèmes aquatiques continentaux comportant la conception d’un système d’acquisition sur bouée avec télétransmission des données, l’automatisation de l’intégration des données dans une modélisation prédictive et le développement de procédures d’alerte à destination des gestionnaires.
  • Système de surveillance aéroporté de la qualité des plans d’eau urbains a également été développé permettant la prise de photos aériennes en lumière visible et infra rouge, la mesure in situ par des sondes et la prise d’échantillons de faibles volumes ; il a fait l’objet d’un brevet.