Note de synthèse de présentation des resultats zone libellule st just

Lyonnaise des Eaux
Direction Ingénierie Environnementale
12 route de Bessan - 34340 Marseillan
Contact : E.Blin - 04.67.77.97.67 – J.Schuehmacher- 04.67.77.92.76
[email protected] – [email protected]
Zone de Liberté Biologique et de
Lutte contre les Polluants
Emergents
Note de présentation
1
Contexte de l’étude
La première Zone Libellule, concept Lyonnaise Des Eaux (LDE), a été mise en eau sur 1,5 ha
en août 2009, en aval de la station d’épuration (STEP) de St Just-St Nazaire-de-Pézan (34) sous
maîtrise d’ouvrage du SIVOM la Palus.
L’objectif de l’étude scientifique, d’une durée de 3 ans, est d’évaluer la capacité de
traitement complémentaire notamment en matière de lutte contre les micropolluants ainsi que
d’apprécier l’intérêt environnemental sur le patrimoine naturel local. Cette étude a été cofinancée
par l’Agence de l’Eau RMC, le Conseil Général de l’Hérault et LDE.
2
Organisation du suivi scientifique
En plus des partenaires financiers précédemment cités, des partenaires scientifiques comme
le Cirsee, Biotope, HydroSciences de Montpellier (UMR CNRS 5569), le laboratoire LPTC (UMR CNRS
5255) de l’Université de Bordeaux 1 ont participé activement au suivi scientifique. Plus de 30
protocoles expérimentaux ont été spécialement développés pour le suivi de cette zone humide
artificielle.
3
3.1.1
Les résultats
Qualité physico-chimique et macropolluants
La Zone Libellule permet de limiter l’impact thermique au niveau du rejet dans le milieu
naturel. De plus, durant une partie de l’année, l’eau est ré-oxygénée par la traversée de la Zone
Libellule grâce notamment aux plantes oxygénantes du dernier bassin.
Zone Libellule
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Bien que l’eau traitée par la station d’épuration soit de bon niveau1, l’azote et le phosphore
sont réduits de 30 % lors du transit de l’eau traitée par la Zone Libellule. Concernant les autres
macropolluants, les analyses ont montré que les paramètres MES et DCO ne présentent pas
d’abattement supplémentaire en sortie de la Zone Libellule.
Lors de perturbations ponctuelles du niveau de rejet de la STEP (durée inférieure à deux
semaines), la Zone Libellule amortie l’impact négatif du pic de concentration en macropolluants. Elle
permet le maintien de la qualité finale de l’eau rejetée au milieu récepteur. En cas de
dysfonctionnements importants en amont, la Zone Libellule joue un rôle tampon et préserve le
milieu récepteur. La récupération complète sur la qualité de l’eau au point de rejet ZL demande alors
quelques jours, et la résilience de l’écosystème aquatique s’observe en quelques semaines.
3.1.2
Qualité bactériologique
Sur la Zone Libellule, l’abattement bactériologique moyen sur E. Coli est de 3,5 log et de 2,6
log sur les Entérocoques. De plus, 83 % des échantillons d’eau présentent des concentrations
inférieures aux seuils de qualité pour la baignade2. Cependant, au cours de l’étude, il a été constaté
que la couverture végétale des bassins, notamment en été, limite la réduction des germes
indicateurs de contamination fécale.
3.1.3
Réduction des micropolluants
Les campagnes de mesures montrent une variabilité importante des concentrations d’un jour
à l’autre et au cours de l’année. La variabilité est plus marquée sur les pesticides, dont la plupart ont
pour origine une utilisation domestique ponctuelle (herbicides, insecticides).
Les concentrations rejetées par la station d’épuration, qui ne reçoit que des effluents
domestiques, sont relativement faibles (fig. 1). En considérant l’ensemble des campagnes, en
moyenne, sur 317 micropolluants organiques recherchées, 195 substances ont été détectées au
moins une fois.
Les rendements d’élimination sur les micropolluants en sortie Zone Libellule ont atteint 70 %
sur 56 % des molécules quantifiés (43 molécules supérieures à 10 ng/L) (fig. 3). Les alkylphénols, issus
de résidus plastiques et de détergents, les médicaments comme les antibiotiques, le Diclofénac, le
Naproxène, ou encore certains pesticides, montrent des réductions de plus de 80 % en concentration
dans l'eau.
