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Activité de recherche - research activity

par Martin Seidl - publié le , mis à jour le

1 Travaux de recherche
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L’ensemble des mes travaux porte sur la gestion de l’eau et des polluants y véhiculés dans les zones urbaines et périurbaines, aussi bien dans les pays industrialisés que dans les pays en développement. L’objectif principal est de comprendre la relation entre la présence des polluants in situ, la zone de leur « production » et le rôle que les dispositifs sociotechniques peuvent jouer pour maitriser leur flux.

Ma thèse peut ainsi être vue comme le début d’un parcours remontant le cycle urbain de l’eau, débutant dans le milieu récepteur, passant par les dispositifs de traitement des eaux usées en allant vers les dispositifs de gestion du ruissèlement et la gestion de l’eau dans son ensemble. Les travaux portent principalement sur les aspects qualitatifs et s’intéressent aux flux des polluants et micropolluants.

Ce parcours peut, par conséquence, être divisé en quatre thématiques : Le milieu récepteur, les traitements, la gestion du ruissellement et les alternatives à l’eau potable. Depuis 2004 l’approche initiale des sciences exactes est complétée par une approche des sciences humaines et sociales, permettant une vision transversale par objets : les plans et cours d’eau, les dispositifs de traitements aval et amont, le réseau d’eau non potable …

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Thématique 1 : Milieux aquatiques anthropisés

L’urbanisation s’accompagne d’une augmentation de la production des substances chimiques exogènes et par conséquent de leur flux vers le milieu récepteur. Ces substances proviennent du transport, des processus industriels, des soins corporels ou d’entretien domestique. Ils sont connus sous le nom de substances prioritaires ou émergentes et peuvent faire l’objet de réglementations internationales. Ces substances, majoritairement associées aux particules, se retrouvent soit dans les eaux usées, soit dans les eaux de ruissellement urbain pendant les périodes de pluie et terminent après traitement ou non, dans les sédiments du milieu récepteur. Les sédiments peuvent ainsi garder « en mémoire » les pollutions du passé.

Dans cette thématique on s’intéresse non seulement au devenir des polluants, leur transformation, ou impact sur le compartiment biotique mais aussi à leur relation avec le bassin versant.

Les travaux de ma thèse avaient comme objectif de mieux comprendre le devenir des matières organiques rejetées en Seine par le réseau unitaire parisien par temps de pluie. Ce travail tenait en mi chemin entre la connaissance du réseau et des matières y présentes et l’impact de ces matières sur le système récepteur (Seidl et al 1998a). L’impact sur l’écosystème a été étudié sous forme de relation concentration - effet vis-à-vis des organismes aquatiques comme les chlorophycées (Seidl et al 1998b). Cette approche a été poursuivie après la thèse pendant le projet Daywater avec des rotifères et leur sensibilité vis-à-vis le ruissèlement urbain (Baun et al 2008, Sholes et al 2007).
En 2007 une approche par bassins versants a été introduite pendant mon séjour de chercheur invité à l’Université Fédérale de Minas Gerais (UFMG) au Brésil où les flux des (micro)polluants issus d’un petit bassin versant urbanisé de Belo Horizonte (Vieira et al 2009, Seidl et al 2014) ont été étudié. L’objectif principal était d’évaluer la contribution du temps de pluie aux flux annuels en prévision de leur traitement. Ces travaux sont poursuivis dans le cadre du projet Maplu 2 sur un ensemble des bassins versants dans la même région pour déterminer l’impact de l’occupation du sol sur les flux des polluants générés. Ce travail s’insère dans les travaux de thèse de doctorat en cotutelle entre l’UFMG et l’ENPC de Viet Tranh sur les interactions des métaux et matières organiques dans les lacs urbains.

L’impact d’occupation du sol peut aussi être étudié dans son perspective historique si on se penche sur les sédiments. Dans le cadre de la thèse de Marielle Naah co-encadré, on s’intéressait ainsi à l’impact de l’urbanisation du bassin versant sur la rivière Mingoa en travers de la qualité des sédiments du milieu récepteur du Lac Municipal de Yaoundé. A part des micropolluants classiques comme les métaux lourds et les HAP, une méthodologie a été développée pour déterminer les parabènes et le trichlosan, composées issues des produits de soins corporels et persistants dans le milieu récepteur. Les principaux enseignements de la thèse, soutenue en juillet 2013, sont la mise en évidence des faibles concentrations des xenobiotiques dans les milieux récepteurs des pays africain comme Cameroun et leur relation avec la croissance démographique et le développement économique (Naah et al. 2013).

