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Détection et traitement des polluants dans l’eau : des solutions novatrices

traitement eau potable
De nombreuses substances peuvent polluer l’eau qui coule dans nos robinets. Scientifiques et PME innovent pour les détecter, les quantifier et les éliminer.
Force est de constater que notre eau domestique contient des micropolluants, des substances minérales, biologiques, organiques ou radioactives issues, notamment, de médicaments, de produits cosmétiques, de métaux, de pesticides, présentes dans l’eau en concentration infimes (microgrammes ou moins). Ces polluants passent à travers les stations de traitement des eaux usées, se déversant dans les cours d’eau. Leur identification, leur détection et leur traitement constituent ainsi un enjeu majeur pour une gestion durable des ressources en eau.
 
La qualité de l'eau est précisément spécifiée par la législation sur les denrées alimentaires : manuel sur les denrées alimentaires, ordonnance sur les denrées alimentaires et objets usuels, ordonnance sur les substances étrangères et les composants des denrées alimentaires, ordonnance sur l'hygiène, ordonnance sur l'eau potable,... l'eau de source et l'eau minérale déterminant des exigences obligatoires à respecter concernant la qualité.
Par conséquent, l'eau potable doit être propre à la consommation d'un point de vue microbiologique, chimique et physique. Elle doit satisfaire aux exigences sanitaires et microbiologiques fixées par la loi et être conforme aux valeurs de tolérance et valeurs limites fixées par l'ordonnance sur les substances étrangères et les composants des denrées alimentaires. Elle doit, en outre, être irréprochable quant à son goût, son odeur et son aspect.
 
Dans son plan d’action, la directive cadre sur l'eau (DCE) inclut une réduction, voire une suppression, d’une liste cible de micropolluants afin de garantir le retour au bon état écologique des masses d’eau d’ici 2015. En France, ces objectifs ont donné lieu à un « plan national d’action micropolluants », adopté en 2010. Un suivi des micropolluants en sortie de station de traitement des eaux usées a été lancé l’année suivante.
 
En juin 2015, l’Institut National de l’Environnement Industriel et des Risques (INERIS) a rendu public le résultat d’une vaste campagne de mesures réalisée entre avril 2012 et avril 2013 sur les contaminants dits émergents dans les eaux françaises. Cette étude, réalisée pour le compte du Ministère chargé de l’Ecologie (MEDDE) et sous maîtrise d’ouvrage de l’Onema (Office national de l'eau et des milieux aquatiques), a établi un état des lieux de la présence de polluants peu recherchés ou mal connus. Quelque 80 000 données ont été obtenues pour servir aux exercices de priorisation exigés par la DCE. Menée dans les eaux superficielles et littorales, ainsi que dans les sédiments, l’étude a sélectionné et recherché plus de 180 substances sur 158 points de prélèvement en zone agricole, urbaine ou industrielle. Elle a notamment relevé "l’omniprésence" de 34 composés particuliers, tels que des plastifiants, dont le Bisphénol A (BPA), des soins corporels ou des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP).
 
Le terme générique de contaminants "émergents" regroupe les polluants chimiques ou biologiques, sans statut réglementaire clairement défini. « Il s’agit bien souvent de molécules, pas nécessairement d’usage nouveau, mais nouvellement identifiées, pour lesquelles les données concernant leur présence, leur devenir dans l’environnement et leurs impacts potentiels sur la santé ou l’environnement sont parcellaires. Parmi ces polluants émergents sont notamment concernés des médicaments soumis ou non à prescriptions médicales (antibiotiques, pharmaceutiques, hormones) à usage humain ou vétérinaire, des produits d’usage quotidien (détergents, désinfectants, antioxydants…) et des produits d’origine industrielle (retardateurs de flamme, nanoparticules). Le nombre de molécules concernées évolue en permanence tant au niveau des produits parents que de leur produits de dégradation (naturels ou issus de traitement) », explique-t-on au sein de BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières), service géologique national français.
 
Or les techniques d’analyses existantes présentent des limites dans le cas de faibles concentrations et de mélanges dans des matrices complexes. Elles ne prennent, par ailleurs, pas en compte les interactions possibles entre substances et ne sont pas parfaitement au point pour des mesures en continu. Des scientifiques et des industriels planchent ainsi sur de nouveaux procédés et de nouvelles solutions de détection des polluants.
A titre d’exemple, Marine Bittel, doctorante en biologie, travaille sur la détection de micropolluants chimiques par biocapteurs bactériens couplés à la spectroscopie Raman. D’autres types de biocapteurs sont à l’étude, en particuliers des détecteurs qui s’appuient sur la variation de la fluorescence. Ingrid Bazin, chercheuse à l’Ecole des Mines d’Alès, travaille ainsi sur des biocapteurs ayant vocation à détecter le glycophosate, un herbicide, dans l’eau. « Le glyphosate n’est pas l’herbicide le plus toxique que l’on trouve dans l’environnement mais il est le plus présent car encore utilisé par de nombreuses personnes. Les industriels sont contraints de le surveiller, notamment dans la filière de production de l’eau de boisson qui ne doit pas dépasser une concentration de 0,1 µg/l », souligne la chercheuse dans un article publié sur le site web de Mines Alès.
Comme le rappelle l’article, il s’agit d’optimiser la surveillance du cycle de l’eau avec des outils de biodétection suffisamment sensibles, simples d’utilisation, rapides, robustes et à faible coût. D’où l’idée « d’utiliser des peptides de 6 à 15 acides aminés comme biorécepteurs et de mettre au point un test rapide utilisable sur le terrain, sous forme d’une bandelette-test émettant de la lumière au contact de glyphosate et d’AMPA, son métabolite, pour, à terme, de concevoir un biocapteur « tout-en-un » capable d’évaluer immédiatement la concentration d’herbicides. »
 
