Soutenance de thèse de VELIA Florence
Titre de thèse
Variabilité saisonnière de l'occurrence des sous-produits de désinfection et de leurs précurseurs de la ressource au robinet dans différents contextes climatiques : approches statistiques et développements analytiques
Seasonal variability in the occurrence of disinfection by-products and their precursors from source to tap across different climatic contexts: statistical approaches and analytical developments
Résumé de la thèse
La désinfection des eaux destinées à la consommation humaine (EDCH) constitue une étape essentielle pour limiter les risques microbiologiques. Elle entraîne cependant la formation de sous-produits de désinfection (SPD), issus de réactions entre les désinfectants et la matière organique naturelle présente dans l'eau. À ce jour, près de 800 SPD ont été identifiés, regroupant des composés chlorés, bromés, iodés, mixtes ou encore azotés, dont la formation dépend des caractéristiques physico-chimiques de l'eau et des conditions de traitement.
Les conditions de formation de ces composés sont susceptibles d'évoluer sous l'effet des conditions climatiques qui ont un impact sur la teneur et la nature des précurseurs présents dans les ressources en eau. Ces évolutions soulèvent des questions importantes pour la maîtrise de la qualité de l'eau distribuée.
Par ailleurs, en France, le contrôle sanitaire de la qualité des eaux produites et distribuées repose sur un nombre restreint de composés : les trihalométhanes (THM4), les acides haloacétiques (HAA5) et quelques SPD inorganiques (chlorates, chlorites, bromates). Cette approche reste limitée au regard de la diversité des SPD identifiés. De plus, certains composés émergents, notamment bromés, iodés ou azotés, présentent une toxicité parfois supérieure à celle des composés réglementés. Cela soulève la question de la pertinence des indicateurs actuels et de celle de l'intérêt de suivre d'autres paramètres globaux alternatifs, tels que les composés organohalogénés adsorbables (AOX) et/ou la fraction non-purgeable (NPOX) pour mieux représenter la charge totale en SPD, ou encore réaliser la semi-spéciation de certains SPD plus toxiques (bromés, iodés) par couplage de la méthode AOX avec une séparation par chromatographie ionique (AOX-IC).
Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre les conditions de formation des SPD réglementés et émergents dans les EDCH, en tenant compte des caractéristiques des ressources et des variations environnementales. Pour cela, cinq sites d'étude ont été sélectionnés dans trois régions françaises (Grand Est, Bretagne et Provence-Alpes-Côte d'Azur). Ensuite, quatre campagnes de prélèvements, réparties sur différentes saisons, ont été menées sur les sites sélectionnés. Ces dernières ont permis de suivre la qualité de l'eau depuis la ressource jusqu'aux points d'usage, afin d'identifier les variations des précurseurs et les conditions favorables à la formation des SPD.
En parallèle, des méthodes globales (AOX, NPOX) et une approche de spéciation des organohalogénés ont été optimisées puis appliquées lors de ces campagnes. Ces analyses ont été associées à des dosages ciblés de SPD réglementés et émergents, dans le but d'évaluer leur contribution à la charge globale mesurée et d'examiner la représentativité de ces paramètres globaux.
Ces travaux permettent ainsi de mieux caractériser la formation et la variabilité des SPD dans les EDCH et apportent des éléments utiles à la réflexion sur l'évolution des stratégies de surveillance.
Thesis resume
Disinfection of drinking water is an essential step to control microbiological risks. However, it leads to the formation of disinfection by-products (DBPs), resulting from reactions between disinfectants and natural organic matter present in water. To date, nearly 800 DBPs have been identified, including chlorinated, brominated, iodinated, mixed, and nitrogenous compounds, whose formation depends on the physicochemical characteristics of the water and treatment conditions.
The conditions governing the formation of these compounds are likely to evolve under the influence of environmental and climatic factors, which affect both the concentration and the nature of precursors in water resources. These changes raise important challenges for maintaining the quality of drinking water distributed to consumers.
In France, regulatory monitoring of drinking water quality is currently based on a limited number of compounds: trihalomethanes (THM4), haloacetic acids (HAA5), and a few inorganic DBPs (chlorate, chlorite, bromate). This approach remains limited given the diversity of DBPs identified. Moreover, some emerging compounds, particularly brominated, iodinated, or nitrogenous DBPs, may exhibit higher toxicity than regulated ones. This raises questions about the relevance of current indicators and highlights the need to consider alternative global parameters, such as adsorbable organic halogens (AOX) and non-purgeable organic halogens (NPOX), to better represent the total DBP load. In addition, semi-speciation approaches targeting more toxic DBPs (e.g., brominated and iodinated compounds) using coupled methods such as AOX combined with ion chromatography (AOX-IC) may provide further insights.
In this context, the main objective of this thesis is to improve the understanding of the formation conditions of both regulated and emerging DBPs in drinking water, taking into account resource characteristics and environmental variability. Five study sites were selected across three French regions (Grand Est, Brittany, and Provence-Alpes-Côte d'Azur). Four sampling campaigns, distributed over different seasons, were conducted at these sites. These campaigns enabled monitoring of water quality from the source to the point of use, in order to identify variations in precursors and conditions favorable to DBP formation.
In parallel, global approaches (AOX, NPOX) and organohalogen speciation methods were optimized and applied during these campaigns. These analyses were combined with targeted quantification of regulated and emerging DBPs, in order to assess their contribution to the overall measured load and to evaluate the representativeness of these global parameters.
Overall, this work provides a better characterization of the formation and variability of DBPs in drinking water and contributes to ongoing reflections on the evolution of monitoring strategies.