Projet lié : ONU HABITAT Cameroun, MAPLU 2 FINEP Brésil,
Partenaires : Université de Douala Cameroun, UFMG Brésil,

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Thématique 2 : Dispositifs simplifiés pour le traitement des eaux domestiques

Le traitement des eaux usées domestiques s’oriente aujourd’hui, après l’élimination des pathogènes et des nutriments, vers l’élimination des produits de soins corporel et des médicaments. Cependant les nouveaux systèmes bien que très performant ne conviennent pas au contexte socio-économique et géographique des pays du sud. Dû au manque des moyens techniques et financiers elles privilégient des solutions à faible coûts ou technicité telles que le lagunage, filtres plantés ou digesteurs anaérobies. Cette approche peut s’appliquer aussi à la collecte des excrétas des zones urbaines parsèment habitées, caractéristiques des grandes villes d’Afrique de l’ouest sous forme d’assainissement non collectif (ANC) et la collecte des boues de vidange. De l’autre coté ces techniques retrouvent du nouveau leur place dans les pays industrialisés sous l’impulsion des approches écologiques et d’économie d’énergie.

Dans cette thématique on s’intéresse au processus biologiques pouvant contribuer à l’élimination des polluants contenu dans les eaux usées domestiques

Cette thématique a débuté en 2001 avec les travaux de recherche sur le continent Africain qui avaient pour objectif de contribuer à l’élaboration des alternatives financièrement autonomes pour le traitement des eaux usées dans un contexte d’agriculture urbaine et manque des financements structurels. Les travaux avec l’Université de Niamey (Seidl et al 2005, Tahar et al 2007) sur le lagunage à macrophyte ont démontrés la faisabilité du traitement conjointement avec la valorisation des nutriments N et P en agriculture urbaine.
Dans le cadre des différents projets de recherche brésiliens de l’UFMG une problématique similaire a été étudiée avec des filtres plantés. L’objectif de ces travaux était d’évaluer les possibilités d’une ligne de traitement, composée d’un réacteur UASB et des filtres horizontaux, de traiter les eaux usées domestiques en optimisant la fonction des plantes (Ferreira da Costa et al. 2013). Les travaux effectués sous forme de codirection de thèse de doctorat de Jocilene Ferreira da Costa ont montré une capacité importante des plantes de diminuer significativement les flux hydriques et d’extraire jusqu’à 20% du flux d’azote entrant. Cependant l’augmentation de la biomasse racinaire influence négativement la conductivité hydraulique du support. Les recherches se poursuivront sur les mécanismes de rétention des différentes types des pathogènes et des micropolluants.
Dans le cadre du programme Gessol, le projet Ancres (Assainissement Non Collectif – Rétention et Epuration par les Sols) étudie le potentiel épurateur des sols soumis à l’infiltration en assainissement non collectif. En dehors des paramètres classiques de la pollution domestique l’élimination des parabèns a été étudiée pour connaitre le devenir des polluants émergeants dans des systèmes simplifiés. Les résultats montrent le rôle essentiel des sols dans le processus d’épuration. Bien que la fosse et le massif filtrant éliminent une grande partie de la pollution le sol peut réduire encore plus significativement les teneurs en phosphore, pathogènes ou polluants émergeants.
Le projet européen JPI Water PhytoVet, récemment soumis, devrait permettre entre autres, une meilleure compréhension du rôle du compartiment microbien des zones humides artificielles dans la dégradation de micropolluants émergeants. Le projet propose d’étudier à une échelle réelle et en mesocosm l’impact des antibiotiques sur la dégradation des matières organiques et notamment sur l’élimination du carbone et de l’azote.

Projet liés : PsEAU, FINEP Brésil, GESSOL Ancres, PhytoVet
Partenaires : UAM Niamey, UFMG Brésil, CNAM, CIIMAR Portugual

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Thématique 3 : Techniques alternatives pour la gestion des eaux de pluie

Pour minimiser le coût global du traitement des eaux urbaines, les systèmes séparatif permettent de gérer séparément le ruissèlement urbain. Les régions tropicales comme le Brésil peuvent posséder une hydrologie particulière des saisons de pluie, rendant le système séparatif obligatoire. Une alternative aux systèmes séparatifs qui évacuent les excédants hydriques, sont les techniques qui empêchent le ruissèlement en amont dans le bassin versant telles que l’infiltration ou la rétention. Ces techniques dites alternatives peuvent, d’une part diminuer les flux hydriques et d’autre part contribuer aux traitements des polluants contenus dans le ruissèlement.

L’objectif de cette thématique est de comprendre le processus de rétention et de relargage des polluants par les dispositifs des techniques alternatives. Il s’agit d’une part du traitement des pollutions entrantes, mais d’autre part d’évaluer aussi le possible relargage par les matériaux utilisé dans leur construction.

