A three-dimensional model of the boat-oars-rower system using ADAMS and LifeMOD commercial software

National audienc

A model of oar-boat-rower system to optimize rowing performance

International audienc

"Modélisation mécanique et biomécanique du système complet « bateau-avirons-rameur ». Premiers résultats et perspectives offertes "

National audienc

ECHIBIOTEB : Outils innovants d’Échantillonnage, d’analyses CHImiques et BIOlogiques pour le suivi de Traitements avancés des Eaux usées et des Boues

National audienceLe projet ECHIBIOTEB s’inscrit dans un cadre de recherche industrielle et s’intègre principalement dans l’axe thématique n°5 de l’appel à projets ECOTECH. Il fait suite au projet AMPERES (Projet ANR PRECODD 2005, Analyse de micropolluants prioritaires et émergents dans les rejets et les eaux superficielles) et complète l'évaluation des filières de procédés avancés de traitement des eaux et des procédés de traitement des boues étudiées dans le projet ARMISTIQ (Projet Convention ONEMA-Cemagref 2010). Plus précisément, il prévoit le développement et/ou l'amélioration des connaissances sur des outils et techniques innovantes d'échantillonnage et de mesures chimiques et biologiques pour la caractérisation de la qualité des eaux urbaines et des boues avant et après traitement. Les outils innovants mis en oeuvre sont des échantillonneurs intégratifs pour améliorer la représentativité et la sensibilité des résultats d'analyses des micropolluants, des méthodologies de screening (GC-2D-TOF, SPME/GC/TOF et SPME/LC/TOF) pour identifier de nouvelles molécules et produits de dégradation, des biotests in vitro et in vivo pour prendre en compte les effets biologiques des mélanges, une démarche "effect-directed analysis" (EDA) pour isoler et permettre l'identification de nouvelles molécules actives, et des tests pour la caractérisation in situ de la matière organique dissoute susceptible de moduler la toxicité des micropolluants. Le projet s’intéresse au traitement complémentaire des eaux usées issues des procédés secondaires, d'une part, aux procédés intensifs compacts (oxydation à l’ozone, aux rayons UV, adsorption sur charbon actif, osmose inverse) plutôt applicables aux collectivités de taille importante ou à forte pression foncière, et d'autre part, aux procédés extensifs autonomes et de taille moins ramassée (zones humides, écoulement sur milieu filtrant dans le sol naturel ou rapporté), procédés souvent rencontrés dans les petites collectivités, mais envisageables en sortie de traitement secondaires de boues activées conventionnelles de moyenne taille. Le choix des procédés étudiés de traitement de boues s'est porté sur le compostage (avec digestion anaérobie en amont), plutôt adapté aux grandes collectivités, et la rhizofiltration caractéristique de petites stations. La mise en oeuvre d'un panel aussi large d'outils innovants est en soi originale et devrait permettre d'améliorer les connaissances sur leurs domaines d'application comparés et leur complémentarité. Au terme du projet, des guides de bonne exploitation des différents outils innovants pour la caractérisation des procédés de traitement des eaux et des boues seront disponibles. Nous proposerons aussi des stratégies de déploiement de ces outils et d'interprétation des données issues de ces technologies innovantes pour faciliter les schémas de gestion et la prise de décision par les industriels et les collectivités territoriales vis à vis de l’implémentation de la DCE. L'application particulièrement novatrice de ces outils à des procédés avancés de traitement des eaux devrait permettre d'établir une liste (non exhaustive) de nouveaux composés indésirables et d’anticiper les législations futures. Au terme du projet, un bilan de la comparaison de l'efficacité des procédés (eaux et boues) étudiés sera dressé (en lien avec le projet ARMISTIQ) et une méthodologie de diagnostic des performances des procédés de traitement des eaux usées et des boues vis à vis des micropolluants sera proposée

Utilisation des échantillonneurs passifs (POCIS et SPMD) pour le suivi chimique et biologique des traitements avancés des eaux usées

