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Article technique
18. septembre 2017

Cocktails de micropolluants

Prédiction de la toxicité des mélanges de micropolluants du lac Léman

Le risque que représentent les «cocktails» de micropolluants dans l’eau potable est une question régulièrement posée par le public. En effet, les nouvelles techniques d’analyses montrent que l’on trouve nombre de substances chimiques aussi bien dans les eaux usées que dans les eaux de boisson. Si le risque pour l’être humain ne peut être estimé, il est par contre possible de prédire, grâce à un modèle, l’effet de ce «cocktail» sur des espèces aquatiques de laboratoire. Sans pouvoir être extrapolées à l’être humain, les prédictions du modèle permettent tout de même une évaluation comparée des effets du mélange des échantillons testés d’eau brute et d’eau traitée.
Pierre-Jean Copin, Alexandra Hauret, Fereidoun Khajehnouri, Christophe Mechouk, Nathalie Chèvre, 
Résumé

Un modèle de mélange a été utilisé pour prédire les effets sur des algues et des daphnies d’un mélange de micropolluants détectés dans les eaux brutes des lacs Léman et de Bret, dans les eaux traitées par des stations de potabilisation (station de Saint-Sulpice et station de Bret), et dans les eaux traitées après des pilotes testés dans le cadre de la rénovation de la station de Saint-Sulpice. Douze substances régulièrement détectées dans ces milieux ont été considérées : 5 herbicides, 1 métabolite, 2 fongicides, 3 médicaments et 1 inhibiteur de la corrosion. Comme ces substances ont un mode d’action différent, le modèle d’Indépendance des Actions a été utilisé. Les paramètres du modèle ont été déterminés sur la base de tests écotoxicologiques sur l’algue Pseudokirchneriella subcapitata et sur la daphnie Ceriodaphnia dubia.

Les résultats montrent que l’effet du mélange prédit est non-significatif dans tous les cas étudiés, c’est-à-dire qu’il se trouve dans le domaine de variabilité des tests considérés. De plus, l’effet diminue fortement en passant de l’eau brute à l’eau traitée aux stations de Saint-Sulpice et de Bret, et très fortement, en passant de l’eau brute à l’eau traitée par les pilotes testés à la station de Saint-Sulpice. Ces résultats indiquent que: (1) la qualité de l’eau brute du Léman est bonne, (2) le traitement par les filières actuelles des stations de Saint-Sulpice et de Bret est satisfaisant, (3) le traitement par les pilotes testés à la station de Saint-Sulpice est considéré comme optimal.

Le modèle permet également de cibler les substances les plus problématiques au sein du mélange et pour lesquelles un travail de réduction de leur occurrence dans les eaux brutes pourrait être mené. Ainsi, des efforts à la source pourraient être planifiés pour réduire la présence du diuron dans les eaux brutes. Pour finir, il nous semble que l’utilisation d’un tel outil d’évaluation permet donc d’apporter une réponse attentive et rassurante aux inquiétudes des consommateurs concernant l’effet «Cocktail» des micropolluants.

L’article dans son entier est disponible dans l’édition de la revue AQUA & GAS 9/2017

Introduction

Le lac Léman constitue une ressource essentielle pour assurer la distribution d’eau potable dans la région lausannoise. En effet, son volume d’eau de 89 km3 correspond à environ 2500 ans de consommation pour les clients du Service de l’eau de la ville de Lausanne. L’eau brute du lac Léman est pompée et traitée par les stations de Saint-Sulpice et de Lutry avant d’être envoyée dans le réseau. Les 2 stations produisent quelque 20 millions de mètres cube, ce qui correspond à 55% en moyenne de la production annuelle totale de la Ville de Lausanne et des communes limitrophes. 15% en moyenne de la production annuelle provient égale­ment d’un autre lac, le lac de Bret. Actuellement, la station de Saint-Sulpice, constituée d’un traitement par filtres à sable et d’une chloration, ne correspond plus aux exigences en vigueur pour la production d’une eau potable de qualité. En effet, de nouvelles contraintes liées principalement aux micropolluants dans les eaux ainsi que le vieillissement des équipements actuels nécessitent la rénovation et la modernisation de cette station de traitement.
Un certain nombre de micropolluants sont régulièrement détectés dans les eaux brutes du lac Léman. Il s’agit en particulier de résidus de pesticides, de médicaments et de substances diverses. Ces micropolluants peuvent être détectés et quantifiés après le traitement actuel à la station de Saint-Sulpice. Toutefois, pour les pesticides et la plus grande partie des médicaments, les concentrations mesurées restent en-dessous de la norme en vigueur pour les pesticides dans l’eau potable en Suisse fixée, par substance, à 0,1 µg/l. Seuls la metformine (antidiabétique) et les inhibiteurs de corrosion de type benzotriazole (1H-benzotriazole et 5-méthyl-1H-benzotriazole), une fois sommés, ont été quantifiés dans les eaux traitées à des concentrations supérieures ou proches de 0,1 µg/l. Cependant, la metformine, dont la structure chimique est connue, ne suggère aucun potentiel génotoxique et voit donc sa limite élevée à 10 µg/l. Les valeurs de concentrations mesurées dans le lac sont alors largement en-deçà de la réglementation actuellement en vigueur. Pour les inhibiteurs de corrosion de type benzotriazole, une dérogation au-delà de 0,1 µg/l a été accordée par l’OSAV (Office fédéral de la sécurité alimentaire et des affaires vétérinaires) suite à une évaluation des risques pour la santé. Si une valeur maximale devait être fixée, elle se situerait aux alentours de 1 mg/l selon l’OSAV, seuil qui n’est pas atteint par les concentrations mesurées dans le lac Léman pour les benzotriazoles.

