Notre environnement est menacé par toutes sortes de contaminations. Il est nécessaire de les comprendre afin de pouvoir préserver et restaurer les milieux naturels. C’est le but du dispositif PIVOTS.
2 mars 2020

PIVOTS est un ensemble unique en France de sept plateformes scientifiques créé en 2016 en région Centre-Val de Loire. Il s’appuie à la fois sur de la recherche en laboratoire et sur des expérimentations sur le terrain pour mieux diagnostiquer et dépolluer notre environnement. Et permettre ainsi de gérer durablement nos ressources naturelles, qu’il s’agisse des sols, du sous-sol, des eaux et de l’air.

Plateforme pour la remédiation et l’innovation au service de la métrologie environnementale - PRIME

PRIME est une plateforme expérimentale du programme Pivots qui développe, en région Centre, des laboratoires consacrés à l’analyse et à la dépollution de notre environnement.

PRIME a pour objectif d’identifier et de mesurer les pollutions des sols et eaux souterraines, de prédire leur impact potentiel sur notre environnement et d’offrir des solutions pour décontaminer. Cette plateforme est dotée de 3 pilotes allant du submétrique au plurimétrique. Un dispositif unique en Europe accessible à tous les acteurs publics et privés, français et internationaux, dans le développement de leurs innovations destinées à préserver l'environnement.

© BRGM

En France, plus de 7 200 sites sont pollués par des métaux lourds : plomb, cuivre, chrome, des hydrocarbures ou des composés organochlorés, tels que les pesticides ou les solvants. La gestion de ces sites et sols pollués représente un enjeu important sur le plan environnemental, mais également sur le plan sanitaire et économique. Les plateformes Prime qui s'inscrivent dans le programme Pivots ont pour objectif d'identifier et de mesurer les pollutions des sols et eaux souterraines, de prédire leur impact sur notre environnement et d'offrir des solutions pour décontaminer. La spécificité de Prime est de travailler sur différentes échelles, ce qui permet d'avoir une approche globale, de rapprocher le laboratoire du terrain et de coupler les expérimentations à la modélisation. Les colonnes submétriques de 20 cm à un mètre sont utilisées pour étudier finement au laboratoire les transformations physiques, biologiques et chimiques des polluants. Les informations recueillies à cette échelle sont utiles pour interpréter les observations plus complexes effectuées sur les dispositifs plus volumineux. Les colonnes métriques simulent à échelle réduite et contrôlée l'environnement pollué de la surface du sol jusqu'à la nappe souterraine. Elles permettent notamment de caractériser les échanges entre différents environnements, comme le système racinaire et la nappe d'eau souterraine en profondeur. Dans les pilotes Labbio, il est possible d'étudier la migration et l'évolution des polluants du sol vers l'eau souterraine en fonction des conditions de surface. Le pilote métrique trinappe permet quant à lui d'étudier les interactions entre différents niveaux de la nappe souterraine. Dans ce pilote, l'eau peut circuler de la surface vers le fond, mais peut également s'élever afin de simuler une remontée de nappe. Ce dispositif innovant représente un outil unique pour acquérir des données sur des phénomènes difficilement étudiables dans la réalité. Ces différents pilotes sont équipés de capteurs permettant de mesurer les flux de polluants qui ont été fixés, transformés ou lessivés. Ce sont des lieux propices au développement de nouvelles technologies de mesure. Le pilote plurimétrique a été conçu pour reproduire en conditions contrôlées un site ou un sol pollué à une échelle représentative de la réalité. Il s'agit donc d'un dispositif idéal pour la mise au point d'outils de diagnostic et de procédés de dépollution. Cet outil permet également de valider des modélisations numériques de sites. Ce pilote est une cuve expérimentale de grande taille, d'un volume d'environ 150m3, dotée d'une double paroi pour réguler la température de la cuve. Le capot qui surmonte la cuve permet des expérimentations avec des végétaux et sert également à contrôler les flux potentiels de polluants volatils. Les parois de la cuve sont équipées de trous offrant la possibilité d'installer des capteurs ou plus largement, d'avoir accès à différentes profondeurs à l'intérieur de la cuve le long du pilote. La configuration du pilote permet de scinder la cuve en 2, 3 ou 4 modules remplis de matériaux divers : eau, sable, sol pollué ou non, résidus miniers, sédiments, etc, afin de mener des expériences en parallèle. Cette modularité est assurée par les parois et cloisons qui sont composées d'alliages pouvant résister aux polluants corrosifs ou en polypropylène pour permettre l'utilisation de méthodes géophysiques électriques. La modularité et les spécificités de ce pilote en font un dispositif unique en Europe. Les plateformes Prime, au-delà de leurs pilotes regroupent des équipes d'experts du BRGM prêts à accompagner les partenaires publics et privés dans leurs innovations et développements de la conception à la réalisation et valorisation, que ce soit en région Centre, en France ou bien à l'international, afin de mieux comprendre et préserver notre environnement.

