EcoImpact 1
EcoImpact – élucider l’impact écologique des micropolluants dans les eaux courantes
La contamination des systèmes d’eau douce par des micropolluants est considérée de nos jours comme un problème environnemental majeur. S’il existe quantité de données concernant l’impact des micropolluants sur des organismes précis, nous en savons en revanche peu sur la manière dont ces micropolluants affectent la structure et la fonction complexe d’écosystèmes aquatiques naturels entiers.
Le projet de recherche interdisciplinaire EcoImpact 1 mené à l’échelle de l’Eawag avait pour but de combler cette lacune scientifique. L’initiative EcoImpact 1 a été lancée en 2013 en prévision de la future mise à niveau des STEP en Suisse. Les modifications prévues dans ce cadre représentent une occasion unique d’étudier l’impact des micropolluants sur les écosystèmes aquatiques naturels. Dans ce contexte, deux approches complémentaires ont été poursuivies : une étude de terrain sur des effluents de STEP choisis et des expériences contrôlées dans le système de canaux jaugeurs (Maiandros).
Parentaires
Office fédéral de l'environnement, OFEV, Division Eaux
- Aquabug, Sciences naturelles et environnement, Neuchatel
Les partenaires sont des autorités gouvernementales et cantonales ainsi que des entreprises et des organismes à but non lucratif.
Présentation (Vidéo) à l’université de Waterloo
12 janvier 2017
Orateur: Christian Stamm, Eawag
«Unraveling the impacts of wastewater-borne micropollutants in stream ecosystems»
Micropolluants
Les micropolluants (MP) sont des polluants chimiques organiques ou inorganiques présents dans l’eau à de très faibles concentrations. Malgré ces faibles niveaux de concentration, les MP peuvent tout de même avoir des impacts négatifs sur les organismes ou sur la qualité des eaux potables. Les MP sont issus de nombreux produits utilisés dans l’industrie, l’agriculture, le secteur du tourisme et par les ménages, notamment les produits cosmétiques, les matériaux de construction, les médicaments ou les biocides. Ils pénètrent dans le milieu aquatique par différentes voies d’apport telles que les eaux usées urbaines ou le ruissellement des terres agricoles et des surfaces de circulation.
Effets des micropolluants (MP)
Même à très faibles concentrations, les MP sont déjà susceptibles d’avoir des effets sur les organismes. Conçus comme des composés biologiquement actifs (p. ex. biocides, médicaments ou produits phytosanitaires), les micropolluants sont suspectés de provoquer des effets similaires, mais indésirables sur l’environnement. C’est ainsi que les produits phytosanitaires, par exemple, inhibent également le développement de certains organismes photosynthétiques aquatiques. De même, des vertébrés tels que les poissons peuvent réagir par exemple aux hormones et les insecticides ont un impact négatif sur les insectes des milieux aquatiques.
Élimination incomplète des micropolluants (MP) dans les stations d’épuration (STEP) conventionnelles
Pour un grand nombre de MP, les STEP constituent une voie d’accès majeure aux cours d’eau. Les STEP actuelles ont été conçues principalement pour éliminer les nutriments. De ce fait, elles ont contribué avec succès au respect des objectifs de protection des eaux. Au cours des dernières années, il s’est avéré que beaucoup de MP ne sont pas complètement éliminés dans les STEP et qu’il faut des étapes d’épuration supplémentaires. Dans le cadre de la « stratégie MicroPoll », les autorités suisses ont décidé d’équiper une centaine des STEP suisses (au total, il y en a 700) d’une étape d’épuration supplémentaire. Les modifications liées à ce projet représentent une opportunité unique d’étudier l’impact des MP sur des écosystèmes aquatiques naturels dans le cadre de notre projet de recherche EcoImpact.
Hypothèses et objectifs
En combinant des études de terrain et des approches expérimentales, EcoImpact 1 a testé les hypothèses suivantes :
- Le rejet de MP provenant de STEP provoque des changements allant au-delà des effets d’autres composants de l’eau usée comme les nutriments (p. ex. la perte et la réduction d’espèces sensibles sur les sites en aval ou une tolérance induite envers les MP).
- Il existe des effets indirects des MP, médiés par des interactions biologiques allant au-delà des effets directs de MP sur les organismes et les fonctions clés.
Le projet EcoImpact 1 a poursuivi trois objectifs :
- Établissement de liens de causalité
L’Eawag a étudié si les divergences écologiques observées entre les divers sites sont dues à différentes expositions à des groupes de MP (spécifiques). L’impact des MP doit être isolé de celui d’autres facteurs d’influence. - Intégration
Le projet a englobé une multitude de paramètres moléculaires, physiologiques et écologiques, et intégré les différentes mesures, observations et tendances. - Conclusion d’ordre général
Nous préconisons des déclarations d’ordre général plutôt que des déclarations individuelles propres aux différents sites étudiés.