Dans le cadre du projet européen, Switch (FP6) on s’est intéressé aux deux techniques collectant et traitant le ruissellement, les tranches drainantes et les zones humides artificielles. Les deux objets ont été étudié entre 2007 et 2009 dans la ville de Belo Horizonte au Brésil, pour d’une part, évaluer leurs impacts sur les hydrogrammes de sortie et d’autre part, pour évaluer leurs capacités de traitement (ou de rétention) des polluants urbains (Silva et al. 2010)
En Ile-de-France la recherche se situe plus en amont. Dans le cadre du projet de recherche TVGEP (Toiture Végétalisées, Gestion d’Eau de Pluie) des toitures avec couverture végétale ont été comparées pendant deux ans au toitures classiques bitumés, pour évaluer si le support végétalisée fonctionne comme source ou comme piège des polluants. Les travaux montrent que la couche végétalisée peut agir comme piège pour certains micropolluants d’origine atmosphérique tels que les éléments traces ou les HAP, mais que de l’autre côté elle peut relarguer des éléments nutritifs comme carbone et azote ou des substances du support comme alkykphenol (Seidl et al 2013).
Cette thématique se poursuivra à partir de 2014 avec le projet Roulepure étudiant plus spécifiquement les capacités des systèmes existants de traiter les micropolluants issus de la circulation et véhiculés par le ruissèlement urbain. Dans cette recherche seront en outre étudiés les aspects de vieillissement des infrastructures, peu abordés dans la littérature jusqu’à présent.

Projets liés : FP6 Swicth, R2DS TVGEP, Roulepure 2014,
Partenaires externes : UFMG, IHE Delft ; CSTB, CETE IDF, Adivet ; OPUR, 4D

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Thématique 4 : Water sensitive urban design

Face aux aléas du changement climatique et la raréfaction des ressources naturelles il nous faut créer d’urgence des villes plus résilientes. En moyen terme cependant, il faut mettre en accord les besoins des tissus urbains et les capacités eco-systémique de leur "hinterland". Une meilleure résilience hydrique d’un tissu urbain passe par un meilleur rapport avec son eau, aussi bien au niveau des ressources qu’au niveau de la distribution intérieure. En zone urbaine on peut disposer des ressources telles que les eaux de surface, les eaux de nappes ou l’eau de pluie. La zone urbaine peut également produire des ressources secondaires comme les effluents traités ou les eaux d’exhaure. Toutes ces catégories d’eaux peuvent constituer des alternatives à l’eau potable pour un nombre important des usages faits de l’eau en ville en condition de disposer d’un réseau et d’une régulation adéquate.

Cette thématique a comme objectif de repenser les flux d’eau dans une zone urbaine et de redonner signification aux objets techniques, pensés pour la gestion de l’eau en ville.

La place de l’eau en ville est sa gestion seront abordés à partir de 2014 au sein du projet sur l’hydromorphie urbaine, un projet de recherche participative en collaboration avec deux associations parisiennes de culture scientifique, 4D et H2o. Ce projet tachera par biais d’une approche urbanistique et hydrologique de mettre en évidence les capacités des territoires urbains de satisfaire leurs besoins et d’offrir aux citadins un cadre de vie adéquat.

Dans le cadre du programme de recherche OPUR l’action "Gestion sociotechnique du réseau d’eau non potable parisien" se penche en parallèle sur l’échelle macro, en travaillant la territorialité des ressources alternatives (Seidl et al 2013b) et sur l’échelle micro, en interrogeant les relations qualité - usages. Le travail conjugue les approches des sciences exactes avec ceux des sciences humaines et sociales. Comme exemple de l’échelle macro on peut citer la thèse de Claire Trinh, en contrat CIFRE avec Eau de Paris depuis novembre 2013. Comme exemple l’échelle micro on peut mentionner le travail sur le transfert des pathogènes au cours de nettoyage et arrosage des espaces publics urbains. A partir de 2014 s’y ajoute la valorisation des eaux d’exhaure dans le réseau d’eau non potable parisien et l’impact que ces eaux peuvent avoir sur les usages urbains actuels. La valorisation des eaux d’exhaure fait partie du projet IREX Ville 10D et pourra prochainement débucher sur un projet de postdoc ou de thèse avec la RATP.

Projet lié : CNRS - PIRVE, R2DS - SR UTIL, IREX Ville 10D, PICRI 2014
Partenaires : Ville de Paris, RATP, CERTES, ANSES

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Research Gate
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Curriculo LATTES
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Curriculum Vitae en anglais