The biogeochemical imprint of human metabolism in Paris Megacity: A regionalized analysis of a water-agro-food system

L’alimentation et l’excretion constituent deux besoins physiologiques fondamentaux de tout etre humain. En analysant leur materialisation depuis l’echelle cellulaire jusqu’a celle des grands cycles biogeochimiques planetaires, nous proposons de considerer que l’alimentation et l’excretion humaines participent d’un systeme dont les modalites de realisations dans les differentes societes humaines permettent de caracteriser des regimes socio-ecologiques. Nous avons plus particulierement analyse les systemes alimentation/excretion des territoires urbains au regard de leur soutenabilite et proposons une methodologie de caracterisation fondee principalement sur l’analyse du flux de la substance qui nous parait la plus pertinente, a savoir l’azote, et sur les modalites de gestion des urines humaines qui representent pres des trois quarts de ce flux. Nous montrons que les systemes alimentation/excretion des differentes communautes humaines presentent une tres grande variete selon les lieux et epoques consideres et proposons de les distinguer entre autres en fonction de leur circularite, c’est-a-dire par le taux de retour sur des sols agricoles des excretats. En prenant l’agglomeration parisienne comme cas d’etude, nous montrons que son systeme alimentation/excretion a ete de plus en plus circulaire au cours du XIXe siecle, culminant au tout debut du XXe siecle aux alentours de 50 % de circularite, avant de se lineariser progressivement au cours du XXe siecle. En ce debut de XXIe siecle, nous caracterisons le systeme alimentation/excretion de l’agglomeration parisienne comme non soutenable car lineaire a plus de 95 %, intensif, inefficace et polluant aux echelles locales et globales. Ces caracteristiques sont generalisees au sein du monde occidental et interpellent sur la possibilite d’une transition socio-ecologique vers des systemes alimentation/excretion soutenables. Or, depuis les annees quatre-vingt-dix, une prise de conscience relative a l’urine a reemerge, principalement en Suede puis dans l’Europe germanique. Elle s’est traduite par de nombreuses realisations et recherches autour de la separation a la source des urines. Nous montrons que ce dispositif est actuellement le seul, dans le monde occidental, a avoir permis de nouveau la mise en œuvre de systemes alimentation/excretion circulaires. Pouvant etre declinee sous de multiples formes en fonction des contextes, la separation a la source des urines beneficie, malgre le verrouillage socio-technique de l’agglomeration parisienne autour du tout-a-l’egout, d’un contexte favorable a son developpement. Nous avons elabore un scenario prospectif explorant ainsi la possibilite que l’agglomeration parisienne depasse, en quelques decennies, l’extremum de circularite qu’elle avait connu a la Belle Epoque et que les acteurs de ce territoire realisent, en coherence avec une transition socio-ecologique des autres systemes energetiques, hydrauliques et de transport, un regime socio-ecologique soutenable de leur systeme alimentation/excretion. Cette these fait partie du programme de recherche et action OCAPI (www.leesu.fr/OCAPI)

Le système alimentation/excrétion des territoires urbains : régimes et transitions socio-écologiques.

Plastic pollution has been widely studied in marine environment since 1972 and mostly since 2004. Investigations on plastic pollution in freshwater and especially in urban catchments just started at the beginning of the decade, and urban plastic pollution sources and its related fluxes in rivers remains mainly unknown. Thus a specific attention should be paid to the plastic contamination in catchments exposed to severe anthropogenic pressure, especially within the urban areas. This PhD thesis focuses on the case of the Paris agglomeration and its impact on the Seine River. A double approach was carried out as both macro- (>5mm) and micro- (<5mm) plastics were considered.The amount of macroplastics conveyed by the Seine River was estimated with a field study and with a theoretical approach.Regarding microplastics, fibers (made with synthetic but also man-made polymers) and fragments were both investigated in different compartments of the urban system. The study focused on the air compartment (indoor and outdoor air as well as atmospheric fallout), the sewer system (from the washing machine disposals to the WWTP influents and effluents), and the inputs during wet weathers periods, i.e, runoff and combined sewer overflows. Fibers and fragments were also examined on the Seine River.This work aimed at providing relevant methodological keys to address sampling of microplastic in rivers. Two mesh size nets were tested (80 µm vs. 300 µm). The homogeneity of fibers distribution in rivers was also verified as the short term temporal and spatial variabilities were evaluated. In order to highlight the potential impact of the Paris agglomeration, a monthly monitoring on 5 sites upstream and downstream Paris was carried out as well.This thesis mainly highlighted the ubiquity of fibers in all compartments. Fibers were predominant in comparison to fragments in all compartments. Combined sewer overflows exhibited particularly high amounts of fragments. On the other hand, the flux of microplastics in the Seine River was proved be negligible in terms of mass in comparison to macroplastics. This study is also the first one showing that the atmospheric compartment needs to be considered as a potential significant source of microplastics

