Horizon des enjeux prioritaires pour la connaissance de la qualité chimique des

milieux aquatiques

H. BudzinskiH. Budzinski

LPTC – ISM - UMR 5255 CNRS - Université Bordeaux ILPTC – ISM - UMR 5255 CNRS - Université Bordeaux I

PRODUITS CHIMIQUES - CONTAMINANTS CHIMIQUES

• ENV. 18 MILLIONS DE MOLECULES ENREGISTREES AU CAS

• 96 % CONTIENNENT AU MOINS 1 ATOME DE C

• PLUS DE 100 000 SUBSTANCES SONT COMMUNEMENT UTILISEES (30 000 > 1T)

D’ENTRE ELLES PRESENTENT UN DANGER EXISTANT OU POTENTIEL POUR L’HOMME ET SON ENVIRONNEMENT ?

UNE ÉTUDE DE L ’US EPA MET EN ÉVIDENCE LE FAIT QUE SUR LES 3000 SUBSTANCES MAJEURES

• 43% N ’ONT PAS DE DONNÉES TOXICOLOGIQUES• 7% SONT COMPLÈTEMENT RENSEIGNÉES

Une bonne évaluation des risques chimiques ?

Estimation des rejets

Comportement dans

l ’environnement

Identification des dangers

Relation concentration -

effets

Caractérisation du risque

Concentration dans

l’environnement (PEC)

Concentrations sans effet (PNEC)

3

2

1

3

2

1

compréhensif

détaillé, raffiné

initial, préliminaire

Niveaux

Toxicité à long termeDonnées sur le terrainDonnées épidémiologiques

Toxicité chronique

Toxicité aiguë

Effets

Mesures sur le terrainModèles de prédiction dynamique en non-équilibre

Modèles de distribution dynamiqueà l’équilibre

Données physico-chimiques de baseModèles de partage statique

Exposition

Incertitudes dansl’évaluation du risque

1- manque d ’informations : rejets et pertes, exposition, toxicologiques, écotoxicologiques, effets des mélanges,…

2- incertitudes des mesures : représentativité, erreurs,…

3- conditions d ’observations : pertinence, variabilité,…

4- inadaptation des modèles

ComplexitéPertinenceCoût

Quelques questions générales

Quelles molécules ?

Quels compartiments ?

Que choisir et pour quoi faire? (ex : présence et/ou biodisponible?; cible sanitaire et/ou enviornnementale?, …)

Quelles méthodes?

Echantillonnage :

Matériel (ex : nalgène pour Glyphosate, verre pour HAP) Préparation du matériel (ex : calcination – ultra-traces) Méthodologie (pompes, bouteilles, bennes…) Stratégie (réplicats, pools, hauteur colonne d’eau, …) – paramètres accompagnateurs (granulo, %CO, % lipides, …)

Focazio et al. (2008)

Echantillonnage :

Matériel (ex : nalgène pour Glyphosate, verre pour HAP) Préparation du matériel (ex : calcination – ultra-traces) Méthodologie (pompes, bouteilles, bennes…) Stratégie (réplicats, pools, hauteur colonne d’eau, …) – paramètres accompagnateurs (granulo, %CO, % lipides, …)

Variabilité des mesures

0

100

200

T+1 T+3 T+5 T+7 T+9 T+11 T+13 T+15 T+17 T+19 T+21 T+23

ng .l-1 naproxènemoyenne

Dans les effluents de station

0

50

100

S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10

Concentr

atio

n n

g.l-

1

0

400

800

1200

m3

.s-1

Carbamazépine

débit de la Seine

Dans les systèmes naturels

Prélèvements moyennés – intégrés??

Référentiel à définir spécifiquement pour les sédiments et les organismes (??)

• Sédiments– Hétérogénéité granulométrique (tamisage, broyage ? Risques de

contamination)– CO%, black carbon%– Hétérogénité spatiale et temporelle (pools, fréquence?)

• Organismes– Lipides– Cycle annuel– Stade de vie– Organes?– Compartiment (benthique, pélagique)

Cas particulier de la phase particulaire (composés hydrophobes et autres??)

• Peu ou pas pris en compte à l’heure actuelle mais peut être majeur (cas des HAP) (entre 50 et 90% en phase particulaire – variable selon les composés – plus marqués pour les lourds)

• Problème méthodologique : filtration, centrifugation (volumes d’eau, conditions de préparation, blancs, …)

• Quels composés : hydrophobes ou autres?

Rôle de la phase particulaire

Ibuprofène

0

200

400

0 0,03 0,8 2 8 10

ng.l-1 particulairedissous

Naproxène

0800

16002400

0 0,03 0,8 2 8 10

ng.l-1

Carbamazépine

0

250

500

0 0,03 0,8 2 8 10

ng.l-1

Contaminant Pathologie?

Air

Eau

Sédiment

Organismes

• Bioaccumulation

• Biotransformation

• Perturbations Fonctionnelles

• Génotoxicité

• Génomique – Protéomique

• …

• Sources - Introduction - Présence - Transformation

• Biodisponibilité

• Transfert

= Devenir - Exposition ?

PEC

PNEC

Couplage Chimie/Biologie

Deux exemples :

• Métabolites des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP)

• « Effect-Directed Analysis » (EDA)

DEVENIR D’UN XENOBIOTIQUE

Accumulation

Absorption

Excrétion

Muta.Cancéro.Repro.

Distribution

Métabolisation

Altérations ADNInteractions Prot

HAP

Electrophiles

Oxydation

Conjugaison

HAPComposés Hydrophobes

METABOLITES

METABOLITESHydrophiles

Phase I

Phase II

Excrétion

Toxicité

Bivalves

Poissons

AFSSA, 2003

CONTAMINATION EN HAP DES TISSUS

Marée noire « Erika »Décembre 1999

2000

200

Concentration externe

biodisponible

Effets

Exposition

Dose interneDose

biologique efficace

L’étude des métabolites de HAP permet d’une part de mieux comprendre l’exposition des organismes aux HAP et d’autre part d’établir un lien entre exposition et effets biologiques comme les altérations de l’ADN.

1298

Comparaison des teneurs en HAP des muscles et des teneurs en métabolites biliaires de 2000 à 2002

Identification des composés toxiques dans l’environnement

Chimie : dosage de polluants cibles Biologie : biotests pas toujours spécifiques mais

peut voir des “choses” sans cibler

liens chimie / biologie difficiles

mécanismes de toxicité

nouveaux contaminants

produits de biotransformation

? ? ?

Limitations actuelles :

Approches classiquesApproches classiques

tox

Fractionnement

chimique

Tests Ecotoxicologiques

(Cancérigène Mutagène

Reprotoxique - CMR)

Identification Moléculaire des polluants

= simplification (physico-chimique, affinité, …)

Procédure :

Sam

ple

bioteststo

x

Fractionnement

chimique

biotests biotests

Caractérisation chimique

Fractions non toxiquesFractions toxiques

Comment déconvoluer ?Fractionneme

nt d’échantillons

Approche possibleApproche possible

GC/MS

???

????

Houtman, 2007

Toutes ces questions dépendent du composés a doser

• On dose bien ce que l’on connait (danger des coincidences)• Impossible de tout doser

• Composés nouveaux - Composés inconnus (transformations, …) • Quels composés ?• Fort impact des usages et du mode de vie• Actualisaton (veille technique mais aussi sociétale)

Focazzio et al., 2008