Les micropolluants constituent aujourd’hui l’une des problématiques les plus complexes de la filière eau en France. Contrairement aux pollutions classiques (azote, matières en suspension), ils se distinguent par des concentrations infimes et une diversité chimique considérable : résidus de médicaments, perturbateurs endocriniens, pesticides et leurs métabolites, substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS), phtalates, muscs synthétiques. Présents à quelques nanogrammes par litre, ils échappent souvent aux traitements conventionnels et se retrouvent dans les eaux de surface, les nappes souterraines, voire l’eau potable. Comprendre leur origine, leur devenir et les solutions de traitement disponibles est indispensable pour saisir les défis actuels de l’assainissement et du traitement des eaux.
Origines et voies de contamination
Les micropolluants atteignent les eaux par plusieurs voies. Les résidus médicamenteux proviennent majoritairement de l’excrétion humaine : une fraction des molécules ingérées est métabolisée par l’organisme, mais une autre est rejetée sous forme active dans les urines et les selles. Les hôpitaux et les établissements de soins constituent des points d’émission concentrés, mais les rejets diffus des ménages représentent, en volume cumulé, la source principale.
Les perturbateurs endocriniens empruntent des chemins multiples. Les oestrogènes de synthèse (éthinylestradiol de la contraception) atteignent les stations via l’excrétion. Les alkylphénols, les phtalates et le bisphénol A proviennent du lessivage des plastiques et des produits ménagers. Les pesticides ruissellent depuis les surfaces agricoles et les espaces urbains (désherbage des voiries) vers les cours d’eau et s’infiltrent vers les nappes.
Les PFAS, substances fluorées utilisées dans les mousses anti-incendie, les revêtements alimentaires et les textiles imperméables, présentent une stabilité chimique exceptionnelle qui leur vaut le qualificatif de “polluants éternels”. Leur contamination des eaux souterraines dans plusieurs bassins versants français a fait l’objet de mesures d’alerte en 2023-2024 de la part des ARS et du BRGM.
Ce que les stations d’épuration conventionnelles traitent, et ce qu’elles laissent passer
Les filières biologiques classiques des stations d’épuration (boues activées, filtres biologiques) sont efficaces pour retirer la demande biologique en oxygène (DBO), les matières en suspension, l’azote et le phosphore. En revanche, elles montrent des limites structurelles face aux micropolluants.
La biodégradabilité des molécules pharmaceutiques varie considérablement selon leur structure chimique. L’ibuprofène et le paracétamol sont en partie dégradés par les bactéries des boues activées. Le carbamazépine (antiépileptique), la clarithromycine (antibiotique) ou le diclofénac (anti-inflammatoire) résistent à la biodégradation et transitent quasi intacts.
Des études menées sur des stations françaises dans le cadre des campagnes nationales de mesures coordonnées par les agences de l’eau (Eaufrance) montrent des taux d’élimination allant de moins de 20 % pour certains antibiotiques à plus de 80 % pour des molécules plus labiles. L’éthinylestradiol présente des taux d’élimination variables selon les stations, avec un risque avéré pour la reproduction des poissons en aval des rejets, documenté par l’OFB.
Une fraction des micropolluants est adsorbée sur les boues d’épuration, ce qui représente un transfert de pollution plutôt qu’une élimination : si ces boues sont épandues sur des terres agricoles, les substances peuvent se retrouver dans le sol et, par ruissellement, dans les eaux superficielles.
| Substance | Catégorie | Taux d’élimination en STEP biologique | Effets biologiques documentés |
|---|---|---|---|
| Paracétamol | Analgésique | 80-99 % | Faible toxicité aquatique directe |
| Ibuprofène | Anti-inflammatoire | 70-90 % | Perturbation endocrinienne à forte dose |
| Carbamazépine | Antiépileptique | Inférieur à 20 % | Neurotoxicité sur poissons |
| Diclofénac | Anti-inflammatoire | 20-40 % | Atteinte rénale sur salmonidés |
| Ethinylestradiol | Oestrogène de synthèse | 30-70 % | Féminisation des poissons mâles |
| Ciprofloxacine | Antibiotique | 50-80 % (adsorption boues) | Sélection de résistances dans le milieu |
Sources : Eaufrance, Ineris, données agences de l’eau.