DECAP : détecter et éliminer les micropolluants dans les eaux

DECAP, plateforme du programme PIVOTS en région Centre-Val de Loire, élabore des capteurs pour détecter ces micropolluants et dépolluer.

On rejette dans l’eau un grand nombre de molécules chimiques (pesticides, résidus médicamenteux, produits ménagers...). 

© BRGM

Pesticides, médicaments, métaux lourds, produits ménagers, l'activité humaine génère un grand nombre de substances chimiques dans l'environnement, notamment dans les eaux. Or, ces polluants ne sont pas toujours traités correctement dans les stations d'épuration. Ils sont présents en trop faibles quantités pour être traités par les méthodes traditionnelles.

Il faut savoir que, dans l'eau, à l'échelle de très faibles concentrations, on a un grand nombre de micropolluants qu'il va falloir détecter parce qu'ils peuvent être dangereux, même à ces faibles concentrations. Pour les détecter, il va falloir développer des capteurs pour chacun des micropolluants. Il est nécessaire de les traiter. Donc, de développer des procédés de dépollution.

Détecter et traiter ces micropolluants, c'est l'objectif de Decap, une plate-forme qui fait partie du programme Pivots, un ensemble unique de 7 plates-formes scientifiques consacrées à la préservation de l'environnement. Pivots est situé en région Centre-Val-de-Loire. Les laboratoires Decap se concentrent sur une dizaine de substances particulièrement présentes dans la région. L'objectif est de trouver des solutions peu onéreuses et applicables de façon industrielle.

Si on présente un capteur trop cher, mais qui détecte tout, ça n'a pas d'intérêt. Aucun industriel ne voudra le produire. Le but est d'avoir des capteurs de faible coût, qui puissent être produits à grande échelle pour être déployés à grande échelle. On crée nos capteurs en partant de rien. On travaille sur le matériau. Principalement des capteurs à base de carbone. Pourquoi ? Pour une question de coût. Ensuite, on travaille sur la modification de surface. On va fonctionnaliser nos capteurs pour qu'ils détectent certains polluants.

La surface du capteur est greffée : on y implante des groupements chimiques qui vont reconnaître et capter le polluant ciblé par la mesure. Ce greffage va permettre de rendre le capteur sensible, car on concentre le polluant à la surface du capteur, mais aussi sélectif, puisque ne sera détecté que le polluant clé correspondant à la serrure.

On va placer nos capteurs dans les cours d'eau de manière à avoir, à terme, un réseau de capteurs intelligents sur l'ensemble des cours d'eau afin de pouvoir proposer une détection en temps réel avec un seul opérateur qui gère l'ensemble et, en cas de pollution, qui déclenche les mesures nécessaires à arrêter la pollution du cours d'eau, par exemple.

Une fois détecté, il faut aussi dépolluer. C'est l'autre activité de Decap.

On élabore des procédés d'oxydation avancée, qui permettent de créer des espèces qui vont réagir efficacement avec les micropolluants. On va générer des radicaux hydroxyles, les radicaux OH, qui vont être plus réactifs avec les micropolluants que le chlore, que l'on trouve de façon traditionnelle pour les procédés de nettoyage ou de dégradation. On va coupler les procédés à l'ICMN et au GREMI afin de trouver les meilleurs procédés très efficaces pour traiter les micropolluants et être capable de générer des espèces qui ne seront pas toxiques en aval et qui pourront être traités dans les stations d'épuration conventionnelles.

Les chercheurs de la plateforme Decap continuent à développer de nouvelles techniques pour élaborer des capteurs plus performants et pouvoir détecter de nouvelles substances.

