La caféine peut être un marqueur utile des fuites d’eaux usées dans les systèmes d’égouts pluviaux

Dans les pays développés comme le Japon, les systèmes de traitement des eaux usées conçus pour empêcher les polluants nocifs d'entrer dans les eaux pluviales vieillissent et se détériorent, envoyant des contaminants dans les plans d'eau locaux. Trouver la source d’une fuite dans les systèmes d’eaux usées qui sont souvent enfouis loin sous terre peut s’avérer difficile. La méthode conventionnelle peut manquer des fuites et ne peut pas détecter les fuites trouvées en aval.

Les chercheurs ont proposé d'utiliser les niveaux de caféine, un polluant domestique courant que l'on ne trouve pas autrement dans l'environnement, pour trouver les sources probables de fuites dans les systèmes d'égouts. Les résultats ont été partagés dans un article publié dans Lettres de chimie environnementale le 5 avril 2024.

« Pendant longtemps, les eaux usées et les eaux pluviales étaient combinées pour former des réseaux d'égouts. Le problème des débordements des égouts unitaires lors des pluies torrentielles existe depuis longtemps, c'est pourquoi le système a été modifié pour séparer les égouts des égouts pluviaux il y a environ 50 ans.

“Cependant, même dans le cas de systèmes d'égouts plus récents et séparés, la possibilité de fuites d'eaux usées dues au vieillissement des canalisations devient une préoccupation car les plus anciennes sont enfouies dans le sol depuis cinq décennies”, a déclaré Noriatsu Ozaki, professeur associé à Hiroshima. École supérieure de sciences avancées et d'ingénierie de l'université de Higashihiroshima, Japon.

De juin 2022 à mai 2023, les chercheurs ont collecté l’eau des égouts pluviaux pendant les périodes sèches de six zones de drainage urbaines une à deux fois par mois. À chaque point de collecte, ils ont collecté des échantillons cinq à 11 fois.

Ils ont également collecté des échantillons d’eau de pluie, d’eau de flaque d’eau et d’eaux usées domestiques. Ils ont testé plusieurs produits chimiques ménagers courants, notamment des composés parfumés fréquemment présents dans les savons, les détergents et les cosmétiques, notamment OTNE, HHCB, AHTN, DPMI et la cétone de musc ; caféine; et la benzophénone, un ingrédient courant de la crème solaire.

“Ces composés sont systématiquement détectés dans les eaux usées domestiques au Japon”, a déclaré Ozaki. “En outre, trois hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), couramment utilisés comme indicateurs de la pollution de l'air et des surfaces urbaines, ont également été mesurés.”

Pour obtenir une référence de base, les chercheurs ont mesuré la fréquence à laquelle ces produits chimiques se retrouvent dans l’eau de pluie et dans les flaques d’eau. Les HAP ont été détectés dans 80 % des cas, la plupart des parfums dans 60 à 82 % des cas et la benzophénone dans 100 % des cas dans l’eau de pluie et 90 % dans l’eau des flaques d’eau. La caféine et les composés parfumés DPMI et musc cétone étaient cependant beaucoup plus faibles. Ils ont été détectés moins de la moitié du temps dans l’eau de pluie et l’eau des flaques d’eau.

Les HAP et les benzophénones étaient si abondants dans l’eau de pluie et l’eau de flaque d’eau qu’il est difficile de distinguer la source des niveaux élevés de ces composés chimiques dans les égouts pluviaux pour identifier les fuites. Le niveau de contamination entre les eaux de pluie, les eaux usées domestiques et les égouts pluviaux dans les quartiers mesurés ne différait que d'un ordre de grandeur. Pour les trois parfums, il y avait une différence plus significative, avec deux ordres de grandeur ou plus entre les égouts pluviaux testés et les eaux usées domestiques.

Cependant, le niveau de contamination par la caféine était nettement différent pour l’eau de pluie et l’eau de flaque d’eau, les réseaux pluviaux et les eaux usées domestiques. Il y a peu ou pas de recirculation de la caféine dans le système de drainage via les précipitations et la source de la caféine présente dans les eaux de ruissellement pourrait être attribuée aux eaux usées domestiques. La caféine est également la plus stable en phase aqueuse parmi les produits chimiques testés et pourrait, en théorie, être facile à utiliser comme traceur pour de futures recherches.

Pour l’avenir, les chercheurs souhaitent en savoir plus sur la pollution provoquée par ces fuites. “Nous voulons clarifier l'étendue de la pollution possible des plans d'eau publics récepteurs, tels que les rivières, les lacs ou les zones côtières, par les fuites”, a déclaré Ozaki. “Et enfin, nous souhaitons développer une technologie de diagnostic permettant d'indiquer la fuite sur le site en utilisant les traces de produits chimiques organiques comme indicateur.”