Résumé
Les PFAS, du fait de leurs propriétés uniques sont utilisés depuis les années 70 dans de nombreux secteurs d’activités et produits manufacturés. En raison des nombreuses sources primaires et secondaires, les PFAS se retrouvent maintenant dans toutes les matrices environnementales. Les technologies de traitements traditionnelles peuvent s’avérer inefficaces face aux PFAS en raison de leur stabilité et résistance aux processus destructifs et des faibles concentrations à atteindre. La recherche sur les technologies de traitement des PFAS évolue, mais les données disponibles restent limitées et se concentrent sur quelques composés spécifiques. Actuellement, il est difficile d’évaluer l’efficacité des traitements pour l’ensemble des composés et matrices.
Cette étude propose un état des lieux de l’efficacité des techniques de traitements. Celui-ci permet d’estimer leur efficacité en fonction des composés présents et de la matrice, afin de définir des stratégies de traitements adaptées.
L’étude se divise en trois parties. La première consiste à identifier les sources des PFAS et les matrices impactées afin de déterminer où les traitements doivent être appliqués, en tenant compte de la diversité des composés fluorés. La deuxième partie se focalise sur la compréhension théorique de l'origine de la stabilité des PFAS (moléculaire, interactions avec l’environnement, processus de transformation naturelle et anthropique). Le dernier axe se concentre sur un inventaire et une analyse complète des différentes technologies actuellement commercialisées et en cours de développement dans le monde entier pour le traitement des PFAS dans différentes matrices. Et enfin, pour évaluer l’efficacité des technologies sur les composés non étudiés, une modélisation a été réalisée à partir de leurs propriétés physico-chimiques.
Mots clés PFAS, sources, stabilité moléculaire, persistance, interactions environnementales, transformation, traitement, élimination, séparation, concentration, destruction, immobilisation, stabilisation, molecular stability, persistence, environmental interactions, treatment, removal, immobilization, stabilization, PFOS, PFOA
Synthèse
Avertissement : Le contenu de ces travaux reflète l'état des connaissances et le cadre réglementaire en vigueur à la date de l'édition des documents.
Contexte
Les PFAS constituent une vaste famille de plus de 12 000 composés organiques synthétisés par l’Homme. Leurs structures moléculaires et propriétés physico-chimiques varient considérablement. Cependant, ces composés ont comme caractéristique commune d’avoir au moins un atome de carbone totalement substitué par des atomes de fluor c’est à dire un groupe méthyle perfluoré (-CF3) ou un groupe méthylène perfluoré (-CF2-) (OCDE 2021). La liaison carbone-fluor leur confère une remarquable stabilité chimique et thermique, ce qui a conduit à leur utilisation généralisée dans les diverses applications industrielles (médical, l’automobile, l’électronique etc.), les produits de consommation (emballage alimentaire, vêtements, etc.) et les applications de lutte contre les incendies.
A partir des années 2000, des avancées scientifiques ont mis en évidence des impacts potentiels sur la santé et l’environnement, menant à une préoccupation publique et une considération réglementaire. Les effets observés concernent l’ensemble du cycle de vie des PFAS, depuis leurs émissions par les producteurs ou utilisateurs jusqu’à leur élimination sous forme de déchets ou leur dispersion dans les différentes matrices environnementales. En raison de leur stabilité, les PFAS sont très résistants à la dégradation et persistants dans l’environnement. La diversité des composés entraîne des comportements variés et complexes dans les matrices, dépendant de nombreux facteurs tels que le type de PFAS, la présence de co-contaminants et les propriétés du milieu. De plus, la présence de précurseurs et leurs transformations potentielles en PFAS terminaux ajoutent un niveau supplémentaire dans l’évaluation de leur comportement et de leur devenir.
