Développement et déploiement d’échantillonnage passif pour l’analyse par spectrométrie de masse de polluants organiques émergents dans les systèmes aquatiques souterrains

Development and use of passive sampling for mass spectrometric analysis of emerging organic pollutants in aquatic subsurface systems

• Auteur / Autrice : Lucie Pinasseau
• Direction : Emmanuelle Vulliet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique, Environnement
• Date : Soutenance le 14/10/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences Analytiques
• Jury : Président / Présidente : Pierre Marmonier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuelle Vulliet, Damiá Barceló, Hélène Budzinski, Pierre Doumenq, Anne Togola
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Damiá Barceló, Hélène Budzinski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoulement (hydrologie)

Eau -- Pollution par les pesticides

Eaux souterraines -- Qualité

Eaux souterraines -- Pollution

Mots clés libres

Echantillonneur passif

Calibration

Eau souterraine

Pesticides/Pharmaceutiques

LC-MS/MS

LC-HRMS

Quantification/Screening

Pratiques d'infiltration des eaux de ruissellement urbain

Passive sampler

Calibration

Groundwater

Pesticides/Pharmaceuticals

LC-MS/MS

LC-HRMS

Quantification/Screening

Urban stormwater runoff infiltration practices

Résumé

Au cours de la dernière décennie, un grand nombre de contaminants tels que des pesticides et pharmaceutiques ont été détectés dans les eaux souterraines. Par conséquent, la surveillance de la qualité des eaux souterraines est devenue une nécessité dans de nombreuses régions du monde. Cependant, l'analyse des contaminants organiques dans les eaux souterraines est un défi car ils sont généralement présents à des concentrations faibles (ng L-1 à pg L-1) et variables. Les échantillonneurs passifs, tels que ceux basés sur les disques Empore™ (ED), sont des outils prometteurs puisqu’ils intègrent les évènements de pollution qui peuvent avoir lieu entre deux périodes d’échantillonnage et que l'accumulation des micropolluants sur l’échantillonneur engendre une diminution des limites de détection. Cependant, leur déploiement dans les eaux souterraines est difficile car le diamètre interne des puits de forage est généralement inférieur à celui des dispositifs. L'objectif principal de cette thèse est de développer un nouveau type d'échantillonneur par ED spécialement conçu pour un déploiement dans les eaux souterraines, et d'étudier l'applicabilité de l'échantillonnage passif à des fins qualitatives et (semi-)quantitatives pour des pesticides et pharmaceutiques polaires et semi-polaires. Ainsi, un nouvel échantillonneur par ED au design simple, peu coûteux et robuste a été conçu. Des expériences en laboratoire (étapes de conditionnement et d'élution des disques d'extraction, développement et optimisation de la méthode globale d'analyse, étude cinétique d'adsorption) et sur le terrain (déploiement dans les eaux souterraines au cours de trois campagnes) ont été entreprises et les résultats ont montré que notre échantillonneur est un outil prometteur pour des études qualitatives et (semi-)quantitatives. Notre dispositif peut être facilement inséré dans des puits de forage de taille standard et il permet une évaluation précise de la contamination des eaux souterraines en rendant possible la détection de contaminants habituellement trouvés à de très faibles concentrations. Il a également permis d'obtenir de nouvelles données (semi-)quantitatives sur des contaminants récents et peu étudiés. L'intérêt de notre échantillonneur par ED a été mis en avant dans une deuxième partie de ce travail de recherche portant sur l'impact des pratiques d'infiltration des eaux de ruissellement sur la contamination des eaux souterraines par les pesticides et pharmaceutiques polaires et semi-polaires en zone urbaine

Over the last decade, a wide range of contaminants such as pesticides and pharmaceuticals have been detected in various groundwater sources. Therefore, monitoring the quality of groundwater has become a necessity in many parts of the world. Nevertheless, the measurement of organic contaminants in groundwater is challenging as they occur at low (ng L-1 to pg L-1) and variable concentrations. Passive samplers such as Empore™ disk (ED)-based passive samplers are a promising tool as they can yield time-weighted average concentrations over their deployment period and the degree of analyte pre-concentration allows for an increase overall analytical sensitivity of the procedure. However, a deployment in groundwater is not easy as the internal diameter of the well bore-holes is often smaller than passive sampler devices. The main aim of this thesis is to developed a novel type of ED-based sampler specially designed to be used in standard sized groundwater wells, and to study the applicability of passive sampling for both qualitative and (semi-)quantitative purposes for polar and semi-polar pesticides and pharmaceuticals. As a result, a simple, low cost and robust novel ED-based sampler was designed. Laboratory (conditionment and elution steps of extraction disks, overall analytical method development and optimization, uptake kinetic study) and field (deployment in groundwater during three field campaigns) experiments were undertaken and the results showed that the device is an efficient tool for both qualitative and (semi-)quantitative purposes. Our device can be easily inserted into standard sized groundwater wells, allows an accurate assessment of groundwater contamination by enabling the detection of contaminants usually found at very low concentrations, and provides new (semi-)quantitative data on recent and understudied contaminants. The usefulness of our ED-based sampler has been higlighted in a second part of this research work focusing on the impact of stormwater runoff infiltration practices on groundwater contamination by polar and semi-polar pesticides and pharmaceuticals in urban area