Stratégie d’échantillonnage sur les sites expérimentaux

Stratégie d’échantillonnage 

Ainsi, dans le cadre de cette étude, sept sites ont été étudiés suivant deux périodes de températures contrastées (guide LCSQA, 2015). Dans un premier temps, pour caractériser les émissions en centre urbain, un axe de trafic routier (boulevard périphérique, Paris-Est) et une zone ferroviaire souterraine, ont été équipés. Dans un second temps, afin de caractériser les émissions diffuses à partir de sites de traitement, plusieurs sites tels qu’une nouvelle filière d’épuration des eaux usées (Briis-sousForges, 91), deux sites de traitement de déchets dangereux (Guitrancourt, 78 et GEREP, Mitry-Mory, 77) et une zone industrielle (Limay-Porcheville, 78) ont été étudiés. Et enfin, pour observer l’impact d’une zone industrielle sur une zone riveraine, une zone industrielle active (Limay-Porcheville, 78) a été étudiée. En parallèle, deux stations de référence en centre urbain (Paris 13ème) et en habitat rural (Boissy-le-Châtel, 77) ont été suivies pour définir la référence du bruit de fond de la contamination en polluants organiques hors proximité immédiate d’activité émettrice connue (guide LCSQA, 2015). Il a été ultérieurement envisagé de caractériser les flux d’émissions diffuses pour deux des sites étudiées (STEP et Limay/Porcheville/Guitrancourt) sur la base des méthodologies proposées dans un document de synthèse sur la détermination des flux d’émissions diffuses surfaciques (ADEME, 2012).

Pour répondre à la problématique d’émissions diffuses atmosphériques, plusieurs stratégies d’échantillonnage existent suivant les conditions des sites d’étude. Pour cela, des campagnes de mesure d’air ambiant, sur plusieurs semaines (représentativité temporelle), sur plusieurs saisons de températures contrastées (représentativité saisonnière) et si possible sur plusieurs points de mesure sur le site (représentativité spatiale des échantillons) doivent être réalisées. En complément de ces points de mesure, il est nécessaire d’ajouter des points de référence (correspondant à la mesure du bruit de fond atmosphérique), qui sont non exposées aux sources directes du site d’étude. Afin de mener correctement cette étude, une enquête préalable est nécessaire, afin de connaître le fonctionnement du site, la localisation précise et les différentes activités du site, les types et quantités de polluants présents.

D’après le rapport publié par l’ADEME, deux stratégies de caractérisation pour les émissions diffuses peuvent être mise en pratique : la caractérisation directe de la source, et celle dans son environnement. D’une part, les techniques « à la source », où les mesures sont directement réalisées au niveau de la source d’émissions, visent à déterminer directement les facteurs d’émission. L’étude réalisée au droit de la filière d’épuration des eaux usées correspond à ce premier cas. Une estimation des flux d’émission au droit des bassins d’aération a ainsi été tentée en dépit de la difficulté à pouvoir optimiser la représentativité spatiale du point de mesure. Il faut préciser qu’il n’était pas possible dans ce cas de figure, d’isoler la surface émettrice. D’autre part, les stratégies dites dans l’environnement où les mesures sont réalisées autour de la source (ou des sources). Les facteurs d’émission sont alors déterminés en tenant compte de la dispersion des polluants au point de mesure. Des hypothèses sont alors faites sur les sources contributrices et leur dispersion au point de mesure, en particulier si le site d’étude est vaste et comporte plusieurs zones d’activités. Cette stratégie permet d’appréhender les émissions à l’échelle du site en fonction de la dispersion des panaches en fonction des vents présents sur le site. Cette dernière démarche a été essayée au niveau de la zone industrielle de Limay Porcheville. Ces techniques permettent de s’affranchir de l’incertitude liée à l’hétérogénéité de la source.

Description des différents sites d’études et des échantillonnages 

Au cours de cette thèse, 138 échantillons d’air ont été prélevés dont 84 en mode actif (phase gazeuse et phase particulaire collectées et analysés séparément) et 54 en mode passif (phase gazeuse). A noter que tous ces échantillons ont pu être récupérés et analysés à l’exception de 3 prélèvements actifs (2 pour le site de Boissy et 1 pour Paris) et 3 passifs (1 perdu et 2 non exploitables).

Il faut noter qu’à ces échantillons ont été ajoutés 25 échantillons d’eaux et de boues urbaines en station d’épuration. Ainsi que 87 échantillons environnementaux dans le cadre de la surveillance des effets potentiels des installations (et autres activités humaines) sur l’état de contamination de l’environnement : 58 retombées atmosphériques, 23 prélèvements de feuilles de platanes et 6 sols.

Sites de référence (référence urbaine et rurale)

En absence de niveau de concentration de référence locale ou régionale pour l’évaluation de l’incidence potentielle des sources d’émissions suspectées des POP et des autres COSV étudiées (à l’exception des HAP étudiés par Airparif), chaque prélèvement sur site a été accompagné d’un prélèvement concomitant en habitat rural et d’un autre en centre urbain dense (guide LCSQA, 2015).

