Développement et applications environnementales des échantillonneurs passifs pour la surveillance des écosystèmes aquatiques

Improvement and field application of passive samplers for monitoring of aquatic ecosystems

• Auteur / Autrice : Angel Belles
• Direction : Hélène Budzinski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique
• Date : Soutenance le 14/12/2012
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Mazellier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Mazzella Di Bosco, Jean-Louis Gonzalez
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Maurice Millet, Catherine Gourlay-Francé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Échantillonnage

Polluants organiques de l'eau

Écologie des eaux

Mots clés libres

Echantillonneurs passifs

Composés organiques polaires

Pocis

Calibration

Passive sampling

Polar organic compounds

Pocis

Calibration

Résumé

Pour une meilleure compréhension en gestion de la qualité de l’environnement le dosage des contaminants dans les différents compartiments naturels reste un premier pas vers l’élucidation de la dynamique des polluants et de leurs impacts sur les écosystèmes. Cependant les stratégies d’échantillonnage usuellement utilisées n’ont pas changé depuis l’avènement de la chimie analytique. Ces techniques consistent en général à prélever une certaine quantité de l’échantillon (eau, air, solide) afin d’en extraire les substances d’intérêt pour les doser. La question de la représentativité de telles pratiques se pose alors ; en effet pour un site donné la contamination peut être très variable au cours du temps et sur de faibles distances. La compréhension fine de la contamination d’un milieu en utilisant de telles techniques impose alors la multiplication des prélèvements dans le temps et l’espace.Depuis les années 80 mais surtout depuis le début des années 2000, des outils d’échantillonnage passif ont été mis au point dans de nombreux domaines permettant d’avoir un suivi de la contamination intégré dans le temps à moindre coût. Ces nouvelles approches consistent à prélever l’échantillon en continu et in-situ sans apport d’énergie, fournissant ainsi une valeur moyenne de la contamination.Afin de pouvoir utiliser ces dispositifs, un certain nombre de développements en laboratoire doivent être au préalable menés afin de déterminer les constantes cinétiques nécessaires pour déduire la contamination du milieu échantillonné à partir des résidus séquestrés par les échantillonneurs. Ainsi, dans le cadre de ces travaux, une sélection d’échantillonneurs existants ont été testés et adaptés en laboratoire puis évalués en conditions réelles sur divers sites environnementaux.Les développements en laboratoire ont eu pour objet de mettre au point différentes configurations d’outils dans le but d’être applicables au plus grand nombre de molécules et ce de la manière la plus quantitative possible. A titre d’exemple, des dispositifs adaptés ont été mis au point pour l’échantillonnage de molécules très polaires qui auparavant n’étaient pas efficacement échantillonnées par les dispositifs existants. Sur site, les outils d’échantillonnage ont principalement été mis en œuvre dans le cadre de programmes de recherche plus vastes et ont à ce titre pu être testés sur de grands terrains d’étude (Bassin d’Arcachon et Estuaire de la Gironde) et être comparés aux techniques d’échantillonnage ponctuels qui font actuellement référence. Les résultats fournis par les outils sont proches de ceux obtenus par échantillonnage ponctuel. Cependant l’aspect quantitatif apparaît probablement encore améliorable soit par l’usage de nouveaux composés référence de performance soit par mise au point de dispositifs plus robustes et faiblement impactés dans leurs performances par les conditions environnementales.

For a better understanding and management of the environmental quality, contaminant analysis in the various compartments is a natural first step in the understanding of the dynamics of pollutants and of their impacts on ecosystems. However sampling strategies commonly used have not changed since the advent of analytical chemistry. These techniques in general consist of taking a certain amount of sample (water, air, solid) to extract the substances of interest to assay. The issue of representativeness of such sampling practices arises since for a given site the contamination can vary over time and over short distances. Detailed understanding of the contamination of an ecosystem using such sampling techniques requires the multiplication of samples over time and space.Since the 80’s and more especially the beginning of 2000, passive sampling tools have been developed in many areas. They provide an integrated monitoring of contamination over time at low cost. These new approaches are based on the fact that the sample are taken continuously in-situ and without energy supply, thus providing an average value of the contamination.To use these devices, a number of laboratory developments must first be conducted to determine the kinetic constants to deduce the necessary characteristics of the environmental contamination. Thus, as part of this work, a selection of existing samplers has been tested and adapted in laboratory experiments and evaluated in real conditions at various environmental sites.Laboratory developments have been conducted to develop different configuration tools in order to be used for a wide range of pollutants with the best quantitative capacity. For example, suitable devices have been developed for sampling highly polar molecules which previously were not strongly sampled by existing devices.On-site, sampling tools were mainly implemented in the framework of broader research programs and consequently have been tested during large field studies (Bassin d'Arcachon, Gironde Estuary) to compare their performance to grab sampling techniques. The results provided by the tools are similar to those obtained by grab sampling. However, the quantitative aspect appears still improvable either by the use of new performance reference compounds or by using devices more robust and slightly affected in their performance by environmental conditions.