First assessement of sources and fate of macro and micro plastics in urban hydrosystems : Case of Paris megacity

Ce travail s'est focalise sur le devenir des polybromodiphenylethers (PBDE) et des alkylphenols (AP) dans les filieres de traitement des eaux usees des stations d'epuration Seine-Centre et Seine-Amont, en agglomeration parisienne. Des prelevements effectues par temps sec et par temps de pluie ont permis de determiner la qualite des eaux brutes vis-a-vis des parametres globaux, des PBDE et des AP, ainsi que l'efficacite des ouvrages de traitement primaire et secondaire. Par temps sec, les concentrations dans les eaux brutes de Seine-Amont sont en moyenne 6 et 2 fois plus elevees pour ∑6AP et ∑4PBDE respectivement. Un bassin-versant plus industrialise sur Seine-Amont et une forte dilution dans le reseau de Seine-Centre expliquent ces differences. Par temps de pluie, la pollution est diluee sur Seine-Amont. A l'inverse, la pollution particulaire augmente sur Seine-Centre, a cause de l'erosion des depots presents dans le reseau. En traitement primaire, la decantation physico-chimique lamellaire sur Seine-Centre favorise nettement l'abattement des pollutions particulaires et organiques. Ses performances sont stables et bien plus elevees que la decantation classique sur Seine-Amont. Par temps de pluie, les performances des deux ouvrages sont conservees, voire ameliorees, malgre une hausse des charges polluantes et des vitesses ascensionnelles. Aucun de ces ouvrages n'est adapte au traitement de la pollution dissoute. En traitement secondaire, des abattements eleves pour la biofiltration et les boues activees ont ete obtenus. Les traitements des deux stations etudiees conduisent a des effluents secondaires de qualite globalement similaire, meme si les concentrations en pollution particulaire et en PBDE restent plus elevees sur Seine-Amont. Par temps de pluie, le 3eme etage de la biofiltration est derive et aere sur Seine-Centre. Cette configuration impacte principalement les nitrates et le BDE-209. Sur Seine-Amont, les performances des boues activees sont legerement affectees mais restent generalement superieures a 80 %. Ceci conduit a des concentrations dans les effluents secondaires par temps de pluie 1,4 a 3 fois plus elevees en moyenne pour la pollution particulaire et les PBDE

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Devenir des polybromodiphényléthers et des alkylphénols dans les filières de traitement des eaux usées : cas des fonctionnements optimisés par temps sec et dégradés par temps de pluie

Cet ouvrage synthetise les connaissances scientifiques recentes sur les micropolluants dans les agglomerations urbaines. Il a pour ambition d’apporter des elements de reponse aux interrogations operationnelles des acteurs du domaine de l’eau et de l’assainissement et de favoriser ainsi une prise de conscience et des actions pour une meilleure gestion des micropolluants.
Il s’appuie essentiellement sur les travaux des trois observatoires francais en hydrologie urbaine (OPUR a Paris, OTHU a Lyon et ONEVU a Nantes), structures autour de partenariats durables entre chercheurs et acteurs operationnels. Depuis une vingtaine d’annees, ces observatoires produisent des donnees et des connaissances sur les sources et les transferts des micropolluants et sur l’efficacite des differentes strategies de gestion des eaux urbaines.
Elabore au sein du groupe « Micropolluants » de l’association ARCEAU-IdF avec le soutien et le financement de l’Agence francaise pour la biodiversite, cet ouvrage represente une etape importante dans le transfert des connaissances entre les chercheurs et les operationnels. Il constitue un premier outil pour l’animation et la construction d’actions en faveur de la protection de l’environnement.

https://hal-enpc.archives-ouvertes.fr/hal-01803319/document

Que sait-on des micropolluants dans les eaux urbaines ?