Site de référence en habitat rural (Boissy-le-Châtel)
Le site de référence de Boissy-le-Châtel se situe en Seine-et-Marne à 50 km à l’Est de Paris en limite d’un bourg de 3100 habitants. Les équipements initialement installés sur la commune voisine de Doue (site de référence initial du laboratoire) ont été déplacés sur celui du centre de l’IRSTEA qui offrait une meilleur sécurité pour le matériel (préleveur grand volume/ passif), tout en étant situé dans le même type d’habitat et avec l’avantage supplémentaire d’avoir une station météorologique et un technicien sur site. La contamination de l’air au niveau du site de Boissy a été étudiée sur deux années consécutives et sur six saisons (Février- Avril 2013, Juin- Juillet 2013, Septembre- Novembre 2013, DécembreFévrier 2014, Février- Avril 2014, Juin- Juillet 2014 et Novembre- Décembre 2014) suivant le protocole précédemment décrits. A noter que le 3ème et le 7ème des prélèvements actifs (03/04/13- 18/04/13) font défaut en raison d’une coupure électrique. Le 4ème prélèvement actif présente un volume d’air faible en raison d’un défaut technique de l’appareil, qui a nécessité le changement du système de prélèvement (passage d’un appareil TISCH au système Zambelli Alvol).

Site de référence en milieu urbain (Paris 13ème)
Cet emplacement a été sélectionné par Airparif, puis pour ce projet, pour représenter le bruit de fond de la contamination de l’air en habitat urbain dense et à l’écart d’activité importante de trafic routier. L’étude de la contamination de l’air au niveau du site de Paris 13ème a été réalisée en parallèle de celle de Boissy-le-Châtel sur trois années consécutives et sur neuf saisons (Février- Avril 2013, Juin- Juillet 2013, Septembre- Novembre 2013, Décembre- Février 2014, Février- Avril 2014, Juin- Juillet 2014, Septembre-Novembre 2014, NovembreDécembre 2014 et Janvier Février 2015) .

Sites et zones d’activités liées aux traitements de déchets liquides et solides 

Station d’épuration de Briis-sous-Forges

Description du réseau
L’objectif des travaux effectués sur le site de la STEP de Briis-sous-Forges a été tout d’abord de déterminer l’impact de la volatilisation passive sur la qualité de l’air ambiant par les rejets de la STEP au niveau des entrées/sorties d’air du bâtiment ainsi qu’au niveau des bassins extérieurs. Le second objectif a consisté à réaliser un bilan global des émissions au niveau de l’ensemble du site. La station d’épuration de Briis-sous-Forges est la plus récente (mise en service en 2009) des stations présentes sur le bassin versant de la Prédecelle (Figure 14). L’occupation de ce territoire est majoritairement à vocation agricole (85%). Dimensionnée pour une capacité d’environ 13 000 EH (Equivalent Habitants), la capacité moyenne de traitement est de 900 000 à 1 000 000 m3 /an (de 2000 m3 .j-1 par temps sec à 6000 m3 .j-1 sous conditions de fortes précipitations). Cette filière se caractérise par la mise en œuvre de procédés d’épuration performants :
– Le traitement des eaux usées par des techniques membranaires
– Le traitement des odeurs par lit de tourbe
– Le conditionnement des boues en jardins filtrants de roselière

Lors de leur arrivée à la station, les eaux brutes subissent différents prétraitements, tels que le dégrillage qui permet d’éliminer les déchets de grandes tailles, le dégraissage et le dessablage qui permettent l’élimination des graisses et des particules grossières. L’eau est ensuite envoyée dans des bassins d’aération où des microorganismes digèrent la plupart des matières organiques. Les microorganismes et les particules très fines restantes sont alors retenus par ultrafiltration sur un système membranaire en polyéthylène. Les boues concentrées sont traitées par lagunage à l’aide de bassins « filtrants » couverts de roseaux et de joncs, permettant d’accroître l’efficacité des microorganismes épurateurs et d’éliminer les éléments minéraux de l’eau traitée. De plus, les polluants volatils sont aspirés et réinjectés à l’extérieur sur un lit de tourbe végétal, permettant de réduire en sortie la pollution olfactive .