Les PFAS sont ainsi omniprésents dans l’environnement mais les niveaux de connaissance en France restent très variables selon les matrices étudiées. Les données disponibles concernent principalement les milieux liquides (eaux de surface et eaux souterraines), en lien avec la réglementation récente, notamment l’arrêté de juin 2023 qui cible 20 substances dans le cadre de la DCE. Des actions de surveillance sont menées sur les incinérateurs et les rejets d’installations classés (ICPE), mais elles se concentrent sur un nombre restreint de composés. En revanche, les boues de STEP font l’objet de diagnostics encore incomplets et les données sur les sols et les milieux gazeux restent très limitées. Cette hétérogénéité freine la compréhension globale du cycle environnemental des PFAS et complique la mise en œuvre de stratégies de gestion cohérentes.
Cette connaissance est partielle en raison de plusieurs facteurs. Le cadre réglementaire est encore peu développé, avec seulement quelques valeurs de références existantes notamment pour l’eau potable, limitant les obligations de surveillance dans d’autres matrices. Les références toxicologiques sont encore insuffisantes et limitées à quelques composés, rendant difficile l’évaluation des risques sanitaires. Le développement en cours des méthodes de prélèvement (matrice gazeuse), les coûts analytiques élevés et les connaissances nécessaires pour interpréter les données freinent leur généralisation. Par exemple, l’utilisation du paramètre intégrateur AOF (Fluor organique Adsorbable) peut s’avérer complexe à interpréter, notamment lorsque les concentrations mesurées sont supérieures à la liste des 20 PFAS ou à l’ensemble des PFAS pouvant être analysés (environ 60).
Par conséquent, les propriétaires de sites restent réservés quant à réaliser des campagnes d’analyse, notamment sur les sols et les eaux souterraines, par crainte d’obtenir des données difficiles à interpréter sur le plan réglementaire.
Objectif de l’étude
L’objectif final de l’étude est d’identifier les solutions de traitement adaptées à chaque type d’émission. Pour y parvenir, la stratégie a consisté à analyser le cycle de vie des PFAS, depuis leur comportement dans l’environnement et dans les dispositifs de traitement existants, jusqu’à leur comportement et leur éventuelle destruction dans les technologies spécifiquement dédiées à ce type de contaminants. Cette approche tient compte de la diversité des composés à travers :
- L’analyse de leurs propriétés physico-chimiques et thermodynamiques pour expliquer leur persistance et leur comportement dans les différentes matrices ;
- L’étude de leur interaction avec les milieux en fonction des paramètres tel que le pH, la teneur en eau, la matière organique etc. ;
- Un état des lieux des technologies disponibles et de leur efficacité respective ;
- L’utilisation des propriétés des PFAS pour modéliser par extrapolation les performances de traitement, en réponse à des données limitées et souvent focalisées sur un nombre restreint de composés.
En fournissant des niveaux d’efficacité atteignables, cette étude peut servir de support de décision pour aider les autorités à prioriser les flux à traiter et à définir des objectifs réglementaires.
Organisation de l’étude
L’étude s’organise selon 3 axes. Le premier axe permet d’identifier les sources, les lieux et les matrices où un traitement peut être appliqué. Cette identification, indispensable au bon déroulement de l’étude, tient compte des différents composés et familles de composés retrouvés.
Le second axe étudie le transport et devenir des PFAS au sein des différents processus de transformation naturels et anthropiques. Cette partie inclut à la fois la compréhension théorique de la stabilité des PFAS ainsi que l’étude globale des différentes interactions existantes entre ces substances et les caractéristiques des matrices (eau, air et sol) en lien avec leurs propriétés physico-chimiques. Ce second axe permet de comprendre comment les composés se comportent pour les traiter au mieux.
Le troisième axe recense et analyse les différentes technologies de traitement en fonction des milieux et des matrices. Le but de cette partie étant de fournir une vision la plus complète possible des traitements disponibles à ce jour. Les technologies évoluant rapidement, les informations présentées sont susceptibles d’évoluer.
Principaux résultats
Dans cette étude, 36 composés PFAS ont été sélectionnés pour représenter la diversité et l’omniprésence de cette famille dans l’environnement. Le choix s’est fondé sur leur occurrence dans les sources, la variété de leurs propriétés physico-chimiques, leur prévalence dans les matrices, ainsi que la disponibilité des données analytiques. Compte tenu des comportements très variables des PFAS liés à la diversité de leurs structures, au manque de connaissances sur certains composés et aux incertitudes analytiques, il apparaît que leur classification ne peut se limiter à la longueur de la chaîne fluorée.
