Un programme de recherche Franco-Vietnamien sur l'eau Pollution d'un hydrosystème urbain autour de Hanoï : conséquences des pollutions sur la santé et élimination des polluants

Cependant, malgré un état de pollution très important, le milieu aquatique constitue une ressource importante (pêche, aquaculture) et fait l'objet de prélèvement pour l'irrigation des zones agricoles.

Ces pollutions ont évidemment un impact important sur la santé humaine, notamment à travers la chaîne alimentaire (poissons, crustacés, mollusques et légumes) ; elles infèrent également sur la qualité des eaux souterraines, principale source d’alimentation en eau potable. Les études récentes démontrent d’ailleurs un accroissement inacceptable des maladies liées à l'ingestion d’eau impropre à la consommation (50 % des causes de mortalité infantile) ou à la consommation de mollusques et poissons dépassant les normes toxicologiques.

C'est face à l’acuité du problème que le CNRS et le CNSTV ont décidé, lors du grand colloque organisé en 1987 pour célébrer les 25 ans d'une coopération scientifique entre les deux pays, d'inscrire la recherche dans le domaine de l'eau comme relevant d’une démarche prioritaire. De ce fait, la première école de formation à la recherche organisée conjointement par la France et le Vietnam à Do Son en mars 1999 a été dédiée à ce thème. Y participaient des chercheurs du CNRS et des professeurs des Universités françaises, ainsi que des représentants industriels (Suez-Lyonnaise des Eaux, Vivendi-Générale des Eaux) et institutionnels (Agence de Bassin Seine-Normandie).

Suite aux présentations et discussions, une proposition de programme formée de deux volets très complémentaires a été acceptée par les deux organismes. Le premier volet porte sur la qualité des eaux (surface et souterraines) d'un hydrosystème fluvial soumis à une forte pression anthropique et sur les impacts attendus au niveau de la santé humaine et de l’écologie aquatique ; il est coordonné par Georges Vachaud, Directeur de Recherches CNRS, chargé de Mission au Département Sciences de l’Univers et chercheur au Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie et Environnement, Grenoble (UMR 5564). Le second, coordonné par Bernard Legube, Directeur du Laboratoire de Chimie de l'Eau et de l’Environnement (UMR 6008), Professeur à l'Université de Poitiers, en est le complément indispensable ; il porte sur l’élimination de polluants présents dans les rejets des rivières et dans les aquifères en relation avec ces rivières.

Ces deux actions s'appuient sur deux bases logistiques : d'une part la mise en place d’une zone atelier dans la périphérie de Hanoi, d’autre part les ressources, tant analytiques que moyens propres, des laboratoires de recherches du CNSTV (à Hanoi et Saigon) et des services du MOSTE et du DOSTE (Department of Science, Technology and Environment, District de Hanoi).

L’ensemble de ce programme de recherche est accompagné de mesures importantes de formation par la recherche de chercheurs vietnamiens grâce au soutien spécifique du Programme ESPOIR du Ministère des Affaires Étrangères (équipements, fonctionnement, doctorats en co-tutelle, missions en France et au Vietnam), du CNRS (bourses de thèse et crédits spécifiques, dont PICS) et du Sénat à l’initiative du Sénateur J. Oudin, Président du Groupe d’amitiés

Franco-Vietnamienne du Sénat (crédits d’équipement affectés au MOSTE).

Le choix de Hanoi comme site d’étude et l’apport de Saigon

Une demande sociale forte au Vietnam

Devant l'ampleur des risques potentiels d’ordre sanitaire liés à ces pollutions, le Ministère de l'Environnement (MOSTE) a demandé à l'Agence d’environnement du District de Hanoi (DOSTE) de mettre en place un observatoire sur le long terme de la qualité des eaux s'adossant à un programme de recherche permettant d’anticiper les conséquences de prises de décision concernant la gestion des émissions polluantes.

La typologie caractéristique de Hanoi

Le développement intensif de la métropole de Hanoi génère plusieurs sources de pollutions des eaux de surface autour de l'agglomération.

L'absence ou le mauvais état général des réseaux d’assainissement conduit à un rejet direct des eaux-vannes et des effluents des établissements hospitaliers induisant évidemment un apport de germes bactériens et de parasites en grande quantité. De plus, la présence de nombreuses industries de type teinturerie, conserverie, agro-alimentaire, etc., entraîne des rejets de quantités importantes de composés organiques divers qui viennent s’ajouter à la forte pollution organique urbaine. En outre, ce développement de l’artisanat et des zones industrielles produit des rejets importants de substances métalliques, comme le cadmium, le zinc, le plomb, le mercure, utilisées dans le traitement de surfaces métalliques, les fabriques de batterie, les fabriques de peintures, etc. Enfin, l'agriculture périurbaine utilise de plus en plus d’engrais et de pesticides (la quantité d’herbicide spécifique au riz s’accroît de 20 % environ par an), dont une grande partie est entraînée soit par ruissellement vers les digues et les rivières, soit par infiltration vers les nappes.