International audienceOne of the main objective of the ECHIBIOTEB program (Innovating tools for sampling, chemical and biological analyses for the diagnostic of wastewater advanced treatments and sludge treatments, 2011-2014, financed by the French National Research Agency, coordinated by Irstea) is to study some advanced processes such as ozonation (O3) or Granular Activated Carbon (GAC) as example used to treat wastewaters in tertiary stage of wastewater treatment plants (WWTP). The challenges when studying such processes is first to be able to measure organic micropollutants at very low concentrations (sub ng/L level) and second to link the occurrence of contaminants to adverse biological effects. To achieve these goals, 2 strategies were combined: i) targeted chemical analyses on passive sampler (PS) extracts vs. water grab samples, and ii) biological analyses on the same PS extracts and water grab samples. Targeted chemical analyses were performed on POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) extracts for 119 hydrophilic compounds belonging to pharmaceutical, hormone, pesticide and alkylphenol classes and on SPMD (Semi-Permeable Membrane Device) extracts for 46 lipophilic compounds belonging to chlorine pesticides, PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon), PCB (PolyChloroBiphenyl), PBDE (PolyBrominated DiphenylEthers) classes. PS extracts were also tested with in vitro bioassays using cell lines with different reporter genes or in order to evaluate oestrogenic and androgenic activities, HAP-like and dioxin-like disruptions and geno- and cytotoxicity. Two one-month-long sampling campaigns were carried out in a same WWTP (Normandie, France) using activated sludge and sand filter as secondary treatment. In the first one, conducted from September 20th to October 18th 2011, ozonation followed by GAC were studied as tertiary treatment. In the second one, from March 13th to April 10th 2012, we focused on ozonation process only. In both campaigns, POCIS were exposed in water during 14 days and SPMD during 28 days. In order to be able to compare these 2 campaigns and the molecule concentrations upstream and downstream the tertiary treatment, POCIS and SPMD were always immersed in an aquarium in the same controlled experimental conditions of flow (280 mL/min), temperature (20° C) and light. To insure quality of data, POCIS and SPMD were exposed in triplicate and field blanks were realized (i.e. PS exposed to the ambient air). In parallel, 2h composite water samples were collected at D0, D14 and D28. The average sampling time of 2h is reliable considering the water residence time in the secondary treatment. As examples of results concerning the use of POCIS to characterize the O3 + GAC process: By comparing the cumulated concentrations in POCIS, the O3 + GAC process was shown efficient to eliminate some organic micropollutants. Indeed, -blockers and more generally pharmaceuticals were very well removed with a concentration in the effluent a thousand times smaller than in the influent. The conclusions were the same with grab sampling. Moreover, the contamination profiles (or fingerprint) were compared between PS and grab sampling. As example, in case of -blockers they are equivalent. We have also compared the time weighted average concentration obtained with POCIS, with water concentrations from grab sampling. POCIS sampling also allowed to decrease limits of detection in tertiary effluent for some molecules. Indeed, 7 compounds were detected in POCIS extracts and not in grab water samples. As example atenolol, sotalol, propranolol, metoprolol, nordiazepam, amitryptilline and alprazolam were detected in POCIS extracts downstream the tertiary treatment and clenbuterol, gemfibrozil, imipramine and doxepine were detected in POCIS extracts upstream the process. As a consequence, POCIS appeared as an interesting tool to characterize tertiary stages of WWTPs with analysis of organic micropollutants at very low concentrations, near the ng/L range. From the biological point of view, oestrogenic, anti-androgenic as well as HAP-like and dioxin-like disruptions were observed in POCIS exposed before the O3 + GAC process. No more biological activity was detected in these POCIS exposed after the process. These biological results matched with the decrease of contaminant concentrations up and downstream the process. Both chemical and biological analyses were in accordance and revealed a good efficiency of the O3 + GAC advance treatment process

Utilisation des échantillonneurs passifs (POCIS et SPMD) pour le suivi chimique et biologique des traitements avancés des eaux usées

