Freshwaters in a changing climate : effects of water scarcity on the (photo)chemistry of Alpine streams

Le terme « Alpin » a deux significations très différentes. Lorsque le mot prend une majuscule, les cours d'eau Alpins désignent les eaux courantes des Alpes, quelle que soit l'altitude. Sans majuscule, les cours d'eau alpins désignent les eaux courantes de la zone alpine au-dessus de la limite des arbres, partout dans le monde. Dans cette thèse de doctorat, le premier contexte a été adopté. Les travaux décrits dans les sections suivantes visaient à examiner, au moins en partie, les effets des conditions de sécheresse liées au changement climatique sur la chimie des cours d'eau qui naissent et traversent les Alpes italiennes. Une campagne d'échantillonnage a été menée sur trois cours d'eau de la région du Piémont, en Italie, tout au long de l'année 2022, qui a été définie comme l'une des pires jamais vécues par les cours d'eau Alpins. L'analyse des concentrations de nutriments en downstream des stations d'épuration des eaux usées opérant sur les rivières a permis de mieux comprendre l'impact de leurs effluents sur les bassins récepteurs finaux dans des conditions de sécheresse. Les cours d'eau présentaient certaines caractéristiques communes, par exemple des concentrations de nutriments plus élevées en aval, plus marquées au cours des mois où les flux sont les plus faibles. Pour la Stura di Lanzo, l'analyse en composantes principales (ACP) a montré des corrélations négatives intéressantes entre les variables chimiques et les régimes d'écoulement. En outre, des corrélations avec les variables écologiques et microbiologiques dans les mêmes conditions ont été recherchées. Les paramètres hydrologiques et chimiques mesurés sur l'un des cours d'eau ont été utilisés pour modéliser la transformation photochimique de trois polluants courants (acétaminophène, diclofénac et naproxène) dans les mêmes conditions de pénurie d'eau. La modélisation a mis en évidence la façon dont les conditions chimiques et hydrologiques déterminées par la sécheresse de 2022 ont effectivement façonné la transformation photochimique des polluants (par exemple, l'augmentation des concentrations de nitrate, de nitrite et de carbone organique pendant les faibles débits a renforcé la photodégradation par le radical hydroxyle et l'état excité triplet de la matière organique chromophore en aval de la STEP, tandis que les eaux moins profondes et plus lentes ont conduit à une photolyse directe plus élevée). Un rate de transformation photochimique accru dans des conditions de sécheresse ne conduit cependant pas nécessairement à une élimination suffisante des composés avant qu'ils n'atteignent la mer. En outre, la photochimie d'un pool de produits pharmaceutiques (chlorpromazine, lamotrigine et tiapride) suivis par UHPLC-HRMS-QTOF dans les eaux fluviales prélevées a été étudiée. La photolyse directe et la photochimie indirecte ont été décrites, les produits de transformation formés par photolyse ont été identifiés et les constantes de vitesse de réaction du second ordre ont été mesurées par la technique de nanosecond Laser Flash Photolysis (LFP). Les effets de la sécheresse de 2022 et de la variation du carbone organique dissous, des nitrates et de la profondeur de l'eau sur le comportement des trois molécules ont ensuite été étudiés par modélisation photochimique. Dans la dernière partie du travail, l'accent a été mis sur les méthodes soutenables pour l'élimination des contaminants des eaux usées. L'efficacité du traitement ZVI-Fenton à pH 4 dans l'élimination d'une sélection de contaminants émergents et de bactéries des eaux usées municipales secondaires a été évaluée et comparée aux résultats obtenus avec la même méthode à différentes valeurs de pH. Le traitement testé s'est montré assez efficace dans la dégradation des contaminants (ibuprofène, céfazoline et sulfaméthoxazole) et des micro-organismes, mais en même temps, les résultats nécessitent d'autres études pour surmonter les principaux problèmes liés aux limitations du pH.