Étude comparative de trois biomoniteurs (conifère, escargot et miel) pour évaluer la variabilité spatio-temporelle de polluants organiques dans l’atmosphère au Liban

Comparative study of three biomonitors (conifer, snail and honey) to assess the spatio-temporal variability of organic pollutants in the atmosphere in Lebanon

• Auteur / Autrice : Firas Baroudi
• Direction : Maurice Millet, Ziad Fajloun
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique
• Date : Soutenance le 10/12/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Vuilleumier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Delhomme, Joséphine Al-Alam, Damien Banas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Annette Devaufleury, Jérôme Ledauphin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Air -- Qualité

Chimie de l'environnement

Pollution atmosphérique

Chimie analytique

Mots clés libres

Pollution de l’air

Biosurveillance environnementale

QuEChERS

Helix aspersa

Pinus nigra

Pesticides

Polluants organiques persistants

Air pollution

Environnemental biomonitoring

QuEChERS

Helix aspersa

Pinus nigra

Pesticides

Persistent organic pollutants

Résumé

La pollution de l’air a des impacts importants sur la santé humaine et l’environnement et représente aujourd’hui l’un des principaux sujets de préoccupation environnementale du monde. Ainsi, il est nécessaire d'améliorer la compréhension de la dynamique de la pollution afin de concevoir des stratégies efficaces pour contrôler la qualité de l'air et réduire l'impact de cette pollution. C’est dans ce contexte que se situe l'objectif principal de cette thèse consistant à caractériser la qualité de l'air en développant des méthodes d'extraction multi-résidus basées sur la biosurveillance qui utilise le vivant (organisme animal ou végétal) comme matrice pour surveiller l’évolution, les altérations ou les modifications de la qualité de l’air dans un environnement donné. En effet, certaines espèces vivantes sont sensibles à des polluants uniques spécifiques ou à des mélanges de polluants et pourraient donc probablement être utilisées pour surveiller les effets des polluants en tant que biomoniteurs. Plusieurs méthodes analytiques ont été développées dans le cadre de ces travaux de thèse et ont permis l'analyse simultanée de 158 polluants environnementaux émergents du gastéropode terrestre Helix aspersa et 172 polluants du conifère Pinus nigra. La combinaison d'une méthode d'extraction simple telle que le QuEChERS avec un procédé de microextraction sur phase solide couplée à des techniques chromatographiques a été valorisée au cours de ces travaux et a permis l'extraction de ce grand nombre de polluants. Ces méthodes ont prouvé leur efficacité notamment en termes de rendement, de rapidité et de respect de l'environnement. De plus, la méthode QuEChERS a donné des bonnes performances en termes de linéarité, d'exactitude et de précision. Cette méthode d'extraction suivie par une analyse chromatographie en phase liquide et/ou gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en tandem s’est révélée être un outil fiable pour l'analyse en routine d'une large gamme de composés, à l'état de traces, dans les escargots et les aiguilles de conifères. En outre, elle pourrait être appliquée dans d'autres études de biosurveillance environnementale sur d’autres matrices biologiques. Les résultats obtenus ont montré que les conifères et les escargots peuvent refléter des émissions spécifiques de polluants et doivent être considérés comme des sentinelles appropriées pour la mise en évidence de la pollution de l'environnement, en particulier lorsque les échantillons sont prélevés dans plusieurs zones à différentes altitudes. De même, il a pu être montré que les différences de concentrations des polluants observés pourraient être corrélées avec les propriétés physico-chimiques des composés, la proximité des sources et d'autres facteurs environnementaux tels que les conditions climatiques. Enfin, les résultats obtenus au Liban confirment la nécessité de créer une législation pour les pesticides et les polluants organiques persistants en incitant des recherches plus poussées pour identifier les principales sources de contamination, estimer leur contribution à la contamination globale et étudier les solutions possibles pour diminuer cette contamination.

Air pollution has significant impacts on human health and the environment and currently is the one of the major environmental concern in the world. Thus, there is a need to improve understanding of the dynamics of pollution in order to plan effective strategies to control air quality and reduce the impact of this pollution. The main objective of this thesis is consisting in characterizing the air quality by developing multi-residue extraction methods based on biomonitoring which uses living organisms (animal or plant organism) as matrix to monitor the evolution, alterations or modifications of air quality in environment. Just as some living species are sensitive to specific pollutants or mixtures of pollutants and are therefore likely to be used to monitor the effects of pollutants as biomonitors.Several analytical methods were developed as part of this thesis work and allowed the simultaneous analysis of 158 environmental pollutants from the terrestrial gastropod Helix aspersa and 172 pollutants from the Pinus nigra conifer. The combination of a simple extraction method such as QuEChERS with a solid phase microextraction process coupled with chromatographic techniques was also valued during this work and allowed the extraction of this large number of pollutants. These methods have proven their effectiveness, in particular in terms of efficiency and respect for the environment. The validation of the QuEChERS method shows also good performances in terms of linearity, accuracy and precision. This extraction method followed by liquid and / or gas chromatographic analysis coupled with tandem mass spectrometry has proven to be a reliable tool for the routine analysis of a wide range of compounds, at the trace, in snails and conifer needles and can be applied in other environmental biomonitoring studies.In addition, obtained results also showed that conifers and snails can reflect specific environmental emissions and should be considered as appropriate sentinels for environmental pollution survey, especially when samples are taken from several areas at different altitudes. Likewise, it have shown that the differences in pollutant concentrations could be correlated with the physico-chemical properties of the compounds, the proximity of sources and other environmental factors such as climatic conditions. Finally, obtained results in Lebanon confirm the need to create a registration for pesticides and persistent organic pollutants through initiative research to identify the main sources of contamination, estimate their contribution to the overall contamination and study possible solutions during treatment.