De plus, la campagne de mesure réalisée en juillet 2011 a montré que le flux de substances
rejetées au milieu superficiel est réduit de plus de 80 % durant cette période (fig. 4). Le devenir du
flux de polluants infiltrés n’a pas été évalué lors de cette étude.
1
2
Mesures moyennes en sortie STEP sur la période de suivi : Ptot : 0,7 mg/L / Ntot : 4,4 mg/L / MES : 6,4 mg/L / DCO : 23 mg/L
Seuil excellente qualité à 200 UFC/100ml (entérocoques) et 500 UFC/100ml (E. coli) de la Directive 2006/7/CE « Gestion et qualité des eaux de baignade »
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3.1.4
Indicateurs biologiques
La détermination des espèces de diatomées, groupe utilisé en tant qu’indicateur biologique
(IBD) de la qualité de l’eau, montre une évolution du peuplement en relation avec l’amélioration de
la qualité physico-chimique de l’eau en rejet la Zone Libellule.
3.1.5
Biodiversité
La plupart de la flore initiale aquatique et terrestre (35 espèces implantées à la construction)
s’est maintenue pendant que la biodiversité floristique locale a pris place très rapidement,
accompagnée du cortège emblématique de la faune des zones humides (batraciens, odonates,
orthoptères, avifaunes). L’ensemble du terrain remanié a été colonisé et le cortège floral compte 143
espèces au bout de trois ans. Deux espèces d’orthoptère menacées par la régression des milieux
humides sont présentes sur la Zone Libellule. De plus, le site se montre également attractif pour les
oiseaux en servant de zone de nourrissage. En 2010, 27 espèces ont été repérées sur le site avec la
présence régulière d’aigrette, de hérons et de poules d’eau (fig. 5).
Un site témoin proche, comparable au terrain initial (prairie sèche), a été suivi pour évaluer
la biodiversité initiée par la mise en place d’une Zone Libellule. Le suivi de la flore, terrestre et
aquatique, et des insectes (orthoptères) montre que, grâce à la mise en eau du terrain concerné,
transformé en écosystème humide, la Zone Libellule abrite 6 fois plus d’espèces que le site témoin
(fig. 5).
4
Gestion du site
Pour éviter une fermeture écologique du milieu et maintenir l’efficacité du traitement, une
gestion maîtrisée de la végétation du site s’avère indispensable. Celle-ci est mise en place en
respectant les cycles écologiques des végétaux et de la faune.
Les premières préconisations d’entretien de la Zone Libellule consistent à veiller au maintien
d’un écoulement hydraulique suffisant (opérations de faucardage), à extraire la biomasse végétale
aquatique ayant périclité (exportation de la matière organique), à faucher annuellement les prairies
sèches, à maintenir une filtration correcte par le filtre à sable, et à engager des actions éventuelles
de reprofilage hydraulique.
De plus, la surveillance régulière de la qualité de l’eau (physico-chimie, macropolluants,
bactériologie) en rejet de la Zone Libellule est indispensable pour la bonne gestion du site. Elle
permet également de réagir rapidement en cas de dysfonctionnement amont et pouvoir justifier de
la bonne qualité du rejet final aux organismes de tutelle.
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5
Les perspectives
Fin 2012, à la suite de cette étude, le projet ZHART (Zones Humides ARTificielles), porté par
Suez Environnement, a débuté pour une durée de 28 mois. Il permettra de déterminer le devenir des
micropolluants dans la flore et la macrofaune, de mettre au point des capteurs passifs adaptés aux
mesures dans les zones humides, de bâtir des outils de prédiction de l’évolution de la biodiversité,
d’évaluer l’empreinte territoriale et sociale de la mise en place de tel concept et de produire un
guide de dimensionnement et d’exploitation des ZHART.