On estime actuellement les rejets directs d’eaux usées à Hanoi, à

environ 300 000 m³ par jour, dont 30 % d'origine industrielle. Des gammes courantes de valeurs pour les variables caractéristiques de la qualité des eaux des nombreux lacs et rivières de l'agglomération sont les suivantes :

• DBO₅ : 50 à 200 mg/L ;
• Ammonium : 3 à 25 mg/L ;
• Oxygène dissous : < 1 mg/L ;
• DCO : 100 à 500 mg/L,

sans parler des aspects microbiologiques et virologiques et des métaux.

Des équipes de recherche de qualité à Hanoi

De nombreuses équipes de recherche dotées d’équipements performants et ayant manifesté leur intérêt pour participer à ce programme existent à Hanoi, notamment au CNSTV (équipes regroupées en instituts) :

• les laboratoires des Instituts de Chimie et de Substances Naturelles qui sont bien dotés du point de vue analytique (COT, HPLC, CG, Abs. Atom., ICP/MS) ;
• les laboratoires de l’Institut de Biotechnologie qui ont de très bonnes compétences en microbiologie, virologie et caractérisation biologique des milieux aquatiques (chlorophylle, taxonomie algale, biodiversité de la faune...) ;
• les équipes de l’Université Nationale de Hanoi et de l’Université de Technologie ;
• l'Institut National d’Hygiène et de Santé Publique (ex Institut Pasteur) dont les compétences en virologie, parasitologie et épidémiologie sont largement reconnues.

L'apport nécessaire des équipes de Saigon

Le CNSTV comprend une antenne importante à Ho Chi Minh Ville (Saigon) avec notamment un Institut de Technologie Chimique doté :

• d'un important équipement destiné à l’analyse des composés organiques (COT, HPLC, CG, LC/MS) ;
• d'équipes spécialisées dans le domaine de la dépollution physico-

• chimique des eaux, notamment sur les procédés d’oxydation par ozonation, par oxydation catalytique (Fenton), par photocatalyse (dioxyde de titane) et sur l'adsorption sur charbon actif ;
• - d'un savoir-faire dans le domaine du traitement des effluents d'industries variées (teinturerie, conserverie de produits de la mer, agroalimentaire, etc.), très présentes à Saïgon et dans sa périphérie.

Les programmes de recherche

Programme « Qualité des eaux d’un hydrosystème fluvial, et impacts sur la santé humaine et l’écologie aquatique » - Coordinateur : Georges Vachaud

Le concept de zone atelier (site des rivières To-Lich et Nhue décrit ci-après), nouveau au Vietnam, mais dont l'efficacité a été reconnue ces dernières années en France, consiste à regrouper sur le même site géographique, choisi pour sa représentativité, le plus grand nombre d’équipes pluridisciplinaires.

Les objectifs essentiels sont d'identifier les processus de transfert et de transformation de certains polluants (organiques, microbiologiques, métalliques) depuis leur émission dans les eaux de surface jusqu’à leur passage dans la chaîne alimentaire, et d’établir des outils d'aide à la décision concernant les mesures à prendre pour la limitation des pollutions et la protection des zones de captage.

Le site d’étude proposé concerne la zone de confluence entre les rivières Nhue et To-Lich (figure 1 et photographies).

La rivière Nhue est un émissaire du Fleuve Rouge, contournant Hanoi à environ 6 km par l'Ouest. Elle est régulée par un barrage au départ du Fleuve Rouge. Elle donne lieu à d'importantes activités piscicoles, et à de très nombreuses extractions par pompage pour l'irrigation de rizières. Elle est essentiellement sujette à des pollutions diffuses agricoles et à des rejets industriels.

La rivière To Lich, d’un ordre inférieur, est située en périphérie de Hanoi, entre le centre-ville et la rivière Nhue. Elle est un émissaire du Grand Lac de l'Ouest (Ho-Tay) qui arrive à sa confluence avec la rivière Nhue, à environ 8 km au Sud, a un état de pollution extrême tant organique que minérale, du fait de l'accumulation des eaux usées urbaines et industrielles et des rejets hospitaliers. Hors zone urbaine, et malgré son niveau de pollution, cette rivière est également utilisée pour l'irrigation de cultures périurbaines, et donne lieu à des activités piscicoles.

