Prospectives scientifiques du Leesu de 2019 à 2024

• L’impact des changements multiples sur le système urbain et ses milieux récepteurs, ainsi que l’évaluation de leur résilience, seront abordés par deux approches complémentaires : l’observation pérenne et la modélisation de scénarios de changements. Dans le cadre de l’observatoire OPUR des systèmes d’observation pérenne de la qualité des eaux urbaines seront déployés. Ils s’appuieront sur de la mesure en continu et des analyses de type « balayage non ciblé ou semi-ciblé », qui, couplées à des méthodes d’analyses statistiques de données, permettront de mieux caractériser les polluants et les mécanismes en jeu dans leur évolution. Ces nouvelles approches analytiques seront rendues possibles grâce au déploiement de la plateforme PRAMMICS au sein de l’OSU Efluve. Ces systèmes d’observation combineront des approches « sciences expérimentales » de suivi de la contamination par l’identification de molécules chimiques ou de pathogènes à des approches relevant des « sciences humaines et sociales » sur les changements de pratiques et les facteurs explicatifs de ces changements.
• L’impact de différents scénarios de changements globaux sur les ressources en eau, la qualité des sols et les infrastructures de gestion sera par ailleurs évalué grâce au développement d’outils de simulations et/ou d’optimisation (projets Wise Cities dans le cadre de l’I-Site Future et OPUR5). Partant du constat qu’il n’existe pas une solution unique d’adaptation, ces outils numériques permettront également d’amorcer des réponses en testant différents scénarios de gestion, d’infrastructures ou de diffusion de solutions techniques et de pratiques en rupture.

Des actions s’attacheront à l’évaluation et la promotion de concepts et solutions innovants permettant l’adaptation du milieu urbain, l’exploitation de nouvelles ressources et la préservation des écosystèmes. L’accent sera mis sur le développement des modèles d’alimentation et d’usages favorisant les circuits courts et les bouclages. Ceci passe par une diversification et une intensification des usages des eaux non potables (eaux brutes et d’exhaure, eaux grises, eaux usées traitées, eaux de pluie). Une nouvelle conception de l’assainissement basée sur la séparation à la source des différents composants des eaux noires sera investiguée notamment dans un objectif de valorisation agricole des ressources carbonées, azotées et phosphorées qu’elles contiennent (Projet OCAPI2 et AGROCAPI). Les interactions entre la gestion des eaux en ville et les questions énergétiques (Water-Energy nexus) seront également explorées. Elles soulèvent de nouvelles questions de recherche ayant trait à la récupération d’énergie dans les systèmes d’assainissement et au rafraîchissement urbain par le développement des dépendances bleues et vertes. Nos recherches viseront également à orienter et accompagner les politiques de changement de pratiques en matière de consommation, de formulation des produits manufacturés, de construction. Des solutions d’origines industrielles ou réglementaires pour réduire les émissions de polluants existent en effet, cependant les méthodes d’évaluation de ces solutions font défaut. Le Leesu contribuera à accompagner les gestionnaires dans l’adaptation aux évolutions réglementaires et au déploiement de nouvelles solutions.

Les bénéfices mais également les impacts environnementaux d’une gestion décentralisée des eaux urbaines seront évalués à l’échelle de l’ouvrage, en prenant appui sur des dispositifs pilotes instrumentés. Ils seront également analysés à l’échelle urbaine via la modélisation de la généralisation de ces stratégies. La gestion des eaux urbaines dans des ouvrages végétalisés, perméables ou non, offre des perspectives de bioremédiation qui seront étudiées à travers la caractérisation des processus de transfert eau-sols-plantes et des transformations biotiques et abiotiques. Les services écosystémiques pouvant être rendus par le complexe sol/végétaux recevant les eaux pluviales seront en particulier considérés : fonction épuratoire, rétention d’eau, effet sur le microclimat urbain, production éventuelle d’énergie, support à la biodiversité, aménités environnementales.

