Ecodynamique des PCB en milieu lacustre : transferts abiotiques et bioaccumulation par les espèces piscicoles. L'exemple du Lac du Bourget

Ecodynamics of PCBs in lacustrine environments : abiotic transfers and bioaccumulation in fish

• Auteur / Autrice : Thibault Masset
• Direction : Emmanuel Naffrechoux, Christine Piot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biodiversité, écologie, environnement
• Date : Soutenance le 25/11/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de chimie moléculaire et environnement (Chambéry)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Elodie Perga
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Laure Bégout Anras
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Labadie, Vera Slaveykova

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bourget, Lac du (France)

Bioaccumulation

Biphényles polychlorés

Mots clés libres

PCB

Décontamination

Lacs

Bioaccumulation

Poissons

Volatilisation

PCB

Decontamination

Lakes

Bioaccumulation

Fish

Volatilization

Résumé

Qu’ils soient d’origine naturelle ou anthropique, de nombreux composés chimiques circulent aujourd’hui dans notre environnement. Parmi eux, les Polychlorobiphényles (PCB), produits entre 1920 et 1990 pour des applications industrielles variées restent considérés aujourd’hui comme des polluants ubiquistes. Classés comme Polluants Organiques Persistants (POP) par la convention de Stockholm en 2001, ils présentent des caractéristiques physico-chimiques (temps de demi-vie élevé, dégradation dans l’environnement limitée, semi-volatilité) les rendant particulièrement mobiles, transférables et persistants dans l’environnement. De plus, la forte toxicité de ses composés (classés cancérigènes certains par le Centre International de Recherche sur le Cancer) est la cause des problématiques sanitaires et environnementales observées dans plusieurs régions du globe contaminées par les PCB. Les mécanismes de transferts abiotiques et biotiques de ces composés dans les écosystèmes aquatiques périalpins sont relativement peu connus. L’écodynamique des PCB nécessite d’être investiguée en détail afin de pouvoir appréhender le devenir de ces composés dans ces écosystèmes lacustres particulièrement fragiles. Ces travaux de thèse avaient pour objectifs i) d’identifier les flux principaux dirigeant la dynamique des PCB dans les lacs périalpins, ii) d’évaluer les modèles ou mesures pertinents pour une détermination fiable de la volatilisation des PCB à l’interface air/eau et iii) de caractériser les facteurs environnementaux, trophiques et physiologiques responsables de la contamination aux PCB de la faune piscicole dans les lacs périalpins. Ces travaux ont été menés sur le lac du Bourget (Savoie – France) à travers une approche de terrain permettant la collecte de nombreux échantillons. Supplémentés par l’utilisation de divers outils de modélisation, ces mesures ont permis d’identifier l’enfouissement des PCB dans le sédiment profond et la volatilisation comme mécanismes contrôlant la décontamination naturelle du lac tandis que les affluents du lac étaient responsables de la majorité des apports de PCB au lac. Le développement d’un système de mesure du flux de volatilisation des PCB à la surface du lac a permis la comparaison des résultats obtenus à ceux déterminés via l’utilisation de modèles physiques. Les mécanismes de bioaccumulation des PCB chez deux espèces de poissons emblématiques du lac (l’Omble Chevalier et le Corégone) ont été identifiés. Des facteurs anatomiques, trophiques mais également environnementaux expliquent une partie importante de la variabilité de la contamination interindividuelle observée chez ces salmonidés. Les résultats obtenus au cours de ce travail de thèse ont permis d’améliorer la compréhension des mécanismes et facteurs impliqués dans la dynamique biotique et abiotiques des PCB dans les écosystèmes lacustres périalpins.

Nowadays, numerous natural or manmade chemical compounds still disseminate in our environment. Among them, Polychlorobiphényls (PCBs) are compounds produced between 1920 and 1990 for various industrial applications, today considered as ubiquitous pollutants. As 1 of the 12 Persistent Organic Pollutants (POPs) referred-to by the Stockholm Convention in 2001, they exhibit physicochemical characteristic (high environmental half-life, low degradation, semi-volatility) enabling their mobility and persistency in the environment. Moreover, they are highly toxic (classified as carcinogenic molecules by the International Agency for Research on Cancer (IARC) and, thus, responsible for many environmental and sanitary issues over the globe. Knowledge of abiotic and biotic transfers mechanisms of PCBs in perialpine aquatic ecosystems is limited. PCB ecodynamics need further investigation for a better understanding of their fate in these highly sensitive ecosystems. The main objectives of this thesis were i) to identify the main fluxes driving PCBs dynamics in perialpine lakes, ii) to evaluate appropriate models or methodologies for accurate determination of volatilization fluxes of PCB at the air/water interface and iii) to characterize environmental, trophic and physiologic factors affecting PCB contamination of fish in perialpine lakes. Lake Bourget (Savoie – France) was chosen as the study site for this work. Field sampling was performed and coupled with modeling approaches enabling to identify sediment burial and volatilization as the main mechanisms leading to the natural decontamination of the lake. Tributaries inflows were responsible for most of the PCB inputs to the lake water. An experimental device was developed for direct measurements of the volatilization flux and the results were compared with the model-based approaches currently used in the literature. Finally, bioaccumulation mechanisms of PCBs for two fish species (Arctic char and whitefish) were disentangled. Anatomic, trophic and environmental factors explained a large part of the interindividual variability of the fish contamination. The results obtained in this work allowed a better understanding of the mechanisms involved in biotic and abiotic dynamics of PCBs in perialpine aquatic ecosystems.