Une représentation graphique basée sur ces propriétés permet de visualiser leur comportement théorique environnemental (mobilité, répartition entre phases) et de les comparer à des composés de référence bien connus tel que le naphtalène ou le trichloroéthylène (TCE) (Figure 1). Cette approche met en évidence l’intérêt de classer les PFAS selon d’autres caractéristiques que la longueur de leur chaîne fluorée afin de mieux anticiper leur devenir dans l’environnement et d’orienter les choix technologiques.
Il est également important de souligner que le comportement et le devenir des PFAS sont influencés par les caractéristiques du milieu dans lequel ils se trouvent. Un tableau synthétique des paramètres environnementaux influents est également fourni dans l’étude, afin d’appuyer l’analyse et de mieux anticiper le devenir des PFAS.
Figure 1 : Représentation des comportements des composés PFAS sélectionnés et comparaison à des composés types dont le comportement est connu : TCE, Naphtalène, Pyrène, PCB-77 (RECORD 2025)
Le dernier axe de l’étude présente une revue actualisée des technologies consolidées, émergentes et e pouvant être appliquées sur les différentes matrices issues des flux canalisés et présentes dans les différents milieux récepteurs environnementaux. Le tableau ci-dessous montre les techniques abordées dans cette étude. Les principales informations de chacune des technologies, parfois complexes ont été synthétisées à la fin du rapport de l’étude sous la forme d’un tableau.
Tableau 1 : Techniques de traitement considérées dans l’étude séparées selon leur type d’application (séparation/concentration, destruction et immobilisation) et identifiées selon leur niveau de maturité et champ d’application (RECORD, 2025)
Cette étude met en évidence une plus grande diversité technologique pour le traitement des matrices liquides que pour les matrices solides et gazeuses. Les techniques les plus matures sont également les plus répandues sur le marché pour le traitement des autres contaminants, ce qui ne constitue pas une surprise majeure.
Parmi les techniques abordées, plusieurs solutions permettent de séparer et de concentrer les PFAS présents dans les matrices liquides.
La méthode de séparation par charbon actif (CA) est particulièrement efficace pour les PFAS à chaîne longue. Son utilisation peut permettre de respecter les limites réglementaires françaises actuelles (100 ng/l pour la somme des 20 PFAS dans les eaux potables), à condition d’utiliser un volume suffisant de CA. Cependant, cette technique montre ses limites face à des concentrations élevées de PFAS à chaîne courte ou dans le cas d’effluents contenant des PFAS ultra-courts, pour lesquels l’efficacité du CA est réduite. Bien qu’il existe de nombreux types de CA, une vue d’ensemble de leur efficacité serait utile.
Dans ce contexte, les résines échangeuses d’ions constituent une alternative intéressante, malgré un coût d’achat plus élevé à poids équivalent, elles offrent des capacités de charge supérieures et une efficacité démontrée pour l’adsorption des PFAS à chaîne courte et ultracourte. Les résines à usage unique sont pour le moment plus performantes que les résines régénérables. Cela souligne la nécessité de poursuivre les efforts de développement pour améliorer l’efficacité des solutions régénérables.
Parmi, les autres méthodes de séparation consolidées, les techniques membranaires montrent que l’osmose inverse (OI) se révèle plus efficace que la nanofiltration (NF). Elle présente l’intérêt de pouvoir traiter l’ensemble des composés, y compris les PFAS à chaîne ultracourte.
Enfin, le fractionnement par mousse est une technique de plus en plus utilisée comme méthode de séparation/concentration. Plusieurs entreprises la commercialisent avec des spécificités propres. Cette méthode présente une efficacité éprouvée pour les effluents aves des concentrations élevées en PFAS à chaîne longue (>C6). Plusieurs pistes de recherche et de développement (tensioactifs, séparation sous vide) sont en cours pour améliorer la séparation des composés à chaines courtes.