Traitements avancés : état de l’art et faisabilité
Face aux limites des filières conventionnelles, trois grandes familles de traitement avancé ont été évaluées et, dans certains cas, déployées sur des stations françaises.
L’ozonation consiste à injecter de l’ozone (O3) dans l’effluent traité en sortie de clarification. L’ozone est un oxydant puissant qui brise les liaisons chimiques des micropolluants, en particulier les composés oestrogéniques, les résidus pharmaceutiques aromatiques et certains pesticides. Des pilotes ont été testés en France dans le cadre de programmes de recherche financés par les agences de l’eau. Les taux d’abattement pour les perturbateurs endocriniens sont souvent supérieurs à 90 %. L’inconvénient principal est la formation de sous-produits d’oxydation dont la toxicité doit être surveillée, ainsi qu’un coût énergétique additionnel non négligeable.
Le charbon actif est utilisé sous deux formes. Le charbon actif en poudre (CAP) est injecté dans le bassin biologique ou dans un réacteur dédié : il adsorbe les micropolluants sur sa surface poreuse. Le charbon actif en grain (CAG) est disposé en filtres fixes que l’eau traverse. Le CAG est particulièrement efficace sur les molécules non polaires et les composés traces persistants. Des stations alsaciennes et bretonnes ont mis en oeuvre ces filières en réponse à des contaminations de captages.
Les procédés membranaires (nanofiltration, osmose inverse) permettent une séparation physique en fonction de la taille et de la charge des molécules. Très efficaces, ils génèrent un concentrat chargé en polluants qu’il faut traiter. Ils sont surtout utilisés pour la production d’eau potable à partir d’eaux de surface ou souterraines contaminées, plutôt qu’en sortie de station d’épuration.
La combinaison ozonation suivie de filtration sur CAG est considérée comme la filière de référence pour un quatrième niveau de traitement. Son coût est estimé entre 0,20 et 0,50 euro par mètre cube supplémentaire selon la taille de la station et le niveau d’équipement initial.
Cadre réglementaire et surveillance
La qualité et la réglementation de l’eau en France reposent sur plusieurs couches normatives qui traitent progressivement les micropolluants.
La directive cadre sur l’eau (DCE) de 2000, transposée par la loi sur l’eau et les milieux aquatiques de 2006, fixe des normes de qualité environnementale (NQE) pour une liste de substances prioritaires présentes dans les eaux de surface. Cette liste est révisée périodiquement : la directive 2013/39/UE a notamment renforcé ce cadre en ajoutant le diclofénac et deux oestrogènes (estradiol, éthinylestradiol) à la liste de surveillance prioritaire. Les dépassements de NQE dans une masse d’eau empêchent l’atteinte du bon état chimique visé par la DCE.
L’arrêté du 21 juillet 2015 relatif aux systèmes d’assainissement collectif impose aux grandes stations (plus de 100 000 équivalents-habitants) des bilans 24 heures portant sur des micropolluants d’une liste nationale. Ces données alimentent les bases de l’Eaufrance et servent aux agences de l’eau pour cibler les programmes de réduction à la source et les aides au traitement.
La révision de la directive sur le traitement des eaux urbaines résiduaires (DERU), publiée au Journal officiel de l’UE en octobre 2024, introduit une obligation de quatrième niveau de traitement. Elle s’applique en priorité aux agglomérations de plus de 100 000 équivalents-habitants situées en zone sensible, avec une échéance à 2033, puis aux agglomérations de 150 000 EH hors zones sensibles d’ici 2039. Une disposition innovante introduit la responsabilité élargie des producteurs (REP) pour les fabricants de médicaments à usage humain et de produits cosmétiques, qui devront contribuer financièrement au coût de ce traitement supplémentaire.
