horizon des enjeux prioritaires pour la connaissance de la qualité chimique des milieux aquatiques...
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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