L’adaptation du système urbain peut également passer par l’optimisation des infrastructures existantes. La gestion automatisée des villes et des réseaux d’assainissement, rendue possible par le développement de nouveaux capteurs (en continu et à bas coût) et l’acquisition de données en masse, sera abordée dans un objectif d’optimisation du fonctionnement des stations d’épuration. Il s’agirait de piloter en temps réel (approche “smart”) les filières de stockage et de traitement en fonction, à la fois, des charges polluantes produites en amont, et de l’état et des objectifs de qualité du milieu récepteur. Par ailleurs, nous continuerons à travailler en collaboration étroite avec les gestionnaires de l’eau à l’amélioration des traitements, de façon à anticiper les évolutions réglementaires (telles que l’extension aux micropolluants organiques des obligations de traitement, cf. Suisse) ou bien en réponse à de nouvelles attentes sociétales (comme la baignade dans les rivières urbaines, cf. JO 2024).

Le projet scientifique du Leesu s’inscrit dans la mouvance actuelle sur la place de l’eau et de la nature en ville. A l’avenir, l’eau ne devra plus être envisagée comme un « déchet » ou une « nuisance » mais comme une « ressource » et un facteur d’aménité urbaine. Pour affirmer ce potentiel, le Leesu s’appuiera sur des démonstrateurs, en conditions contrôlées au sein de la mini ville climatique Sense City, en conditions réelles dans des quartiers pilotes (démonstrateur E3S à Chatenay-Malabry, éco-quartiers de Marne-la-Vallée…). L’opportunité de la construction de nouveaux quartiers pourra être saisie pour une instrumentation ab initio et servir d’observatoire multi-milieux sur le long terme et de “living-lab”. Des solutions innovantes de gestion et de valorisation de l’eau en ville seront évaluées tant du point de vue de leur performance technique, de leur intérêt environnemental que de leur faisabilité sociale et économique. Considérant que ces solutions doivent être adaptées aux contextes urbains (et non pas qu’il convient d’adapter les contextes urbains aux solutions techniques), le Leesu continuera de promouvoir, en son sein et avec les autres équipes du Labex Futurs Urbains, un dialogue interdisciplinaire sur les conditions d’appropriation des technologies vertes. L’approche intégrera aussi l’analyse des conditions d’articulation entre le patrimoine existant et ces dispositifs.

Dans les années à venir, le Leesu souhaite renforcer son expertise sur la biodiversité et la nature en ville. En milieu urbain, l’enjeu de la biodiversité ne doit pas se limiter à la question de la préservation, mais plus largement à celle du retour de la nature en ville, qui doit être pertinente au regard des services rendus et maîtrisée en termes de risques induits. Le Leesu possède déjà une forte expertise sur l’analyse de la biodiversité algale, bactérienne et virale à l’aide d’outils à haut débit (séquençage, capteurs in situ) en vue d’étudier la structuration des communautés microbiennes à différentes échelles temporelles et spatiales (locales et régionales). Ces approches permettent de mieux comprendre l’origine des pathogènes dans les bassins versants urbains et d’identifier les facteurs qui favorisent la dispersion et le maintien de réservoirs naturels de pathogènes, ou la prolifération de cyanobactéries toxiques. L’expertise en géomicrobiologie environnementale (outil de prédiction des risques de pollution des sols et des eaux) apportée par les chercheurs ayant rejoint l’unité en 2017, sera appliquée au développement de nouveaux protocoles de restauration de sites pollués (friches industrielles, décharges, etc.). Une approche originale cherchera à corréler des indicateurs de qualités physico-chimiques des sols avec des données relatives à la structure des communautés microbiennes, au fonctionnement des cycles biogéochimiques majeurs (carbone, azote, phosphore) et à des éléments traces métalliques toxiques tels que le mercure. Il s’agira de comprendre comment le processus de restauration affecte

• la biodisponibilité des nutriments essentiels à l’activité biologique des sols (diversité fonctionnelle et génétique des communautés), et
• la mobilité et la spéciation des métaux toxiques.

La participation au groupe transversal Natures urbaines du Labex Futurs urbains permettra d’élargir les questionnements sur la place et la qualité et les fonctions de la nature dans les aménagements urbains dans une approche multidisciplinaire.