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Institut Mines-Télécom

w 27/11/2014

L’eau et l’air, des biens

communs à ressources

de valeur : quelle

recherche pour quel

besoin industriel et de la

société

Catherine Gonzalez,

Ecole des Mines d’Alès

[email protected]

27/11/2014 RESSOURCES EN EAU ET EN AIR

6 novembre 2014 1

RESSOURCES EN EAU ET

EN AIR

6 novembre 2014


Objectifs

Contexte et enjeux

• Ressource en eau et gestion de l’eau

• Pollution et qualité de l’air

Challenges pour la recherche

• Approche préventive plus que curative

• Approche transdisciplinaire (diagnostic, réduction des

nuisances et des impacts)

• Intégration des aspects sociaux et territoriaux

Positionnement de la recherche au niveau de

l’IMT


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Ressource en eau

Patrimoine commun

« L’eau n’est pas un bien marchand comme les autres, mais un patrimoine qu’il faut protéger, défendre et traiter comme tel. » Directive Européenne du 20/12/00


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Gestion durable de la ressource en eau

Adaptations nécessaires face aux forçages

climatiques (inondations, sécheresse,

réchauffement,…)

• approches préventives, plans de gestion efficace,

économes et durables

Raréfaction de la ressource = aspect quantitatif

Aspect qualité est également un challenge

primordial car il est déterminant pour la

potabilisation de l’eau

Préserver et protéger vis-à-vis des impacts

anthropiques (pollutions urbaines, industrielles,

agricoles)

RESSOURCES EN EAU ET EN AIR

6 novembre 2014


Gestion de la ressource en eau

27/11/2014 Modèle de présentation Institut Mines-Télécom 5

Identification et mobilisation de

la ressource

Prélèvement

(captage, forage)

Production et

distribution d’eau

potable

Collecte et traitement

Eaux usées

Réutilisation

Préservation de la ressource

Risques naturels

Ressource

Patrimoine commun

Gouvernance

Cadre réglementaire Usages

Allocations

Bien de consommation


Gestion de la ressource : Contrôle et suivi de la pollution/impacts

Industrie

Agriculture Eaux

urbaines

Réglementation Eaux potables

Eaux potables

Seveso, IPPC Réglementation

Eaux urbaines

Réglementation Eaux souterraines

Réglementation Déchets,

enfouissements

Réglementation Pesticides, Nitrates Réglementation

Boues STEP Directive Européenne

Réglementation Eaux baignades


Enjeux au niveau européen

Directive Eau (22/12/00)

Objectif : parvenir à un bon état des eaux (ressources)

critères (états écologiques, chimiques)

cadre organisationnel (districts géographiques, autorités…)

instruments d’intervention (programme, plan de gestion…)

Cadre organisationnel

gestion intégrée par bassin

principe usager-pollueur-payeur

associer les usagers à la gestion des ressources

utilisation durable : gestion équilibrée

demandes des usagers

protection du milieu naturel

loi de transposition promulguée le 21 avril 2004 (loi n°

2004-338 ; JORF du 22 avril 2004)


Grand cycle de l’eau



la ressource

Prélèvement

(captage, forage)

Production et


potable


Eaux usées

Réutilisation


Risques naturels

Bien de consommation

Ressource

Patrinoime commun

Innovation technologiques

Meilleure efficacité

Contaminants émergents

Résidus médicamenteux

Stocks disponibles


Ressources en eau : défis

scientifiques/besoins (1)

Nouveaux contaminants (effets perturbateurs endocriniens, pathogènes,…)

• Impacts à long terme pour l’environnement et la santé

• Devenir dans les différents compartiments (sol, aquifères, biota)

• Effet cocktail? Toxicité?

Besoins opérationnels

• Outils de screening, de surveillance, et d’évaluation des risques (biocapteurs, biomarqueurs,…)

• Traitements efficaces (résidus médicamenteux, STEP)

• Outils d’aide à la décision (traitement des données, définition d’indicateurs pertinents, analyse multicritères)





Durabilité et résilience des écosystèmes?

• Etablir des scénarii sur la demande en eau, les impacts

du changements globaux (climatique, urbanisation,..)