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Illustrations graphiques
Médicaments courants
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6
3 000
2 500
2 000
1 500
1 000
Antibiotiques
Médicaments courants
Pesticides
Pesticides
β-bloquants
β-bloquants
VOC
Bisphénol A (BPA)
Nonylphénol (4-NP)
Nonylphénol diéthoxylate (4-NP2EO )
Nonylphénol monoéthoxylate (4-NP1EO)
Nonylphénoxy acetic acid (4-NP1EC)
Octylphénol
amoxicilline
azithromycine
ciprofloxacine
clarithromycine
clindamycine
érythromycine
norfloxacine
ofloxacine
spiramycine
sulfadiazine
sulfaméthoxazole
nelfinavir
zidovudine
2,6 dichlorophenol
pentachlorophenol
acide salicylique
aspirine
cafeine
carbamazepine
diclofenac
gemfibrozil
ibuprofene
ketoprofene
naproxène
nordiazepam
paracetamol
théophylline
atrazine dé-isopropyl (DIA)
chlorpyrifos-ethyl
diazinon
diflufenican
diuron
Diméthylaminosulfanilide (DMSA)
Glyphosate
imidacloprid
propiconazole
simazine
terbutryne
terbutylazine desethyl
Phta
DEHP
late
Acebutolol
atenolol
bisoprolol
metoprolol
propranolol
sotalol
ethylbenzène
o xylène
p + n xylène
Styrène
toluène
500
0
Alkykphénols
3 000
2 500
2 000
1 500
1 000
500
0
Antibiotiques
VOC
Bisphénol A (BPA)
Nonylphénol (4-NP)
Nonylphénol diéthoxylate (4-NP2EO )
Nonylphénol monoéthoxylate (4-NP1EO)
Nonylphénoxy acetic acid (4-NP1EC)
Octylphénol
amoxicilline
azithromycine
ciprofloxacine
clarithromycine
clindamycine
érythromycine
norfloxacine
ofloxacine
spiramycine
sulfadiazine
sulfaméthoxazole
nelfinavir
zidovudine
2,6 dichlorophenol
pentachlorophenol
acide salicylique
aspirine
cafeine
carbamazepine
diclofenac
gemfibrozil
ibuprofene
ketoprofene
naproxène
nordiazepam
paracetamol
théophylline
atrazine dé-isopropyl (DIA)
chlorpyrifos-ethyl
diazinon
diflufenican
diuron
Diméthylaminosulfanilide (DMSA)
Glyphosate
imidacloprid
propiconazole
simazine
terbutryne
terbutylazine desethyl
Phtal
DEHP
ate
Acebutolol
atenolol
bisoprolol
metoprolol
propranolol
sotalol
ethylbenzène
o xylène
p + n xylène
Styrène
toluène
Figure 1 : Concentrations en micropolluants décelés (>10ng/l) en entrée Zone Libellule de St Just (sortie station
d’épuration).
Concentration en ng/L
Alkykphénols
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Figure 2 - Concentrations en micropolluants décelés (>10ng/l) dans le rejet de la Zone Libellule de St Just.
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Concentration en ng/L
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Catégories d’abattement en micropolluants organiques
4-NP1EC
AMPA
Imidacloprid
Carbamazepine
Erythromycine
Sotalol
Classes :
25 %
70 %
Terbutryne
4-NP1EO
Théophylline
Sulfaméthoxazole
Ibuprofene
Cafeine
Nordiazepam
Alkylphénol
Pesticide
Médicament
Antibiotique
? -bloquant
56 %
Ciprofloxacine
Norfloxacine
Ofloxacine
Atenolol
Diclofenac
Glyphosate
Propranolol
Diuron
des molécules quantifiées
Naproxène
Ketoprofene
Azithromycine
Spiramycine
Metoprolol
Gemfibrozil
Paracetamol
bisoprolol
Amitriptyline
Bisphénol A (BPA)
Diazinon
Diflufenican
Clarithromycine
Propiconazole
30%
DMSA
Terbutylazine desethyl
Atrazine dé-isopropyl
DEHP
10
Simazine
Octylphénol
Nonylphénol (4-NP)
Acide salicylique
50
19 %
Rendement d’élimination sur les concentrations
100 %
Concentration
Entrée ZL (ng/L)
1 000
100
Figure 3 : Rendements d’élimination des micropolluants organiques par classe calculés à partir des concentrations entrée
et sortie des molécules quantifiées (> 10 ng/l) sur la campagne de juillet 2011
Rendement flux rejeté au milieu superficiel
100%
90%
Rendement d'élimination
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
sotalol
bisoprolol
metoprolol
propranolol
DEHP
atenolol
terbutryne
terbutylazine desethyl
imidacloprid
propiconazole
simazine
Diméthylaminosulfanilide
Glyphosate
diazinon
diflufenican
diuron
AMPA
atrazine dé-isopropyl
paracetamol
théophylline
ketoprofene
naproxène
nordiazepam
gemfibrozil
ibuprofene
carbamazepine
diclofenac
acide salicylique
amitriptyline
cafeine
spiramycine
sulfaméthoxazole
norfloxacine
ofloxacine
ciprofloxacine
clarithromycine
érythromycine
Octylphénol
azithromycine