En fonction des discussions locales, des visites des laboratoires et des visites des sites pollués, la démarche proposée concerne les

quatre aspects essentiels décrits ci-dessous.

1) Base de données, bilans de matières et modélisation de la qualité des eaux de surface

Cette partie du programme comporte trois actions :

• - Identification des sources de pollution (enquêtes socio-économiques, évaluation des rejets dans les eaux de surface et dans la nappe) et suivi régulier de la qualité physico-chimique et microbiologique des eaux.
• - Élaboration d'une base de données sur le milieu (compilation, critique et mise à jour des données disponibles dans différents instituts).
• - Modélisation de la qualité de l'eau et du fonctionnement écologique (couplage entre un modèle hydraulique 1D longitudinal et un module décrivant les processus biocinétiques et biologiques).

2) Impact des pollutions organiques et microbiologiques

Cette partie inclut six actions :

• - Analyse en laboratoire de la matière organique et des micropolluants organiques (pesticides).
• - Évaluation biologique (poissons et insectes aquatiques).
• - Eutrophisation et étude du fonctionnement des populations d'algues (notamment les cyanobactéries).
• - Écologie microbienne (étudiée en laboratoire et in situ).
• - Degré de contamination en pathogènes (Salmonella, Enterovirus, Norwalklike virus, protozoaires pathogènes…) et en indicateurs de contamination fécale avec, en parallèle, des études épidémiologiques.
• - Modélisation écologique.

3) Impact des pollutions métalliques

La mise en place d'un suivi des concentrations totales en polluants inorganiques est indispensable ; trois actions y sont consacrées :

• - Mise au point de méthodes analytiques pour la caractérisation des formes métalliques (cadmium, plomb, nickel, chrome, mercure, arsenic, sélénium…).
• - Suivi spatio-temporel des concentrations en espèces métalliques dans les eaux, dans les organismes vivants aquatiques (poissons, crustacés, mollusques) et dans les sédiments.
• - Mise au point de capteurs enzymatiques de métaux.

4) Modélisation des échanges nappes-rivières ; qualité des eaux de nappe

Ce dernier volet s'attache à comprendre et à modéliser les échanges

rivières-nappes souterraines car l’essentiel des ressources en eau potable de la ville de Hanoi est en effet extraite par pompage. Plusieurs captages importants atteignent aujourd'hui des niveaux inacceptables en termes de santé publique, en ammonium par exemple. Il est probable que la très forte charge en composés azotés des rivières, et les conditions redox, expliquent cette situation.

Programme « Étude des procédés de traitement des eaux pour réduire les pollutions déversées et décontaminer les eaux destinées à la consommation »

Coordinateur : Bernard Legube

En parallèle du programme précédent, les laboratoires du CNSTV de Saigon et de Hanoi, associés à des laboratoires partenaires français, auront un rôle prépondérant pour la réalisation du second programme de recherche dédié au traitement des eaux.

Les quelques données analytiques disponibles montrent la présence de quatre types de pollution :

• - les pollutions de type « organiques réfractaires » issues des effluents d’industrie textile, de distilleries, d’usines de pâte à papier, etc., caractérisées par la présence de colorants, de composés phénoliques, pesticides, etc. ;
• - les pollutions de type « organiques biodégradables » venant des eaux domestiques, des industries alimentaires (lait, fruits de mer, sucre, etc.), caractérisées par la présence de protéines, hydrates de carbone, acides gras, aminosucres, etc. ;
• - les pollutions par l'azote ammoniacal d’origine urbaine et agricole ;
• - les pollutions de type « métalliques », issues des industries de traitement de surface métalliques, industries mécaniques, tanneries, etc.

Face à cette situation, commune à toutes les rivières du Nord-Vietnam comme du Sud-Vietnam (notamment à proximité de Hanoi et de Hô Chi Minh-Ville et dans la zone industrielle de Bienhoa), un programme adapté a été élaboré par les deux parties, sur trois thèmes principaux :

• - oxydation chimique des composés organiques ;
• - bioélimination des composés biodégradables ;
• - rétention par adsorption, échange d'ions et procédés membranaires des composés organiques et minéraux, dont les métaux.

Ces thèmes seront abordés tant sur le plan théorique, pour permettre aux partenaires vietnamiens de développer une recherche fondamentale sur les réactions physico-chimiques mises en jeu dans les procédés de traitement, que sur le plan appliqué de l’ingénierie (dimensionnement et optimisation du fonctionnement).