• Prise en compte des aléas (phénomènes physiques) et

de la vulnérabilité (aménagement du territoire,

occupation des sols)

Besoins de sites d’observation,

d’expérimentation et de modélisation

• Bassins versants, zones ateliers

• Observation repose aussi sur la mesure : capteurs

distribués et systèmes d’information géoréférencés

• Changements d’échelle entre site d’observation et

territoires (régionaux, nationaux)





Gestion durable de la ressource

• Différents usages (agriculture, industrie, énergie,

loisirs, domestique) et différentes pressions

anthropiques

• Prises en compte des différentes valeurs de l’eau :

─ Écologiques, économiques, sociales

Recherche interdisciplinaire intégrant la

dimension humaine : étude orientée sur le cycle

hydrosocial ou socio-hydro-écosystème

─ Écologie, sciences économiques et sociales, géographie,

sciences de l’environnement, géosciences,…



Eau : bien de consommation

Filière eau : • Services de fourniture d’eau potable et d’assainissement

(petit cycle de l’eau)

• Interconnexion avec la ressource (qualité et quantité) et le grand cycle de l’eau

• Intégration des technologies de l’information au niveau de la gestion des réseaux et des usages

Filière « eau » • étude, conception, construction des installations et

ouvrages, gestion des services d’eau et d’assainissement des collectivités et des industries

• Génie écologique et métrologie/instrumentation

Besoin de démonstrateurs • Réutilisation des eaux usées (site de Mauguio)

• Faisabilité technique et économique

• Validation et efficacité en conditions opérationnelles



Innovation service de l’eau et

assainissement

Situation actuelle

• Modèle d’assainissement consistant à évacuer l’eau

• Usages domestiques utilisent une eau de qualité

unique

• Distribution par une infrastructure centralisée

Introduction de solutions distribuées (immeubles,

quartiers)

Frein réglementaire pour la réutilisation des eaux

de pluie et des eaux usées

Innovation « Smart water »

• Usine d’épuration de la ville durable

• Réseaux intelligents (déploiement des TIC, Big data)



Métrologie : besoins et tendances

Smart monitoring

• Réseau de capteurs communicants, télédétection,

contrôle centralisé

• miniaturisation, autonomie, fiabilité des capteurs

• Transfert de technologies : sciences et technologies de

l’information (big data), nanotechnologies,

biotechnologies

Systèmes d’alerte

• Risques naturels ou anthropiques

• Prévision et prévention

• Outils de modélisation et d’assimilation de données



Recherche partenariale

Pôles de compétitivité ─ Pôle eau, Dream, Hydreos

─ Projets collaboratifs (FUI, ANR)

ONEMA • Innovations et changements de pratiques : lutte contre les

micropolluants des eaux urbaines

AQUAREF • BRGM et les eaux souterraines

• IFREMER et les eaux côtières et marines

• INERIS et les risques chroniques

• Irstea et les eaux superficielles

Chaires industrielles • Chaires Véolia : polluants émergents

• Chaires "Rationalités, usages et imaginaires de l’eau«

• Chaire Elsa-Pact « Évaluation environnementale et sociale du cycle de vie pour améliorer la compétitivité des entreprises par la transition écologique »



Positionnement IMT



la ressource

Prélèvement

(captage, forage)

Production et


potable


Eaux usées

Réutilisation


Risques naturels

Filière Réuse

contraintes de qualité et

d’usage de l’utilisateur

ACV

Capteurs/biocapteurs

Réseaux de capteurs

Outils d’aide à la décision

Géosciences, modélisation

Eaux souterraines, zones Karstiques

Inondations, sécheresse

Gestion durable des ressources

à l’échelle d’un territoire

Contaminants émergents

Perturbateurs endocriniens

Systèmes d’information

Pilotage et gestion


Pollution atmosphérique

Qualité de l’air

« L’air n’est pas (pour le moment?) un bien marchand comme les autres, mais un patrimoine qu’il faut protéger, défendre et traiter comme tel. »



Particularité de ressource « Air » / « eau »

Raréfaction n’est pas un pb crucial

• Disponibilité n’est pas encore un pb

• Pas de limitation des stock, réservoir

Pas de limitation de la disponibilité et donc pas de marchandisation de la ressource

Problématique ciblée sur qualité, réduction des émissions et impacts sur la santé

Plan de protection par pouvoirs publiques

• Réseaux de surveillance

• Secteur piloté par la réglementation (émissions de particules, de contaminants)

Qualité de l’air intérieur (bien marchand?)

• Secteur privé : Traitement, épuration, recyclage


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Pollution atmosphérique

« La pollution atmosphérique est l'introduction par l'homme, directement ou indirectement, dans l'atmosphère et les espaces clos, de substances ayant des conséquences préjudiciables de nature à mettre en danger la santé humaine, à nuire aux ressources biologiques et aux écosystèmes, à influer sur les changements climatiques, à détériorer les biens matériels, à provoquer des nuisances olfactives excessives »

Loi sur l'air et l'utilisation rationnelle de l'énergie de 1996

• réseaux de capteurs qui surveillent dans chaque région la concentration de 12 polluants atmosphériques :

• les oxydes d’azote (NOx), le dioxyde de soufre (SO2), l’ozone (O3), le benzène, le monoxyde de carbone (CO)…


La qualité de l’air

• Préoccupation sociétale : inquiétude des populations,

sentiment de menace pour leur santé

• La qualité de milieux de vie a connu une amélioration

significative, mais les pathologies ont changé de

visage :

Expositions et doses importantes

Exposition à de faibles niveaux sur de longues

périodes de temps

Qualité de l’air?


