IMPACTS 2023 - EDIFIERS - Caractérisation chimique et toxicologique des espèces organiques émises par les fumées les matériaux routiers incorporant des agrégats d’enrobés
Programme : Évaluation des impacts des interactions entre polluants sur l’Homme et son environnement
Mots-clés : Economie circulaire / Déchets / Qualité de l'air
Contexte : Dans un contexte d'économie circulaire fort, le recyclage des agrégats d’enrobés (AE), issus de la démolition ou du fraisage d'anciennes routes, pour la fabrication de nouveaux enrobés (c-a-d 30 millions de tonnes chaque année en France) représente un enjeu environnemental majeur qui permettrait de préserver les ressources naturelles (bitume et granulats de carrières). Aujourd'hui, le taux moyen d'incorporation de ces déchets routiers dans le cycle de production des enrobés neufs est d'environ 18% et il est permis à condition que leur teneur en HAP soit inférieure au seuil réglementaire de 50 mg/kg d’AE sec. L'un des principaux engagements de la profession est de maximiser le taux de récupération des AE pour atteindre, à terme, un recyclage à 100% des matériaux routiers. Cependant, cette réutilisation ne doit pas se faire au détriment des exigences technologiques, environnementales et de santé humaine. Des données existent sur les risques encourus par les travailleurs exposés aux fumées générées lors des phases de fabrication et d'application à chaud des enrobés « neufs », mais peu de données existent sur les enrobés recyclés. De plus, ces recherches se sont principalement concentrées sur l'identification et la quantification des 16 HAP prioritaires référencés par l'Agence de l’Environnement des Etats Unis (HAP EPA). Le benzo(a)pyrène (B(a)P), marqueur toxicologique de référence parmi les 16 HAP EPA, est certes détecté dans les fumées issues du recyclage des AE, mais en très faible quantité. De surcroît, des travaux récents ont montré qu'il existe de nouvelles classes de composés organiques aromatiques (dérivés N-, S- et Me-HAP, nommé ci-après HAP+) présentes dans le bitume et les fumées de bitume/goudron de ces AE, ce qui interroge sur la pertinence de l’utilisation du B(a)P en tant que marqueur du risque. En conséquence, le choix du B(a)P pour appréhender l'exposition aux espèces cancérogènes potentiellement présentes dans les mélanges bitumineux composés à partir d’AE peut être remis en cause si d'autres substances sont détectées dans ces fumées à un niveau de concentration plus élevée et de toxicité plus fort. Néanmoins, malgré leurs effets délétères sur l'environnement et la santé, il existe très peu de données sur l'étude des HAP+ présents et/ou émis par les AE et les enrobés routiers incorporant des matériaux recyclés. L’objectif principal de ce projet est donc de caractériser la composition chimique des AE et des fumées émises lors de leur mise en œuvre et de déterminer les impacts sanitaires et environnementaux (génotoxicité, écotoxicité) de ces fumées. L’autre objectif est de tester des procédés de fabrication innovants (réduction de la température par ajouts d'additifs) permettant de réduire la toxicité des émissions. Nous proposons donc de fortement élargir la caractérisation analytique des produits routiers en étudiant (en plus des 16 HAP EPA) les HAP+ dans les fumées d'enrobés et dans les liants extraits de ces enrobés (enrobés incorporant des matériaux recyclés, enrobés tièdes innovants...). Nous examinerons, en laboratoire, dans des conditions routières simulées, les facteurs propices à la minimisation de la contamination des fumées et réaliserons une analyse génotoxicologique (approche exposome) des fumées et aérosols générés. Enfin, nous tenterons de mettre en relation la composition des mélanges et les procédés de fabrication utilisés avec la composition et la génotoxicité des fumées produites à partir de différentes formules d'enrobés.
Description : Ce travail de recherche est transdisciplinaire (chimie analytique, physico-chimie des matériaux, ingénierie routière, génotoxicologie et écotoxicologie) et innovant, car il vise à mettre en relation la composition chimique des matériaux recyclés et des fumées générées avec leurs conditions de fabrication et leur génotoxicité (sur des cellules humaines et des organismes d’eau douce). Des approches innovantes de mesure en temps réel de la composition chimique des fumées seront mises en œuvre notamment par l'utilisation d'un nouveau type de couplage entre un système CHARON (CHemical Analysis of aeRosol ON-line) et un PTR-ToF-MS (Proton Transfert Reaction – Time of Flight – Mass Spectrometer) pour l’analyse quasi-simultanée des phases gazeuse et particulaire des fumées. De même, l'utilisation de spectromètres de masse à ultra-haute résolution permettra des avancées majeures en termes de sélectivité dans l'analyse de traceurs ciblés (HAP+). Ce travail analytique et méthodologique contribuera à une meilleure connaissance de la composition des liants (y compris additivés) et des produits routiers (actuels et en cours de développement). Les nouvelles méthodes développées pourront être proposées pour compléter le corpus normatif des produits routiers et améliorer les pratiques associées à la gestion des recyclats et à leur utilisation. Ces analyses chimiques seront complétées par des études écotoxicologiques et toxicologiques réalisées avec des méthodes normalisées (tests in vitro des comètes-OCDE TG 48915 et des micronoyaux-OCDE TG 487 16) afin d’identifier le risque pour l’environnement et la santé humaine par une approche de type "analyse dirigée par l'effet" (EDA). Enfin nous tenterons de corréler la formulation des mélanges et l'effet du procédé de fabrication (température de fabrication, additif ou agent régénérant pour le recyclage...) avec la composition et la génotoxicité des fumées émises lors du processus de recyclage. Ce travail de synthèse permettra d'initier une démarche pour mieux comprendre comment, en fonction de la température de fabrication et de la composition des matériaux, les molécules organiques sont transférées (ou non) de la matrice solide du mélange vers l'atmosphère.
Objectifs et résultats attendus : Ce travail permettra de déterminer les conditions opérationnelles de recyclage présentant un niveau de risque le plus bas possible pour la santé des travailleurs, des populations et des écosystèmes présents aux abords des routes. A terme, ces données pourront être intégrées dans des études ACV/ICV (Analyse du Cycle de vie / Inventaire du Cycle de Vie) avec par exemple la quantité et la qualité des fumées émises en fonction de la température de recyclage. Cette approche permettra aux utilisateurs finaux de promouvoir le développement du recyclage des AE et d'optimiser leur incorporation dans les nouvelles conceptions d'enrobés, de manière plus sûre et plus durable.
Bénéficiaire : UNIVERSITE D'AIX MARSEILLE
Localisation : Nantes, Pays de la Loire, FRANCE
Début : 02/04/2024 — Durée : 36 mois
Budget total : 632849.23 € — Aide ADEME : 208159.67 €
Statut : Suivi du projet