Étude de terrain et sites d’étude
Dans le cadre de l’étude de terrain, des méthodes établies ont été utilisées pour évaluer les paramètres de qualité de l’eau, différents paramètres biologiques, la biodiversité et des caractères fonctionnels sur des sites choisis. Les 24 tronçons de rivière sélectionnés en amont et en aval de rejets de STEP se trouvent sur le Plateau suisse et dans le Jura. Les buts de cette démarche étaient, d’une part d’examiner les effets biologiques des eaux usées traitées en général et des MP en particulier, d’autre part de disposer d’une référence pour surveiller les modifications ultérieures subséquentes à la rénovation des infrastructures des STEP.
La sélection des sites étudiés reposait sur les critères suivants :
- Seules les eaux courantes sont considérées comme des eaux réceptrices, pas les lacs.
- Aucun rejet d’eaux usées en amont des STEP choisies
- Par temps sec, la proportion des effluents en aval de la STEP est d’au moins 20 % (Q347)
- Surface habitée sur le bassin versant < 21 %
- Superficie allouée à la vigne et aux arbres fruitiers sur le bassin versant < 10 %
Approches expérimentales
Afin de pouvoir dissocier les effets de différents facteurs environnementaux sur la structure et la fonction des écosystèmes aquatiques, il faut procéder à des expérimentations. Dans le but d’étudier le rôle particulier de MP, nous avons à la fois effectué des expériences à petite échelle en laboratoire et élaboré Maiandros – un système de canaux dont le nom s’inspire du dieu grec Méandre (Μαίανδρος) du fleuve Méandre (dans l’actuelle Turquie).
Dans le système Maiandros, différents organismes peuvent être simultanément exposés à quatre différentes qualités d’eau contrôlées. A cette fin, Maiandros a été installé dans la STEP de Fällanden, en Suisse alémanique, où différentes expériences ont été exécutées. D’une part, la qualité de l’eau a été influencée par le mélange de l’eau de rivière avec des eaux usées purifiées de la STEP à proportions variables. D’autre part, l’eau de rivière a été enrichie avec des nutriments sélectionnés et/ou des mélanges de MP pour identifier d’éventuels effets opposés de nutriments et de MP.
Résultats
Les résultats obtenus jusqu’à présent montrent que les MP ont des impacts sur les écosystèmes fluviaux. Sur tous les sites d’étude, le rejet d’eaux usées a augmenté la charge et les concentrations de MP dans les tronçons fluviaux en aval des STEP. Des tests biologiques montrent que ces concentrations augmentent les effets écotoxicologiques – par exemple, l’inhibition de la photosynthèse, sur différents paramètres fonctionnels. Les communautés de périphyton (biofilm constitué d’algues, de bactéries et de champignons) en aval sont plus tolérantes par rapport à ces MP et, sur certains sites, on a observé l’induction de l’expression de gènes nécessaires dans les activités de détoxification chez la truite de rivière. Tous ces résultats montrent que les MP exercent un stress physiologique sur les organismes. De tels effets ont également été observés sur des macroinvertébrés. En particulier, les espèces sensibles aux pesticides étaient décimées sur les sites en aval des STEP. Les fonctions de l’écosystème comme la décomposition des feuilles sont également affectées par le rejet d’eaux usées et, éventuellement, par les MP.
Les expériences qui ont été conduites en utilisant le système de canaux Maiandros. Elles ont permis d’élucider une partie des processus complexes constatés dans les études de terrain. Par exemple, des tests de dégradation utilisant des bandes de coton ont révélé que les nutriments « masquent » les effets toxiques de MP. Les résultats de l’étude de terrain et du système de canaux sont maintenant comparés pour mieux comprendre les tendances observées sur le terrain.
Publications
Les publications suivantes sélectionnées viennent le projet EcoImpact ou sont fortement associées à la rubrique.
Équipe de projet
Gestion de projets
Chef de projet: Christian Stamm
Membres de l’équipe de projet
Le projet est mené en étroite collaboration avec les membres de l’équipe élargie du projet, constituée de représentants des disciplines divers de l’Eawag et du Centre Ecotox Eawag/EPFL.
Dr. Francis J. Burdon
ancien Eawag PostDoc
dans EcoImpact 1
Les différentes missions du projet seront exécutées par des groupes de mission composés de collaborateurs scientifiques et techniques de tous les échelons; elles seront supervisées par un chef de mission.
Partenaire scientifique
Assoc. Prof. Scott D. Tiegs, Biological Sciences, Oakland University, Michigan, USA
Dr. Yaohui Bai, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
Conseil consultatif
Prof. Dr. R. Brouwer
Professor in Environmental Economy, University of Waterloo, Canada
Prof. Dr.-Ing. Martin Jekel
Professor in Environmental Engineering, Technical University, Berlin, Germany
Dr Pim E.G. Leonards
Senior researcher department of Chemistry and Biology, Vrije Universiteit, Amsterdam, The Netherlands
Dr. Guy Woodward
Reader in ecology, Imperial College, London, England