Concernant les méthodes de séparation appliquées aux matrices solides, le lavage de sol ex situ est actuellement la seule technique mature. Son efficacité dépend fortement de la granulométrie des sols et de leur teneur en matière organique, et reste principalement limitée aux PFAS à chaîne courte (<C8). Cette méthode ne permet donc pas à elle seule, de gérer l’ensemble des sols contaminés. Par ailleurs, dans les pays disposant d’unités de lavage, l’évolution réglementaire vers des seuils de plus en plus stricts rend indispensable le développement d’autres techniques comme les procédés de désorption notamment pour les fractions fines du sol. Ces efforts seront essentiels pour fournir des traitements à la fois conformes aux exigences réglementaires et viables économiquement.
Pour le moment, la désorption thermique, présente des résultats prometteurs, mais les retours d’expériences demeurent encore insuffisants. En particulier, le manque de données sur les gaz générés ne permet pas d’évaluer la qualité de l’effluent gazeux à traiter, ni de réaliser un bilan de masse fiable. Cette méthode nécessite donc des études de flux plus précises.
Au niveau des technologies plus expérimentales, la phytoextration pourrait être une solution de traitement compétitive, efficace et durable pour le traitement des sites modérément à fortement impactés Il existe cependant encore de nombreuses lacunes sur les applications de cette méthode pour l’élimination des PFAS, bien que des possibilités de mise en œuvre aient été identifiées sur les matrices liquides et solides.
Parmi les méthodes de destruction disponibles, l’incinération est actuellement la seule technologie disponible et acceptée en France. Toutefois même si les données disponibles indiquent des taux d’abattement élevés, il convient de les interpréter avec prudence car elles ne concernent que les composés analysés. Comme pour la désorption thermique, l’absence de bilan de masse complet ne permet pas de conclure sur l’élimination totale des PFAS.
Concernant les techniques alternatives de destruction des PFAS, une dynamique croissante de déploiement commercial est observée, dont certaines arrivent en France. Parmi les technologies prometteuses, l’oxydation supercritiques (SCWO), le traitement hydrothermal alcalin (HALT) et l’électrooxydation peuvent être mentionnées. Ces méthodes ne permettent pour l’instant de traiter que de faibles débits et sont principalement adaptées aux matrices liquides. Le SCWO et HALT peuvent également traiter des solides, mais uniquement sous forme de suspension, avec une concentration en matière sèche inférieure à 20%. À plus long terme, ces technologies, pourraient venir en complément de l’incinération, dans une filière dédiée à la gestion des déchets très concentrés tels que les résines échangeuses d’ions ou leurs solutions de lavage, les charbons actifs non régénérables, ainsi que les concentrats issus de l’osmose inverse.
Globalement, pour l’ensemble des méthodes de traitement par destruction, qu’elles soient matures ou émergentes, il est indispensable de consolider leurs résultats obtenus par des bilans de masses complets. Cette nécessité implique de disposer des données précises sur les flux de PFAS avant et après traitement dans les différentes phases (liquide, solide, aqueuse) et les éventuels produits de transformation et de dégradation. Pour cela, le développement de méthodes analytiques plus sensibles, moins couteuses et plus opérationnelles, notamment pour les matrices gazeuses (OTM 45 et 50) est indispensable pour suivre les traitements, garantir les futurs seuils réglementaires et faciliter le déploiement de la surveillance des PFAS.
L’étude propose également une synthèse de l’efficacité des technologies de traitement des PFAS sélectionnés, présentée sous la forme d’un tableau récapitulatif. Pour les composés disposant de peu, voire d’aucune donnée, l’évaluation s’appuie sur leurs propriétés physico-chimiques et sur les caractéristiques des procédés, permettant ainsi d’estimer l’efficacité par extrapolation comme dans l’exemple ci-dessous.