International audienceOne of the main objective of the ECHIBIOTEB program (Innovating tools for sampling, chemical and biological analyses for the diagnostic of wastewater advanced treatments and sludge treatments, 2011-2014, financed by the French National Research Agency, coordinated by Irstea) is to study some advanced processes such as ozonation (O3) or Granular Activated Carbon (GAC) as example used to treat wastewaters in tertiary stage of wastewater treatment plants (WWTP). The challenges when studying such processes is first to be able to measure organic micropollutants at very low concentrations (sub ng/L level) and second to link the occurrence of contaminants to adverse biological effects. To achieve these goals, 2 strategies were combined: i) targeted chemical analyses on passive sampler (PS) extracts vs. water grab samples, and ii) biological analyses on the same PS extracts and water grab samples. Targeted chemical analyses were performed on POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) extracts for 119 hydrophilic compounds belonging to pharmaceutical, hormone, pesticide and alkylphenol classes and on SPMD (Semi-Permeable Membrane Device) extracts for 46 lipophilic compounds belonging to chlorine pesticides, PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon), PCB (PolyChloroBiphenyl), PBDE (PolyBrominated DiphenylEthers) classes. PS extracts were also tested with in vitro bioassays using cell lines with different reporter genes or in order to evaluate oestrogenic and androgenic activities, HAP-like and dioxin-like disruptions and geno- and cytotoxicity. Two one-month-long sampling campaigns were carried out in a same WWTP (Normandie, France) using activated sludge and sand filter as secondary treatment. In the first one, conducted from September 20th to October 18th 2011, ozonation followed by GAC were studied as tertiary treatment. In the second one, from March 13th to April 10th 2012, we focused on ozonation process only. In both campaigns, POCIS were exposed in water during 14 days and SPMD during 28 days. In order to be able to compare these 2 campaigns and the molecule concentrations upstream and downstream the tertiary treatment, POCIS and SPMD were always immersed in an aquarium in the same controlled experimental conditions of flow (280 mL/min), temperature (20° C) and light. To insure quality of data, POCIS and SPMD were exposed in triplicate and field blanks were realized (i.e. PS exposed to the ambient air). In parallel, 2h composite water samples were collected at D0, D14 and D28. The average sampling time of 2h is reliable considering the water residence time in the secondary treatment. As examples of results concerning the use of POCIS to characterize the O3 + GAC process: By comparing the cumulated concentrations in POCIS, the O3 + GAC process was shown efficient to eliminate some organic micropollutants. Indeed, -blockers and more generally pharmaceuticals were very well removed with a concentration in the effluent a thousand times smaller than in the influent. The conclusions were the same with grab sampling. Moreover, the contamination profiles (or fingerprint) were compared between PS and grab sampling. As example, in case of -blockers they are equivalent. We have also compared the time weighted average concentration obtained with POCIS, with water concentrations from grab sampling. POCIS sampling also allowed to decrease limits of detection in tertiary effluent for some molecules. Indeed, 7 compounds were detected in POCIS extracts and not in grab water samples. As example atenolol, sotalol, propranolol, metoprolol, nordiazepam, amitryptilline and alprazolam were detected in POCIS extracts downstream the tertiary treatment and clenbuterol, gemfibrozil, imipramine and doxepine were detected in POCIS extracts upstream the process. As a consequence, POCIS appeared as an interesting tool to characterize tertiary stages of WWTPs with analysis of organic micropollutants at very low concentrations, near the ng/L range. From the biological point of view, oestrogenic, anti-androgenic as well as HAP-like and dioxin-like disruptions were observed in POCIS exposed before the O3 + GAC process. No more biological activity was detected in these POCIS exposed after the process. These biological results matched with the decrease of contaminant concentrations up and downstream the process. Both chemical and biological analyses were in accordance and revealed a good efficiency of the O3 + GAC advance treatment process

ECHIBIOTEB : Outils innovants d’Échantillonnage, d’analyses CHImiques et BIOlogiques pour le suivi de Traitements avancés des Eaux usées et des Boues