Les travaux initiés actuellement incluent les actions décrites ci-dessous.

• Procédés d'oxydation à faible coût

Ces travaux porteront sur la chimie des réactions d’oxydation de composés modèles sélectionnés parmi les colorants utilisés dans les industries de teinturerie au Vietnam. Deux procédés principaux sont inclus dans ce volet :

• - oxydation photocatalytique (utilisation de l’énergie solaire et de l’anatase comme catalyseur de photo-oxydation).

• - Oxydation par photo-Fenton.

  Il existe un savoir-faire important dans ce domaine à l'Institut de Chimie Technologique de Saigon.

• - Adsorption sur charbons actifs produits à partir de fibres végétales locales

  Plusieurs matériaux naturels locaux seront testés, comme la noix de coco, la jute, la bagasse, la soie naturelle. Les aspects suivants seront étudiés par l'Institut de Chimie Technologique de Saigon :

  • Caractérisation (en France) des fibres de charbons actifs obtenues (au Vietnam) ;
  • Étude de leurs propriétés adsorbantes, notamment vis-à-vis des colorants et des métaux.

8 Faisabilité des procédés de traitement d’affinage des effluents de teinturerie

L'idée directrice de cette thématique est qu'il est nécessaire de préparer les chercheurs vietnamiens aux technologies modernes (bien que coûteuses) de traitement de finition, qui seront nécessairement utilisées au Vietnam, à terme. Par souci d’homogénéité avec les deux thèmes précédents, c’est le traitement de finition des effluents de teinturerie qui sera étudié, par les procédés suivants :

• Ozonation ;
• Bioréacteurs à membrane ;
• Rétention sur charbon actif couplé en contacteur à membrane.

Ces travaux seront menés à l'Institut de Chimie de Hanoi et à l'Institut de Chimie Technologique de HCM en collaboration avec certaines des plus anciennes Écoles d'Ingénieurs françaises en traitement des eaux.

- Élimination de l’azote ammoniacal par voie biologique

C’est la seule action actuellement programmée dans le domaine du traitement des eaux potables. Il s'agira de nitrifier l’azote ammoniacal, dans des conditions rarement rencontrées en Europe (compte tenu des concentrations observées de plusieurs dizaines de mg/L) en couplant à une élimination de l’azote nitrique, également par voie biologique. Les travaux seront menés à l'Institut de Chimie de Hanoi et l'Institut de Chimie Technologique de HCM.

Les principales équipes françaises engagées

Plusieurs équipes de recherche françaises ont prévu de participer à ce projet. Celles réellement engagées actuellement sont citées ci-dessous, auxquelles il faut ajouter une collaboration efficace de Monsieur Nguyen Tien Duc, Conseiller Scientifique du Sénat.

Volet « Qualité des eaux »

• LTHE, Université de Grenoble, UMR CNRS 5564 (Marie Paule Bonnet et Georges Vachaud)
• LGE, Université de Grenoble, UMR CNRS (Laurent Charlet)
• SISYPHE, Université de Paris 6, UMR CNRS (Josette Garnier, Gilles Billen)
• LEESA, Université de Bordeaux, UMR CNRS 5805 (Alain Boudou)

Note

E = Σ CA total — Normes sols pour épandage

LCPME, Université de Nancy, UMR CNRS 7564 (C. Gantzer, Jean-Claude Block)

Dpt ESP, Université de Nancy, INSERM U420 (Philippe Hartemann)

IMF, Université de Strasbourg, UMR CNRS (Philippe Ackerer)

LCEE, ESIP Poitiers, UMR CNRS 6008 (Jean-Philippe Croué)

Volet « Qualité des eaux »

LTHE, Université de Grenoble, UMR CNRS 5564 (Marie Paule Bonnet et Georges Vachaud)

LGE, Université de Grenoble, UMR CNRS (Laurent Charlet)

SISYPHE, Université Paris 6, UMR CNRS (Josette Garnier, Gilles Billen)

LEESA, Université de Bordeaux, UMR CNRS 5805 (Alain Boudou)

LCPME, Université de Nancy, UMR CNRS 7564 (C. Gantzer, Jean-Claude Block)

Dpt ESP, Université de Nancy, INSERM U420 (Philippe Hartemann)

IMF, Université de Strasbourg, UMR CNRS (Philippe Ackerer)

LCEE, ESIP Poitiers, UMR CNRS 6008 (Jean-Philippe Croué)

Volet « Traitement des eaux »