Tableau 2 : Évaluation de l’efficacité des technologies de traitement vis à vis des 36 composés PFAS sélectionnés (RECORD, 2025)
Conclusion
Cette étude montre qu’il n’y a pas de solution évidente et que tout est question d’énergie et des matrices polluées à traiter. En effet, toutes les technologies de traitement des PFAS, quelles soient matures ou émergentes, ne sont pas adaptées ou efficaces dans les mêmes conditions d’application. Par exemple, les procédés d’adsorption, tels que le CA ou les résines échangeuses d’ions, sont techniquement efficaces et souvent économiquement avantageuses pour le traitement de grands volumes de liquides à faible concentration, comme l’eau potable. En revanche, ces technologies peuvent s’avérer moins adaptées économiquement pour un traitement continu de faibles débits avec une concentration élevée en PFAS, tels que les mousses concentrées issues du procédé (FF). À l’inverse, plusieurs technologies de destruction des PFAS comme l’oxydation électrochimique, le traitement HALT ou SCWO, sont potentiellement efficaces pour des faibles débits et concentrations élevées.
De plus, toutes les technologies ne présentent pas les mêmes capacités de traitement selon les types de composés PFAS. Par exemple, certaines ont des performances limitées pour séparer les PFAS à chaine courte ou ultra-courte, comme les CA, alors que des procédés membranaires et résine, dans des conditions optimales, peuvent permettre une séparation plus efficace de ces composés.
Face aux limites spécifiques de chaque technologie de traitement, une approche intégrée s’impose : combiner plusieurs technologies au sein de chaînes de traitement pour maximiser l’efficacité globale et limiter les couts énergétiques. Par exemple, les technologies de destruction, souvent coûteuses ou complexes à mettre en œuvre seules, doivent être associées à des solutions de concentrations en amont.
Plusieurs points de vigilances ont également été identifiés au cours de cette étude.
A ce jour, la majorité des données disponibles, concernent en particulier les composés de la famille des PFCAs et PFSAs, notamment le PFOS et PFOA. Ce focus limite la capacité à évaluer pleinement l’efficacité des technologies sur l’ensemble des familles de PFAS, notamment les composés à chaîne ultra-courte ainsi que les précurseurs. Bien que certaines hypothèses puissent être faites à partir de leurs propriétés physico-chimiques et de leur structure moléculaire, ces suppositions restent à confirmer par des données expérimentales.
Il est également essentiel de souligner que, pour une même technique, le niveau de maturité peut varier considérablement d’un fournisseur à l’autre. Ces disparités influencent directement les performances, les délais de mise en applications et la fiabilité des résultats. Elles s’expliquent par les efforts continus de recherche et développement, visant à améliorer l’efficacité des procédés, optimiser les coûts et répondre aux défis spécifiques posés par les composés PFAS. Dans ce contexte, il est fortement recommandé de consulter plusieurs fournisseurs en amont d’un projet, afin de comparer les solutions disponibles, établir un bilan coût-avantage, et réaliser des essais de faisabilité et de traitabilité en laboratoire et/ou pilote.
Cette approche, renforce la nécessité d’intégrer systématiquement des études technico-économiques et de faisabilité dans les phases amont du projet. Ces études doivent prendre en compte les spécificités du site, les seuils de rejets et les paramètres de la matrice tels que : la nature du sol, la géochimie de l’eau, les débits, les concentrations, la durée du traitement (ponctuel/pérenne), la présence de co-contaminant.
Les PFAS sont omniprésents dans l’environnement, sous des formes extrêmement variées, avec des comportements physico-chimiques très hétérogènes. Même si leur production et leur importation venaient à cesser, les stocks déjà présents dans les sols, les eaux et les produits de consommation continueront à circuler dans les écosystèmes pendant des décennies, voir des siècles. Face à cette réalité, il est essentiel de mettre en place des barrières de traitement sur les différents flux, qu’ils soient déjà traités (en sortie de STEP, d’unités industrielles ou de centres de traitement de lixiviats) ou non encore captés. Cette stratégie doit s’appuyer de retours d’expérience plus nombreux en conditions réelles, de méthodes analytiques plus robustes et accessibles ainsi que de seuils réglementaires clairs permettant d’orienter les choix technologiques et les priorités d’action.
La mobilisation collective des acteurs concernés est essentielle pour enrichir les connaissances, partager les retours d’expérience et contribuer à l’objectif commun de réduire durablement la présence des PFAS dans l’environnement.
