Polluants émergents dans les eaux industrielles : états des lieux

Quatre grandes catégories dominent aujourd’hui le paysage : d’abord, les PFAS, qui sont des substances per et polyfluoroalkylées, et sont aujourd’hui regroupés sous l’appellation de polluants éternels. Ils constituent la préoccupation la plus aiguë à l’heure actuelle en termes de problématique sanitaire. Les PFAS regroupent plus de 14 000 composés chimiques synthétiques, utilisés depuis les années 1950 d’abord dans l’aéronautique, les revêtements antiadhésifs, les mousses d’extinction incendie, les semi-conducteurs ou encore l’industrie textile technique.

Leur liaison carbone-fluor, l’une des plus stables de la chimie organique, les rend quasiment non dégradables dans l’environnement. En France, des campagnes de surveillance nationale ont mis en évidence la présence de PFAS dans les rejets aqueux de nombreuses installations classées, tandis que le TFA (acide trifluoroacétique), un PFAS à chaîne courte, a été détecté dans 92 % des échantillons d’eau analysés lors de campagnes exploratoires. L’Anses a aussi réalisé une vaste étude exploratoire dédiée aux PFAS à chaînes courtes pour évaluer les risques de la présence de ce polluant éternel dans les eaux de consommation.

Les microplastiques – particules inférieures à 5 mm – et les nanoplastiques constituent la deuxième grande catégorie des polluants émergents. Issus pour la plupart des procédés textiles, de l’usinage de polymères, du lavage de composants plastiques ou de la dégradation de films industriels, ils se retrouvent dans les effluents de nombreux secteurs. Vecteurs potentiels d’autres polluants par adsorption, ils résistent aux traitements biologiques classiques. Des normes sont en cours d’élaboration en Europe et en Amérique du Nord pour encadrer leur présence dans les eaux, impliquant des investissements de plusieurs milliards d’euros, et de dollars, dans les systèmes de traitement.

Les perturbateurs endocriniens et résidus pharmaceutiques forment la troisième catégorie des polluants éternels. Certains procédés chimiques et pharmaceutiques génèrent des effluents contenant des hormones de synthèse, des alkylphénols ou des phtalates, capables d’interférer avec le système hormonal des organismes aquatiques à des concentrations infimes. On notera également  que sur les 200 médicaments à petites molécules les plus vendus en 2018, 25 contenaient des PFAS.

Enfin, les composés organiques récalcitrants, dont certains solvants chlorés, les produits de dégradation de pesticides ou les agents tensioactifs perfluorés utilisés dans les procédés de mousse ou de galvanoplastie complètent la liste. Résistants à la biodégradation, ils s’accumulent dans les boues et les sédiments.

Des outils analytiques au service des industriels

La détection de ces micropolluants représente en soi un défi analytique de premier ordre. Leur présence à des concentrations de l’ordre du microgramme, voire du nanogramme par litre, exige des instruments d’une sensibilité et d’une sélectivité extrêmes.

La technique de référence actuelle est la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem. Elle associe le pouvoir de séparation de la chromatographie en phase liquide à la haute sélectivité de la spectrométrie de masse pour identifier et quantifier simultanément des dizaines de composés dans des matrices complexes, avec des limites de détection descendant jusqu’au ng/L.

Pour les rejets industriels soumis à réglementation PFAS en France, les laboratoires accrédités utilisent également l’indice AOF (Adsorbable Organic Fluorine), mesuré par combustion-chromatographie ionique, qui permet d’appréhender la totalité des PFAS présents, y compris ceux non encore identifiés individuellement.

Des techniques alternatives émergent pour pallier les contraintes opérationnelles de la chromatographie, qui nécessite un transport des échantillons vers un laboratoire spécialisé, ce qui allonge les délais de résultats. Ainsi, la spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol permet d’analyser les PFAS à des concentrations en parties par trillion avec une préparation d’échantillon simplifiée, y compris dans des eaux usées issues de stations de traitement. La technique FAIMS-MS (high-field asymmetric ion mobility spectrometry) permet quant à elle une séparation des isomères de PFAS en moins de 3 minutes. Enfin, des dispositifs de détection in situ basés sur des biosenseurs électrochimiques ou des capteurs optiques à fibre sont en cours de développement pour permettre une surveillance en continu des effluents sur site.

Dans les industries chimiques et pharmaceutiques, les opérateurs déploient également des systèmes de contrôle automatisés intégrant des capteurs de concentration en continu et des boucles de rétroaction, permettant un pilotage en temps réel de la qualité des effluents avant rejet.