National audienceLe projet ECHIBIOTEB s’inscrit dans un cadre de recherche industrielle et s’intègre principalement dans l’axe thématique n°5 de l’appel à projets ECOTECH. Il fait suite au projet AMPERES (Projet ANR PRECODD 2005, Analyse de micropolluants prioritaires et émergents dans les rejets et les eaux superficielles) et complète l'évaluation des filières de procédés avancés de traitement des eaux et des procédés de traitement des boues étudiées dans le projet ARMISTIQ (Projet Convention ONEMA-Cemagref 2010). Plus précisément, il prévoit le développement et/ou l'amélioration des connaissances sur des outils et techniques innovantes d'échantillonnage et de mesures chimiques et biologiques pour la caractérisation de la qualité des eaux urbaines et des boues avant et après traitement. Les outils innovants mis en oeuvre sont des échantillonneurs intégratifs pour améliorer la représentativité et la sensibilité des résultats d'analyses des micropolluants, des méthodologies de screening (GC-2D-TOF, SPME/GC/TOF et SPME/LC/TOF) pour identifier de nouvelles molécules et produits de dégradation, des biotests in vitro et in vivo pour prendre en compte les effets biologiques des mélanges, une démarche "effect-directed analysis" (EDA) pour isoler et permettre l'identification de nouvelles molécules actives, et des tests pour la caractérisation in situ de la matière organique dissoute susceptible de moduler la toxicité des micropolluants. Le projet s’intéresse au traitement complémentaire des eaux usées issues des procédés secondaires, d'une part, aux procédés intensifs compacts (oxydation à l’ozone, aux rayons UV, adsorption sur charbon actif, osmose inverse) plutôt applicables aux collectivités de taille importante ou à forte pression foncière, et d'autre part, aux procédés extensifs autonomes et de taille moins ramassée (zones humides, écoulement sur milieu filtrant dans le sol naturel ou rapporté), procédés souvent rencontrés dans les petites collectivités, mais envisageables en sortie de traitement secondaires de boues activées conventionnelles de moyenne taille. Le choix des procédés étudiés de traitement de boues s'est porté sur le compostage (avec digestion anaérobie en amont), plutôt adapté aux grandes collectivités, et la rhizofiltration caractéristique de petites stations. La mise en oeuvre d'un panel aussi large d'outils innovants est en soi originale et devrait permettre d'améliorer les connaissances sur leurs domaines d'application comparés et leur complémentarité. Au terme du projet, des guides de bonne exploitation des différents outils innovants pour la caractérisation des procédés de traitement des eaux et des boues seront disponibles. Nous proposerons aussi des stratégies de déploiement de ces outils et d'interprétation des données issues de ces technologies innovantes pour faciliter les schémas de gestion et la prise de décision par les industriels et les collectivités territoriales vis à vis de l’implémentation de la DCE. L'application particulièrement novatrice de ces outils à des procédés avancés de traitement des eaux devrait permettre d'établir une liste (non exhaustive) de nouveaux composés indésirables et d’anticiper les législations futures. Au terme du projet, un bilan de la comparaison de l'efficacité des procédés (eaux et boues) étudiés sera dressé (en lien avec le projet ARMISTIQ) et une méthodologie de diagnostic des performances des procédés de traitement des eaux usées et des boues vis à vis des micropolluants sera proposée

Combinaison innovante d’outils chimiques et biologiques pour caractériser l’efficacité des traitements tertiaires