Les alkylphenols (AP) et les phtalates (ou esters d'acide phtalique - PAE) sont classes comme perturbateurs endocriniens. En effet, malgre un nombre relativement faible d'etudes, certaines informations laissent supposer que les phtalates pourraient avoir un effet negatif sur la reproduction chez l'homme (Bocken, 2001). Recemment, Berge et al.(2014) ont etudie les concentrations des alkylphenols et des phtalates dans les eaux usees a l'echelle de l'agglomeration parisienne : un bassin fortement urbanise, mais faiblement industrialise. Ce type de bassin, avec 8,5 millions d'habitants et moins de 2 % des eaux usees provenant des industries, pourrait etre utilise pour modeliser le devenir de ces deux familles de composes dans les grandes villes situees dans les pays industrialises. Il a ete demontre qu'en termes de flux, les alkylphenols et les phtalates proviennent essentiellement des eaux usees domestiques et non des rejets industriels. En effet, plus de 95 % de la charge de ces polluants est issue des eaux usees domestiques (Berge et al., 2014). Ce resultat est en accord avec celui d'Eriksson et al.(2003).Cependant, la contribution des differents types d'eaux composant les rejets domestiques a la pollution par les alkylphenols et phtalates n'est pas encore connue. Ces travaux de these ont donc permis de combler ce manque sur les concentrations de quatre phtalates (DEP, DnBP, BBP et DEHP) et de deux types d'alkylphenols (isomeres du nonylphenol et octylphenol), parmi les congeneres les plus couramment etudies, dans les eaux grises et les eaux vannes. 165 echantillons d'eaux grises, repartie en six categories (lave-linge, lave-vaisselle, vaisselle manuelle, nettoyage des sols, lavabo et douche) ainsi que 3 echantillons d'eaux vannes (toilettes) ont ete collecte directement chez des particuliers. Pour ce faire, un protocole de prelevement specifique a chaque types d'eaux a ete mis en place puis un appel a volontariat a ete lance dans la region francilienne. Pas moins de 79 foyers (76 pour les eaux grises et 3 pour les eaux vannes) ont participes a ses travaux permettant d'apporter une base de donnees solide sur les eaux grises franciliennes. De fortes disparites sont apparus entre les differentes types d'eaux grises. En effet, il en ressort tres clairement que les eaux usees des douches et des lave-linges representent a elles seules plus de 80 % flux en alkylphenols et en phtalates rejetees dans les eaux usees domestiques. Au vu de ces resultats, il a ete decide de recherche la pollution des alkylphenols et des phtalates encore plus en amont et de repondre a la question : d'ou proviennent les AP et les PAE dans ces deux eaux grises. Pour ce faire, une decomposition des sources potentielles et une analyse separee de chacune d'entre elles a permis de montrer des profils differents. En effet, d'apres ces travaux les alkyphenols et le DnBP proviendrait en majorite des produits utilises dans les douches et les lave-linge alors que les PAE (exception faite du DnBP) proviennent des vetements ou de ce qui s'est depose dessus. Durant ces travaux, les AP et les PAE ont aussi ete suivis au cours du transport des eaux usees dans le reseau d'assainissement puis au cours des traitements de station d'epuration. Au sein du reseau d'assainissement, peu ou pas d'evolution des concentrations en AP et PAE malgre une contamination des boues de reseaux retrouvees dans les chambres a sables pouvant atteindre des teneurs de 35 µg/g ms de DEHP. Il est tout de fois notable une evolution des flux en AP et PAE transitant dans les emissaires de la stations de Seine Aval, traitant l'equivalent de 5 millions d'equivalent habitant par jour. En effet, les flux observees durant ces travaux de these sont pour les AP de 3 a 6 fois plus faibles que ceux observes par Berge (2012) en 2011 et de 2 a 4 fois plus faibles pour les PAE. Une exception est cependant notable puisque les valeurs en DnBP ont augmente d'un facteur 10 entre 2011 et 2014

/pdf/identification-des-sources-de-phtalates-et-d-alkylphenols-2f6kacmcl0.pdf

Steven Deshayes

Papers

Identification des sources de phtalates et d'alkylphénols (polluants émergents) en milieu urbain et compréhension des processus d’élimination