Impact sur la santé

La réalité de cet impact n’est plus à démontrer :

• Étude ISAAC (INSERM - 2007) • Les enfants résidant depuis huit ans dans des zones à

pollution élevée ont 3 fois plus d’eczéma, 1,5 fois plus

d’asthme et 2 fois plus d’asthme à l’effort

• Etude APHEKOM (INVS - 2011) • Improving Knowledge and communication for Decision

Making on Air Pollution and Health in Europe

• 12 pays européens • 9 villes françaises, 12 millions d’habitants, dont 6,5 millions dans

la zone de Paris • Particules et poussières (< 2,5 µm et < 10 µm) et ozone • Impact sanitaire et économique

Impact sur la santé


Etude APHEKOM - Résultats

• Espérance de vie à 30 ans : + 3,6 à 7,5 mois selon la ville -3 000 décès par an, si les concentrations moyennes annuelles de PM2,5

respectaient la valeur guide de l'OMS (10 µg/m3)

Bénéfice économique : 5 milliards € / an

• 360 hospitalisations cardiaques et plus de 630 hospitalisations

respiratoires par an évitées si les concentrations moyennes annuelles

de PM10 = 20 µg/m3

Bénéfice économique : 4 millions € / an

• 60 décès et une 60 hospitalisations respiratoires par an être évités si

le maximum journalier d'ozone (100 µg/m3) était respecté

Bénéfice économique : 6 millions € / an

Trouver des solutions pour minimiser l’impact de notre

environnement aérien sur notre santé est une priorité

Etude APHEKOM - Résultats


Une problématique complexe

Multiplicité des polluants : COV, molécules odorantes, toxines, allergènes

(résidus microbiens…), poussières, aérosols microbiens, …

Multiplicité des sources

Les acteurs (collectivités et industriels) sont confrontés au problème de

la recherche de solutions pour gérer la qualité des ambiances ou les

émissions gazeuses liées à leur activité

Minimiser l’impact (en termes de santé, de nuisances), tout en

satisfaisant des critères de qualité et de productivité de plus en plus

exigeants

Nécessité d’une approche transdisciplinaire

Une problématique complexe


Une approche transdisciplinaire

• Diagnostic / Suivi de la pollution

Capteurs / Réseaux

• Action à la source / Traitement • Remplacement, substitution de produits,

matériaux «actifs»

• Gestion des process

• Ventilation, filtration, adsorption,

oxydation,…

• Evaluation de l’impact • Sanitaire, Odorant

• Quelle précision, quelle sélectivité?

• Dynamique ?

• Où mesurer ?

• Quelle efficacité en conditions réelles?

• Quel impact ? (polluants secondaires,

relargages)

• Quelle évolution spatio-temporelle des

polluants et de leurs concentrations ? (Dynamique)

Mesurer Agir

• A la source

• Traiter

Evaluer l’impact

Une approche scientifique transdisciplinaire


Favoriser la mesure en continu

Impact de la qualité de l’air sur l’homme ou sur

l’environnement (Emissions industrielles, Qualité

de l’Air Intérieur, …)

• Les sources sont multiples

• Les émissions des sources sont variables

• La mesure en continu est essentielle dans les cas de

sources dont les émissions sont variables


Les secteurs concernés

Maîtrise de la qualité de l’air intérieur ERP/habitat individuel • Ambiances de travail

• Véhicules, transport

Maîtrise des émissions gazeuses et de la qualité de l’environnement de sites industriels • Production d’énergie, industries lourdes, industries

chimiques

• Secteur agricole et agroalimentaire

• Gestion des déchets

Des solutions existent, ou sont en cours de développement

Elles doivent être adaptées au contexte de mise en œuvre


Conclusion : perspectives de recherche

Qualifier l’état des milieux et des ressources • Capteurs, réseaux de capteurs, distribution spatiale

• Identification de la source de pollution

Modéliser pour comprendre, modéliser pour prévoir • Hydrosystèmes, sites industriels

• Evaluation de la vulnérabilité et diminution de l’aléas

• Processus à l’échelle du territoire

Réduire les impacts, proposer des solutions de remédiation • Traitement et filières de traitement

• Recyclage, économie circulaire

Prise en compte des facteurs socio-économiques • Valeur de la ressource/usages

• Acceptabilité sociétale

• Approche territoriale (jeux d’acteurs)

Approche transdisciplinaire

Pour éviter, réduire les impacts, réhabiliter les milieux, s’adapter à de nouvelles contraintes


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Merci de votre attention

Remerciements

Jean-Louis Fanlo

Centre LGEI, Ecole des Mines

d’Alès


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