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Table des matières

INTRODUCTION
Chapitre 1 : Comportement des polluants organiques persistants (PCB, PBDE, PeCB et HCB) et des composés semi-volatils dans le compartiment atmosphérique (HAP, phtalates)- Etat de l’art.
1. Les POP organochlorés
1.1 Les PCB
1.2 Pentachlorobenzène (PeCB) et hexachlorobenzène (HCB)
1.3 Retardateurs de flamme (PBDE)
2. Molécules assimilées aux POP par la CEE : les HAP
3. Les plastifiants (phtalates)
4. Objectifs et problématique
Chapitre 2: Stratégie d’échantillonnage sur les sites expérimentaux
1. Stratégie d’échantillonnage
2. Description des différents sites d’études et des échantillonnages
2.1 Sites de référence (référence urbaine et rurale)
2.1.1 Site de référence en habitat rural (Boissy-le-Châtel)
2.1.2 Site de référence en milieu urbain (Paris 13ème)
2.2 Sites et zones d’activités liées aux traitements de déchets liquides et solides
2.2.1 Station d’épuration de Briis-sous-Forges
2.2.2 Centre de traitement de déchets industriels (Mitry-Mory)
2.2.3 Zone industrielle Limay- Porcheville- Guitrancourt
2.3 Sites de transports routier et ferroviaire
2.3.1 Site de trafic routier en milieu urbain (Boulevard Périphérique Est)
2.3.2 Enceinte ferroviaire souterraine
Chapitre 3 : Protocoles de prélèvement terrain et validation des méthodologies analytiques des différentes matrices environnementales
1. Echantillonnage
1.1 Air ambiant
1.2 Retombées atmosphériques (RA)
1.3 Eaux usées de STEP
1.4 Boues liquides de STEP
2. Protocole d’extraction
2.1 Air
2.2 Retombées atmosphériques (RA)
2.3 Eaux usées de STEP
2.4 Boues de STEP
2.5 Feuilles de platanes et sols
2.6 Analyse et expression des résultats
3. Validation des différentes méthodes et blancs analytiques
3.1 Air
3.2 Retombées atmosphériques
3.3 Eaux usées de STEP
3.4. Bilan de la validation des méthodes
4. Spécificités des préleveurs d’air passifs
4.1 Théorie des préleveurs passifs
4.2. Calculs des volumes d’air
5. Phénomène de dégradation au sein des préleveurs actifs et passifs
5.1 Dégradation dans les préleveurs actifs
5.2 Dégradation dans les capteurs passifs
6. Difficultés analytique rencontrées et perspectives de solutions
6.1 Difficultés rencontrés avec les échantillons réels
6.2 Perspective analytique de l’étude
Chapitre 4 : Caractérisation des émissions diffuses par les activités de traitements, de transports et industrielles
1. Caractérisation du bruit de fond de la contamination
1.1 Bruit de fond de la contamination à Paris
1.1.1 Caractérisation générale des niveaux de contamination
1.1.2 Caractérisation de la répartition des phases par échantillonnage actif
1.1.3 Etude de la variabilité saisonnière
1.1.4 Etude de la contamination de l’air par échantillonnage passif
1.2 Bruit de fond de la contamination à Boissy-leChâtel
1.2.1 Caractérisation générale des niveaux de contamination
1.2.2 Caractérisation de la répartition des phases par échantillonnage actif
1.2.3 Etude de la variabilité saisonnière
1.2.4 Etude de la contamination de l’air par échantillonnage passif
2. Caractérisation du transport urbain
2.1 Axe de trafic routier
2.1.1 Caractérisation générale des niveaux de contamination
2.1.2 Caractérisation de la répartition des phases et des profils moléculaires par échantillonnage actif
2.1.3 Etude de la contamination de l’air par échantillonnage passif
2.2 Enceinte ferroviaire souterraine
2.2.1 Caractérisation générale des niveaux de contamination
2.1.2 Caractérisation de la répartition des phases et des profils moléculaires par échantillonnage actif
2.2.3 Etude de la contamination de l’air par échantillonnage passif
3. Caractérisation des activités de traitement des déchets (liquides et solides)
3.1 Station d’épuration des eaux usées de Briis-sous-Forges
3.1.1Caractérisation de la contamination au sein des matrices eaux usées et boues
3.1.2 Caractérisation générale des niveaux de contamination pour la matrice atmosphérique
3.1.3 Caractérisation des spectres en contaminants et d’émissions en relation avec les activités d’épuration des eaux usées (prélèvement dynamique)
3.1.4 Recherche des zones d’émissions à partir d’un réseau de capteurs passifs
3.2 Centre de traitement et d’élimination des déchets dangereux de Mitry-Mory
3.2.1 Caractérisation générale des niveaux de contamination pour la matrice atmosphérique
3.2.2 Caractérisation des spectres en contaminants
3.2.3 Etude de la contamination de l’air par échantillonnage passifs
3.3 Zone industrielle de Limay-Porcheville et zone ISDD de Guitrancourt
3.3.1 Etude de la contamination de la matrice atmosphérique par échantillonnage dynamique : cas de la ZI de Limay-Porcheville
3.3.2 Etude de la contamination par échantillonnage passif : cas de la ZI de Limay-Porcheville
3.3.3 Evolution des niveaux de contamination au sein de l’ISDD de Guitrancourt
CONCLUSION

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