LCEE, ESIP Poitiers, UMR CNRS 6008 (Joseph DeLaat et Bernard Legube)

IFOS, École Centrale de Lyon, UMR CNRS 5621 (Jean-Marie Herrmann)

LCPME, Université de Nancy, UMR CNRS 7564 (Jean-Jacques Ehrhardt)

Dpt SEE, École des Mines de Nantes (Pierre Le Cloirec)

Dpt PAE, École de Chimie de Rennes (Alain Laplanche)

LIPE, INSA de Toulouse (Michel Roustan)

Conclusion

À l'initiative du CNRS et du CNSTV (équivalent CNRS au Vietnam), un large programme de recherche sur l'eau vient d’être initié, grâce notamment aux aides financières de l’Ambassade de France (Projet Espoir), du Ministère de la Recherche (ACI Eau), du CNRS (BDI-PED, PICS, dotations spécifiques) et du Sénat. Ce programme comprend deux volets complémentaires :

• - Volet « Qualité des eaux d’un hydrosystème fluvial et impacts sur la santé humaine et l’écologie aquatique », coordonné par Georges Vachaud, Directeur de recherche au CNRS (LTHE Grenoble) et chargé de mission à l'Institut National des Sciences de l'Univers ;
• - Volet « Étude des procédés de traitement des eaux pour réduire les pollutions déversées et décontaminer les eaux destinées à la consommation », coordonné par Bernard Legube, Professeur à l'ESIP et Directeur du Laboratoire de Chimie de l'Eau et de l’Environnement de Poitiers.

Pour le volet « Qualité des eaux », plusieurs stages d’étudiants français ont eu lieu lors de l’été 2001 et une bourse de thèse (BDI-PED) a été attribuée au LTHE de Grenoble (sur la modélisation des données analytiques) par le Département SDU du CNRS. Certains résultats commencent à être disponibles (figure 2). Les premiers résultats obtenus en 2001 concernent la contamination des eaux et des sédiments.

be added the very effective collaboration of Mr Nguyen Tien Duc, Scientific Adviser of the Senate.

“Water quality” section

LTHE University of Grenoble, UMR CNRS 5564 (Marie Paule Bonnet and Georges Vachaud)

LGE, University of Grenoble, UMR CNRS (Laurent Charlet)

SISYPHE, University of Paris 6, UMR CNRS (Josette Garnier, Gilles Billen)

LEESA, University of Bordeaux, UMR CNRS 5805 (Alain Boudou)

LCPME, University of Nancy, UMR CNRS 7564 (C. Gantzer, Jean-Claude Block)

Dpt ESP, University of Nancy, INSERM U420 (Philippe Hartemann)

IMF, University of Strasbourg, UMR CNRS (Philippe Ackerer)

LCEE, ESIP Poitiers, UMR CNRS 6008 (Jean-Philippe Croué)

“Water treatment” section

LCEE, ESIP Poitiers, UMR CNRS 6008 (Joseph DeLaat and Bernard Legube)

IFOS, Ecole Centrale de Lyon, UMR CNRS 5621 (Jean-Marie Herrmann)

LCPME, University of Nancy, UMR CNRS 7564 (Jean-Jacques Ehrhardt)

Dpt SEE, Ecole des Mines de Nantes (Pierre Le Cloirec)

Dpt PAE, Ecole de Chimie de Rennes (Alain Laplanche)

LIPE, INSA de Toulouse (Michel Roustan)

ments par les métaux lourds. Le cadmium et le mercure semblent en particulier présenter des concentrations bien supérieures aux normes proposées pour la potabilisation et l'irrigation des zones maraîchères. À titre d’exemple, on trouvera sur la figure 2 l’évolution de la concentration en cadmium, un métal particulièrement dangereux au niveau de la chaîne alimentaire, dans les sédiments et dans l'eau le long d’un transept qui inclut l’impact de l’arrivée de la To Lych.

Pour le volet « Traitement des eaux », les bases ont été définies seulement lors du séminaire franco-vietnamien (sur le sujet) de décembre dernier. L’action « Oxydation des composés organiques » a déjà fait l’objet de l'attribution de deux bourses de thèse (BDI-PED) par le Département SC du CNRS : la première au LCEE Poitiers, démarrée (sur le thème de l’oxydation par Fenton et photo-Fenton), la seconde à l’IFOS Lyon (sur l’oxydation photocatalytique).

Pour les deux volets du programme, plusieurs périodes de formation en France sont en cours, à Grenoble, Poitiers, Paris 6, Bordeaux, Nancy, Pau et Nantes.