Bisphénol A (BPA)
Nonylphénol (4-NP)
4-NP1EO
4-NP1EC
0%
Rendement Flux (rejet milieu superficiel)
Figure 4 : Rendements sur l’élimination au milieu superficiel calculés à partir des flux (en kg/j) lors des 10 campagnes de
mesures de juillet 2011 - Entrée ZL/Sortie ZL
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Evolution de la richesse spécifique par année
120
120
100
97
100
100
Odonates
81
80
Nombre d'espèces
Flore
aquatique
Flore
terrestre
Orthoptères
Site témoin
60
80
60
43
40
43
40
32
23
18
18
17
20
17
16
12
0
0
20
23
15
4
1
0
0
2009
2010
2011
2012
2013
2009
2010
2011
2012
Site Témoin
2011
Flore
aquatique
18
32
43
43
0
Flore
terrestre
17
81
97
100
23
Orthoptères
0
17
23
18
4
Odonates
0
12
16
15
1
Figure 5 : Evolution des indicateurs de biodiversité et comparaison au site témoin (mesuré en 2011)
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Zone Libellule - Présentation du concept
La lutte contre la présence des substances émergentes (pesticides, médicaments, etc.) et de leurs
dérivés de dégradation dans l’eau, représente un véritable enjeu, comme en témoigne l’évolution
réglementaire. En effet, ces molécules apparaissent dans les milieux à une vitesse exponentielle et
peuvent perturber les éléments de la chaine trophique par accumulation ou par synergie alors qu’on
les retrouve dans l’eau à de très faibles concentrations, souvent inférieures aux limites de détection.
La diversité naturelle des zones humides (biofilms, diatomées, planctons, microphytes, macrophytes,
faune…) apporte une complémentarité très riche, en processus biologiques et biochimiques, aux
systèmes épuratoires classiques.
La Zone Libellule (Zone de « LIberté Biologique Et de LUtte contre les poLluants Emergents »),
imaginée par les chercheurs de Lyonnaise des Eaux est donc une solution complémentaire au
traitement des eaux usées, basée sur la capacité épuratoire des écosystèmes humides.
L'intérêt de la mise en œuvre de systèmes extensifs comme les Zone Libellule réside surtout dans la
complexification et la fragmentation des écosystèmes en systèmes complémentaires, sources d'une
augmentation générale des performances.
La Zone Libellule est conçue pour abriter différents types de milieux humides (roselière, méandres,
delta, ….). La variabilité des vitesses d’écoulement, des profondeurs d’eau et des espèces présentes
permettent en partie d’améliorer le traitement. Enfin la mosaïque d'habitats humides renforce la
biodiversité locale et créée une zone tampon entre la station d’épuration et le milieu naturel.
Le plus souvent, le flux d’eau issu d’une usine de traitement des eaux usées, est utilisé pour remettre
en eau une parcelle de terrain et ainsi recréer divers écosystèmes humides.
La Zone Libellule permet ainsi d’aller plus loin dans le traitement des polluants émergents, tout en
stimulant la biodiversité locale. Pour cela, elle s’appuierait en partie sur des mécanismes
d’autoépuration et de phytoremédiation.
La Zone Libellule renforce également les services écosystémiques rendus comme la pollinisation
(fonction de régulation), la production de nourriture primaire (fonction d‘approvisionnement), le
support à l’éducation (fonction culturelle) ou encore la provision de biodiversité locale (fonction de
soutien).
De nombreux projets sont en cours, comme celui de Mios dans les Landes, suite à cette expérience
grandeur nature. La Zone Libellule se décline dorénavant en fonction d’objectifs locaux ciblés tant sur
la qualité de l’eau du milieu récepteur et la gestion d’eau de ruissellements, que sur la création de
site de biodiversité typique de zones humides propre à démontrer l’efficacité de tel concept dans la
préservation de notre environnement.
La Direction Ingénierie Environnementale de Lyonnaise des Eaux accompagne les collectivités à la
mise en place et à l’exploitation de Zone Libellule ou de Zone Humide Artifielles adaptées à des
besoins spécifiques, avec pour objectif la diminution des impacts anthropiques et l’atteinte du bon
état sur les milieux aquatiques.
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