Les PFAS font l’objet d’une surveillance renforcée. L’arrêté interministériel du 30 juin 2022, entré en application en janvier 2023, transpose la directive (UE) 2020/2184 sur l’eau potable et introduit une valeur paramétrique de 0,10 microgramme par litre pour la somme de 20 PFAS dans l’eau destinée à la consommation humaine. Les ARS coordonnent le contrôle sanitaire sur les captages concernés.
Le BRGM surveille les eaux souterraines dans le cadre du réseau de contrôle de surveillance. Des métabolites de pesticides, notamment le métabolite chlorothalonil R471811 et le S-métolachlore, ont été détectés en dépassement dans plusieurs aquifères, conduisant à des interdictions préventives sur certains captages. L’ANSES a prononcé le retrait des autorisations de mise sur le marché des produits contenant du S-métolachlore en France en 2023.
Enjeux de santé publique et de biodiversité
Les risques pour la santé humaine liés aux micropolluants dans l’eau potable restent difficiles à quantifier précisément. Les concentrations rencontrées dans les eaux traitées pour la distribution sont, dans la majorité des cas, très inférieures aux seuils de toxicité aiguë. La préoccupation principale porte sur les effets chroniques à long terme d’une exposition combinée à de faibles doses de plusieurs substances (effet cocktail), et sur les populations sensibles (nourrissons, femmes enceintes, personnes immunodéprimées). Santé publique France conduit des études de biosurveillance pour mieux cerner ces expositions.
Pour la biodiversité aquatique, les effets sont plus directement documentés. L’éthinylestradiol provoque la féminisation des poissons mâles à des concentrations de l’ordre du nanogramme par litre, un effet documenté par l’OFB dans ses bilans d’état des masses d’eau. Les antibiotiques présents dans les sédiments favorisent le développement de bactéries résistantes, avec des implications pour la santé animale et humaine via les filières alimentaires.
La réduction à la source constitue un levier complémentaire au traitement. Les plans régionaux santé environnement (PRSE) et les programmes des agences de l’eau incluent des actions de sensibilisation aux bonnes pratiques de gestion des médicaments non utilisés (dispositif Cyclamed), de soutien aux pratiques agricoles réduisant les intrants phytosanitaires, et d’encadrement des rejets hospitaliers.
Perspectives : vers une gestion intégrée des micropolluants
La question des micropolluants met en lumière les limites d’une approche centrée uniquement sur les stations d’épuration. Une gestion efficace requiert une action coordonnée à plusieurs niveaux : réduction à la source (prescription médicale raisonnée, écoconception des substances chimiques), collecte et traitement spécialisé des effluents hospitaliers, mise à niveau des grandes stations en quatrième niveau de traitement, et surveillance continue des masses d’eau réceptrices.
Les agences de l’eau financent une partie de ces investissements via leurs aides aux collectivités dans le cadre des plans de gestion des eaux. La programmation 2022-2027 des SDAGE intègre des mesures spécifiques micropolluants dans les bassins les plus exposés. L’innovation dans la filière eau ouvre par ailleurs des pistes prometteuses : traitements par rayonnement UV combiné à l’ozone, procédés d’oxydation avancée (réactif de Fenton, photocatalyse), bioréacteurs à membrane couplant traitement biologique et filtration fine.
La transparence de l’information est un enjeu en soi : les données de surveillance des micropolluants, collectées par les agences de l’eau et centralisées sur l’Eaufrance, sont publiques et consultables. Cette disponibilité permet à la recherche, aux collectivités et aux citoyens de suivre l’évolution de la contamination et de porter un regard éclairé sur les efforts engagés par les acteurs de la filière eau pour y répondre.