National audienceL'objectif général du programme de recherche ECHIBIOTEB («Outils innovants d'échantillonnage, d'analyses chimiques et biologiques pour le suivi de traitements avancés des eaux usées et de traitements des boues», financé par l'Agence nationale de recherche française, coordonné par Irstea) consiste à utiliser des outils innovants et complémentaires afin de mieux évaluer l'efficacité des traitements tertiaires des eaux usées et des traitements de boues. Pour atteindre cet objectif, plusieurs stratégies sont combinées : l'analyse chimique ciblée d'un large panel de molécules choisies à priori parmi les polluants prioritaires et émergents ; l'analyse chimique non-ciblée (screening) ; l’analyse biologique in vitro et in vivo ; et les échantillonneurs intégratifs. Dans notre présentation nous montrerons l’intérêt et les limites de ces outils au travers d’exemples choisis pour l’évaluation de traitements tertiaires. L’exposé disposera d’un caractère opérationnel fort compilant des résultats issus de différentes disciplines (chimie analytique, chimie environnementale, écotoxicologie, biologie cellulaire, traitement des eaux). Les outils chimiques et biologiques utilisés dans ECHIBIOTEB. - L'analyse chimique ciblée de micropolluants : 14 éléments traces métalliques et 170 molécules organiques appartenant aux classes des composés pharmaceutiques, des hormones oestrogéniques, des alkylphénols, des perturbateurs endocriniens, des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), des pesticides, des polychlorobiphényles et des polybromodiphényléthers ont été sélectionnés. Selon leurs propriétés physico-chimiques, ils sont mesurés dans la phase dissoute des échantillons d’eau et/ou dans les échantillons de boues. In fine, l'objectif est d’établir une liste de substances pertinentes à analyser pour caractériser les processus de traitements des eaux et des boues. - L'analyse chimique non-ciblée (screening) : Divers stratégies instrumentales telles que la GC-2D-MS/TOF (chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle couplée à un spectromètre de masse à temps de vol) ou la HRMS / TOF (Haute Résolution spectrométrie de masse) ont été appliquées afin d’identifier de nouveaux micropolluants organiques ou des produits de dégradation. L’objectif final est de compléter la liste précédente, celle obtenue à partir des analyses chimique ciblée, avec de nouveaux composés pertinents à analyser pour caractériser les processus de traitements des eaux et des boues. - Les analyses biologiques in vitro et in vivo: Elles permettent de relier la présence des micropolluants à leurs effets sur les récepteurs biologiques (tests in vitro) ou sur les organismes vivants (tests in vivo). Les récepteurs étudiés au cours des tests biologiques in vitro sont les récepteurs aux ½strogènes, aux androgènes, aux glucocorticoïdes, aux hormones thyroïdiennes et aux dioxines. La cytotoxicité et la génotoxicité des échantillons ont également été évaluées. Les analyses biologiques in vivo sont réalisées soit en laboratoire sur des échantillons prélevés sur site (eaux traitées, boues fraîches ou éluats de boues), soit directement sur site. Dans ce dernier cas, on parle d’une approche « in situ modifiée » car les eaux, avant et après traitement, sont déviées et les débits ainsi que la température et l’éclairage sont contrôlés. Les analyses biologiques in vivo en laboratoire comprennent des tests aquatiques et terrestres. Elles sont pratiquées sur des bactéries (toxicité aiguë, Microtox®), des micro-algues, des rotifères, des micro-crustacés et des plantes. Les analyses biologiques in vivo « in situ modifié » sont pratiquées sur des crustacés, des insectes et des embryons de poisson. - Les échantillonneurs intégratifs : Pour augmenter la représentativité de l’échantillonnage, des POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) et des SPMD (Semi-Permeable Membrane Device) sont utilisés respectivement pour le suivi de molécules organiques hydrophiles et hydrophobes dans l'eau. Leur utilisation est combinée avec les analyses chimiques ciblées et non ciblées et avec les analyses biologiques in vitro. - L’approche EDA (Effect directed analysis) : Le principe est basé sur une combinaison d'analyses biologiques (bioessais in vitro), de fractionnement chimique de l’échantillon et de méthodes d'analyse chimique. La réponse toxique guide le fractionnement chimique et l’identification des composés