La société Watchfrog, société de biotechnologies installée au Genopole et membre d’Opticsvalley, a pour sa part développé une solution innovante pour mesurer la qualité de l’eau en utilisant des larves d’amphibiens ou de poissons qui deviennent fluorescentes en présence de perturbateurs endocriniens dans l’eau. Elle est à l’origine d’un nouveau dispositif de mesure de la qualité de l’eau, la FrogBox qui permet une lecture en temps réel.
 
Reste à trouver des traitements efficaces. En matière de micropolluants, trois procédés de traitement sont principalement actuellement utilisés : la rétention par filtration sur membrane (pour capter les résidus médicamenteux), l’ozonation (traitement chimique par oxydation qui désactive les pesticides et les organismes pathogènes) et l’absorption sur charbon actif (pour fixer certains antibiotiques et produits utilisés par l’imagerie médicale).
 
Pour remplacer son ancienne station d'épuration devenue obsolète, la commune de Saint-Pourçain-sur-Sioule (03) a, par exemple, choisi d'anticiper les futures normes sur les micropolluants et a investi 4 millions d’euros pour s’équiper d’une nouvelle station d’épuration capable d'éliminer par ozonation des molécules polluantes issues de l'activité humaine et qui n'étaient jusqu'à présent pas incluses dans le traitement des eaux.
 

La directive cadre sur l'eau : un cadre réglementaire

La directive cadre sur l'eau (DCE) concrétise la politique communautaire de l’eau. Elle fixe des objectifs ambitieux pour la préservation et la restauration de l’état des eaux superficielles (eaux douces et eaux côtières) et pour les eaux souterraines, en définissant un cadre, une méthode de travail et des échéances.
 
Antérieures, les directives plus spécifiques, comme celles relatives à la potabilité des eaux distribuées, aux eaux de baignade, aux eaux résiduaires urbaines et aux nitrates d’origine agricole restent en vigueur.
 
La DCE a pour objectif général d’atteindre d’ici à 2015 le bon état des différents milieux aquatiques sur tout le territoire européen, ce qui signifie gérer durablement les ressources en eau, préserver les écosystèmes aquatiques et les eaux souterraines de toute pollution, approvisionner la population en eau potable de bonne qualité, limiter les rejets polluants et associer les usagers.
 
Concrètement, l'évaluation du bon état des masses d'eau de surface dépend du bon état chimique (défini sur la base de la concentration de 41 substances chimiques dangereuses ou prioritaires) et "bon état" écologique des eaux, le bon état écologique résultant d’un croisement entre l'état physico-chimique et l'état biologique des eaux. Le bon état des eaux souterraines est, pour sa part, évalué à partir du bon état chimique (respect des normes de qualité environnementales pour les polluants d'origine humaine) et quantitatif (équilibre entre prélèvements et capacité de renouvellement).
 

La politique de l’eau 2016 – 2021 : prévenir plutôt que guérir

Le comité national de l’eau, organisme consultatif placé auprès du ministre chargé de l’Environnement, s’est réuni le mardi 7 juillet 2015. Il a rappelé les grands axes d’une nouvelle politique de l’eau pour les années 2016 :
- Renforcer la prévention contre les pollutions (Nitrates, phytosanitaires, micropolluants) plutôt que de devoir réaliser des traitements coûteux qui pèsent sur la facture d’eau
- Lutter contre le gaspillage et promouvoir une gestion économe de la ressource en eau
- Améliorer la gestion des milieux aquatiques, restaurer les continuités écologiques et lutter contre l’artificialisation des sols
- Faire du domaine de l’eau un levier pour l’activité économique et la création d’emplois non délocalisables
- Prendre en compte l’impact du changement climatique ainsi que les priorités qui seront fixées par la COP 21
 
L’Onema, les agences de l’eau et le ministère en charge de l’écologie, en partenariat avec le ministère de la Santé, avaient lancé en juin 2013, un appel à projets « Innovation et changements de pratiques : micropolluants des eaux urbaines », un appel qui s’inscrivait dans le cadre du plan national de lutte contre les micropolluants. Les 13 projets retenus ont été rendus publics par Ségolène Royal, ministre de l’Écologie, du Développement durable et de l’Énergie, le 23 juillet dernier. Ils mobilisent sur 5 ans (2014 – 2018) des collectivités locales et leurs partenaires locaux privés ainsi que des laboratoires. Parmi les initiatives récompensées, celles ayant trait aux changements de pratiques des usagers et des professionnels figurent en bonne place.
 
Yaël LANDAU, Optics Valley - 24 novembre 2015