Développement de l'échantillonnage passif par Chemcatcher® et feuilles de silicone pour le suivi de contaminants organohalogénés hydrophobes émergents dans les masses d'eaux

Development of passive sampling with Chemcatcher® and silicone rubbers for monitoring emerging hydrophobic organohalogenated contaminants in water bodies

• Auteur / Autrice : Mathilde Godéré
• Direction : Pierre Doumenq, Laure Malleret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie de l'environnement
• Date : Soutenance le 12/04/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire chimie et environnement (LCE) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Gonzales
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Mazzella Di Bosco
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Miège, Hélène Budzinski

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères

Pollution

Alcanes

Diméticone

Mots clés libres

Échantillonnage passif

Feuilles de Silicone

Chemcatcher®

Paraffines Chlorées

Retardateurs de Flamme Bromés

Directive Cadre Européenne sur l’Eau

Passive Sampling

Silicone Rubbers

Chemcatcher®

Chlorinated Paraffins

Brominated Flame Retardants

European Union Water Framework Directive

Résumé

La pollution chimique des eaux soulève des enjeux majeurs liés à la quantification de Contaminants Organiques Hydrophobes (HOCs) émergents listés par la Directive Cadre Européenne sur l'Eau et présents à très faibles concentrations dans les eaux. En sus d’un gain en représentativité temporelle, l’Échantillonnage Passif (PS) peut constituer une solution intéressante pour la mesure des HOCs en permettant leur préconcentration in situ. Ce travail doctoral a eu pour objectif de développer cette approche pour trois familles de HOCs émergents : les Paraffines Chlorées (CPs), les PolyBromoDiphénylÉthers (PBDEs) et les isomères de l’HexaBromoCycloDoDécane (HBCDD). Deux échantillonneurs ont été testés : les Chemcatcher^® et les feuilles de silicone. Leur applicabilité à l'étude des mélanges complexes de CPs a été démontrée par un premier essai en laboratoire. Les propriétés des HOCs vis-à-vis du silicone ont ensuite été étudiées, révélant la grande perméabilité de ce polymère ainsi que des coefficients de partage silicone-eau compris entre 10^4,5 et 10^7,6. Des taux d'échantillonnage d’environ 1 à 10 litres par jour ont été mesurés via une calibration en laboratoire. Des relations prédictives ont été proposées pour divers HOCs par la combinaison de nos données avec celles publiées. Enfin, les échantillonneurs ont été déployés dans des eaux côtières de l'Étang de Berre et du Golfe de Fos (France), parallèlement à la collecte d'échantillons ponctuels d'eau, de sédiments et de moules. Des concentrations de HOCs ciblés allant jusqu'au pg.L^-1 ont été observées, ainsi que leurs fluctuations temporelles à court terme, soulignant de surcroît les avantages apportés par le PS.

Chemical water pollution raises major issues related to the quantification of emerging Hydrophobic Organic Contaminants (HOCs), listed by the European Water Framework Directive and present at very low concentrations in waters. Besides improving the temporal representativeness, Passive Sampling (PS) can be an interesting solution for the measurement of HOCs, allowing them to be preconcentrated in-situ. This doctoral thesis aimed at developing this approach for three families of emerging HOCs: Chlorinated Paraffins (CPs), PolyBrominated Diphenyl Ethers (PBDEs) and HexaBromoCycloDoDecane isomers (HBCDD). Two sampling devices were tested: Chemcatcher^® and silicone rubbers. Their applicability to the sampling of complex mixtures of CPs was demonstrated through a first laboratory trial. The properties of HOCs with respect to silicone were then studied, revealing the high permeability of this polymer, and silicone-water partition coefficients ranging from 10^4.5 to 10^7.6 were obtained. Sampling rates ranging from about 1 to 10 liters per day were measured through a laboratory calibration. The combination of our data with that of the literature allowed us to propose predictive relationships for a wide range of HOCs. Finally, the samplers were deployed in coastal waters from Berre Lagoon and Gulf of Fos (France), in parallel with the collection of spot water, sediment and mussel samples. Concentrations of the targeted HOCs down to the pg.L^-1 were observed, as well as short-term temporal fluctuations, furthermore highlighting the benefits provided by the PS approach.