responsables des effets toxiques observés. - Les interactions de la matière organique dissoute (MOD) avec les micropolluants : l'influence de la MOD sur la toxicité et la biodisponibilité des contaminants est étudiée par des tests en microplaques petits et rapides, basés sur la compétition inhibitrice de la fluorescence. Les campagnes d'échantillonnage. De mai 2011 à septembre 2013, 13 campagnes d'échantillonnage d'eaux ont été menées. Elles sont réalisées, soit sur une courte durée (1 jour) soit sur une longue période (1 mois). Pendant les campagnes courtes, les analyses chimiques ciblées et non-ciblées, les analyses biologiques in vitro, certaines analyses biologiques in vivo pratiquées en laboratoire et les analyses de MOD sont réalisées. Pendant les campagnes longues, tous les outils ECHIBIOTEB sont utilisés, notamment les échantillonneurs intégratifs et les analyses biologiques in vivo « in situ modifié ». De plus, pour toutes les campagnes, les paramètres majeurs tels que le phosphore, l’azote ou les matières en suspension sont contrôlés afin d’avoir une indication sur les conditions de fonctionnement des traitements étudiés. Les procédés tertiaires étudiés sont les filtres garnis de charbon actif en grain (CAG), de zéolite ou d’argile expansée ; les procédés d'oxydation avancée (POA) comme l'ozone (O3) ou le peroxyde d’hydrogène (H2O2) couplé à de l’ozone ou à des UV ; une combinaison O3 + CAG; et enfin une lagune de finition. Ces traitements sont étudiés à pleine échelle ou à l’échelle pilote. Des exemples de résultats. - L'analyse chimique ciblée : Pour la plupart des composés et quel que soit le type de traitement, les concentrations des contaminants organiques en phase dissoute des échantillons d’eaux sont faibles après traitement tertiaires avancés. Les concentrations des produits pharmaceutiques par exemple, sont environ 100 fois plus faibles dans les effluents que dans les influents avant traitement tertiaire. Les rendements d’élimination de chaque substance au sein de chaque procédé ont été calculés selon des règles bien définies. À partir de ces rendements d’élimination, on peut évaluer l’efficacité des différents traitements étudiés mais on peut aussi sélectionner des molécules en fonction de leur aptitude à être plus ou moins bien éliminées de la phase dissoute tous traitements confondus. Dans notre présentation, nous discuterons de la pertinence des composés analysés et de l’établissement d'une liste plus courte de composés à cibler pour caractériser les processus de traitement des eaux. - L'analyse chimique non-ciblée : En recoupant les résultats du screening chimique de différents échantillons d’eaux par GC-2D-MS/TOF, une liste de molécules communes à l’ensemble des échantillons a pu être établie. Ces molécules sont susceptibles d’être sélectionnées en tant que micropolluants pertinents à quantifier dans les eaux de traitement tertiaire. Néanmoins, avant de les intégrer dans la liste des micropolluants pertinents, d'autres investigations sont nécessaires et en particulier la combinaison des résultats des analyses chimiques non-ciblées avec ceux des analyses biologiques (EDA) pour identifier les substances toxiques. - Les analyses biologiques in vitro : Une activité ½strogénique a été détectée dans les eaux en amont de divers traitements avancés, alors qu'elle n’était pas (ou peu) détectée dans l'effluent. Les composés responsables de cette activité toxique semblent être éliminés efficacement par le CAG. En outre, une faible activité de type HAP a été détectée dans les influents et les effluents des traitements avancés, liée aux faibles concentrations en HAP quantifiées dans ces échantillons d'eaux. Aucune activité de type dioxine ou thyroïdienne n’a été détectée dans les eaux analysées. - Les analyses biologiques in vivo : Une faible toxicité a été mesurée in situ et en laboratoire avant et après les traitements O3 + CAG et O3 seul. Néanmoins, la taille des larves du Medaka japonais (poisson) et la réussite des éclosions sont faibles avant ces traitements de pointe. - Les échantillonneurs intégratifs : L'utilisation des POCIS nous a permis par exemple de détecter 7 nouveaux produits pharmaceutiques dans les influents de traitements tertiaires et 4 dans les effluents des 2 premières campagnes longues. La détection d'un plus grand nombre de composés grâce aux échantillonneurs intégratifs devrait être utile pour expliquer certains résultats de toxicité