Or, les micropolluants détectés dans les eaux brutes du lac Léman sont présents en mélange, et non pas isolément. Il est donc primordial d’évaluer l’«effet cocktail» de ce mélange de substances. En effet, il a déjà été démontré sur des espèces de l’environnement que des micropolluants présents à des concentrations qui individuellement n’engendrent pas d’effets, peuvent engendrer en mélange un effet non négligeable. En outre, ces dernières années, de plus en plus de citoyens et de citoyennes apostrophent et alertent les autorités publiques quant à la présence de ces micropolluants dans l’eau potable et à leur possible «effet cocktail». Il semble donc important d’avoir des outils pour décrire les effets de ces mélanges. Dans le cadre de ce travail, nous avons utilisé un modèle permettant d’évaluer l’effet d’un mélange de substances chimiques, classiquement détectées dans les eaux brutes, sur des organismes aquatiques, ici les daphnies et les algues. L’évaluation de l’«effet cocktail» à travers cet outil pourrait être un des critères intégré au choix des processus de traitement pour la future station de Saint-Sulpice. En effet, dans le cadre de la rénovation de cette station, des essais pilotes ont été effectués pour choisir le type de traitement approprié permettant la réduction de la présence des micropolluants dans les eaux traitées. Les différents pilotes testés sont:

  • Un procédé constitué d’un réacteur à charbon actif (micrograin) en lit fluidisé suivi d’une filtration membranaire (ultrafiltration) (CAµG+UF).
  • Une filtration à haute pression: nanofiltration.
  • Un traitement constitué d’une ozonation avancée (combinaison ozone et peroxyde d’hydrogène) suivi d’un traitement par charbon actif en grain et finalement une ultrafiltration (O3+CAG+UF).

La réduction de l’effet du mélange des micropolluants, de l’eau brute à l’eau traitée, est un paramètre qui pourrait être intégré dans le choix du futur traitement. Le modèle pourrait permettre également de cibler les substances ayant le plus d’influence au sein de ce mélange et pour lesquelles un travail de réduction de leur occurrence dans les eaux brutes devrait être mené.

L’outil d’évaluation de l’effet d’un mélange doit donc permettre de répondre aux attentes suivantes:

  • Déterminer l’importance de l’effet du mélange de micropolluants sur les algues et sur les daphnies dans les différentes eaux testées (eaux brutes, eaux traitées, eaux traitées après les pilotes).
  • Prévoir, selon l’importance des effets, des mesures pour limiter en premier lieu la présence des micropolluants dans les eaux brutes.
  • Déterminer si les essais pilotes sont bénéfiques au niveau de la réduction de l’effet du mélange de micropolluants et cibler le pilote permettant la réduction la plus importante de l’effet du mélange.

De plus, l’outil développé dans ce travail peut également permettre au Service de l’eau de communiquer de différentes manières les résultats des analyses effectuées sur les eaux de distribution. En effet, en plus des concentrations de micropolluants mesurés dans l’eau, une Information supplémentaire concernant la toxicité environnementale de ces substances peut être fournie. Cette information est souvent plus facile à interpréter et plus parlante (pourcentage d’effet sur des organismes des systèmes aquatiques) que les concentrations mesurées de micropolluants dans les eaux brutes et les eaux traitées pour les consommateurs d’eau potable. A noter que cet outil ne fournit bien sûr pas une évaluation de la toxicité pour l’homme! En effet, ce modèle a été développé pour des espèces de l’environnement. Un modèle basé sur des tests toxicologiques serait nécessaire pour évaluer l’effet sur l’être humain.

Conclusions et perspectives

L’effet du mélange des 12 micropolluants sur les algues et sur les daphnies est non significatif dans les eaux brutes et dans les eaux traitées avec la filière actuelle des stations de Saint-Sulpice et de Bret. Ce résultat démontre la bonne qualité initiale de l’eau brute du Léman mais également l’efficacité satisfaisante du traitement actuel dans les stations. Les pilotes CAµG+UF, nanofiltration et O3+CAG+UF testés à la station de Saint-Sulpice permettent une diminution de l’effet du mélange des micropolluants par rapport au traitement actuel. Comme la qualité du traitement actuel est jugée satisfaisante, le choix d’un des 3 pilotes pour la modernisation et la rénovation de la station va permettre d’obtenir une eau de très bonne qualité et répondre ainsi aux contraintes liées aux micropolluants dans les eaux. Cependant, les résultats pour les 3 pilotes ne nous permettent pas de conclure lequel choisir car les 3 impliquent une très forte réduction de l’effet du mélange. D’autres paramètres, comme les paramètres techniques ou financiers, doivent être pris en compte dans le choix du futur traitement.

Le modèle qui évalue l’effet du mélange permet également de cibler les substances ayant le plus d’influence au sein de ce mélange et pour lesquelles un travail de réduction de leur occurrence dans les eaux pourrait être mené. Ainsi, des efforts à la source pourraient être planifiés pour réduire la présence du diuron dans les eaux. Dans le futur, il serait intéressant d’appliquer ce modèle à d’autres sources d’approvisionnement en eau potable en Suisse (lac de Zurich par exemple). Les données sur les STEP mettent en avant l’importance d’appliquer un tel modèle pour les eaux usées. Ce modèle pourrait être appliqué STEP par STEP pour cibler celles entraînant un effet du mélange problématique.

 

 

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