PRAT : impact des polluants gazeux et particulaires sur la santé, le climat et l’environnement

La plateforme PRAT (plateforme réactivité atmosphérique), gérée par le CNRS et l’Université d’Orléans, étudie l’impact de ces pollutions sur la santé, le climat et l’environnement. 

Depuis plusieurs décennies des changements inquiétants de la composition chimique de l’atmosphère sont observés. Ceux-ci, liés pour une grande part à l’activité humaine, peuvent entraîner des pollutions ou nuisances pour l’homme et son environnement voire des modifications du climat. 

© BRGM 

La pollution de l'air est, selon l'Organisation mondiale de la santé, responsable d'1,3 million de morts par an. C'est un véritable fléau sanitaire qui a par ailleurs également un impact environnemental grave, puisque responsable de l'augmentation des gaz à effet de serre et du réchauffement climatique global, sans parler de son coût sur l'économie mondiale. Industrie, transport, chauffage, agriculture, les sources de pollution de l'air extérieur et intérieur sont multiples et c'est ce qui rend ses effets compliqués à étudier.

Il y a différents types de polluants. Il y a des polluants gazeux, qui sont quasiment invisibles, pour la plupart. Et puis il y a des polluants particulaires. Les particules sont tellement légères, quelques micromètres, qu'elles sont en suspension dans l'air, soulevées par le vent et la chaleur émanant du sol. Ces particules peuvent atteindre les poumons si elles sont très fines, jusque dans les alvéoles. Et on a aussi, comme je disais, la pollution gazeuse, les composés organiques volatiles, le monoxyde de carbone, le dioxyde de souffre, les oxydes d'azote.

La région Centre-Val de Loire s'est dotée, via le programme d'études environnementales PIVOTS, d'une plateforme appelée PRAT, qui analyse les substances polluantes dans l'air et leurs évolutions.

PRAT, c'est la plateforme réactivité atmosphérique du projet PIVOTS, qui est constitué d'équipes de recherches du CNRS et de l'université d'Orléans. Son objectif, c'est d'étudier la pollution atmosphérique en alliant de la recherche fondamentale et appliquée. Sur PRAT, nous avons deux outils principaux complémentaires nous permettant de faire des mesures de terrain et de laboratoire. Pour les mesures de terrain, on a le super site qu'on appelle Voltaire, qui permet de suivre, pour certains, en continu, les polluants de l'agglomération d'Orléans. Nous avons aussi une grande chambre de simulation atmosphérique, irradiée par le soleil, qu'on appelle HELIOS. Cette chambre, c'est une bulle transparente qui est située sur le toit du laboratoire. Elle permet de simuler ce qui se passe dans l'atmosphère mais dans des conditions contrôlées, mais réalistes aussi, puisque de par sa taille, son envergure, et de par le fait qu'elle est irradiée directement par le soleil, on se rapproche au plus près de ce qui se passe dans l'atmosphère.

La bulle est remplie d'air purifié aux conditions de température et de pression de l'atmosphère. Les chercheurs y introduisent ensuite un polluant gazeux ou de particules en suspension. Ce polluant va réagir avec les substances chimiques de l'atmosphère mais aussi être irradié par les rayons du soleil. L'analyse des résultats dans le laboratoire sous la bulle permet de déterminer à quelle vitesse le polluant a disparu et comment il s'est transformé. On parle alors de polluant secondaire. On peut ainsi évaluer l'impact du polluant secondaire sur la santé ou sur le dérèglement climatique par exemple.

C'est un outil exceptionnel. Il y en a peu dans le monde. C'est le 3e de cette envergure en Europe, la seule en France. Elle est dotée d'un parc analytique très important, avec des instruments uniques et rares dans le monde. Uniques, parce que certains sont développés par le CNRS, donc cette dimension unique, fait qu'HELIOS accueille des chercheurs du monde entier. PIVOTS nous a permis d'acquérir de nouveaux instruments, qui nous ont permis de caractériser plus finement ce qui se passe dans l'atmosphère, le suivi des polluants. Ces résultats alimentent des bases de données internationales, qui pourront ensuite servir à la modélisation de l'atmosphère et par exemple à la modélisation du changement climatique.