Amélioration des évaluations de risques sanitaires par l'utilisation de la bioaccessibilité orale comme outil de caractérisation des expositions de l'Homme aux éléments métalliques

Improving health risk assessment by using oral bioaccessibility as a tool for characterizing human exposure to metallic elements

• Auteur / Autrice : Madeleine Billmann
• Direction : Aurélie Pelfrêne, Corinne Hulot, Benjamin Pauget
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'environnement, des organismes, des populations, écologie
• Date : Soutenance le 04/11/2024
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCgE - Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Financeur : Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (France) - JUNIA (Lille ; 2020-....)
• Jury : Président / Présidente : Annabelle Deram
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Joussein, Matthieu Bravin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Camille Dumat, Sébastien Denys
• DOI : 10.70675/359c39e0z5c68z47dfz8c0fzde8dff9824d0

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cadmium

Nickel

Arsenic

Plomb

Chrome

Évaluation

Risques pour la santé

Sols -- Pollution par les métaux lourds

Solubilité

Biodisponibilité

Polluants inorganiques

Mots clés libres

Bioaccessibilité orale

Biodisponibilité

Contamination métallique

Evaluation quantitative des risques sanitaires

Site et sols pollués

Méthode unifiée de bioaccessibilité (Test UBM)

Oral bioaccessibility

Bioavailability

Metallic contamination

Quantitative health risk assessment

Polluted sites and soils

Résumé

La problématique de la contamination des sols, et notamment aux éléments métalliques (EM), est un défi majeur auquel de nombreux pays sont confrontés à travers le monde. L'augmentation de la population mondiale et l'urbanisation poussent à la reconquête des sites à passifs environnementaux (souvent contaminés) autrefois délaissés. Il est alors nécessaire de sécuriser d'un point de vue sanitaire les nouveaux usages de ces sites. Cependant, l'évaluation des risques sanitaires, basées classiquement sur les concentrations totales, peut diverger de celle plus réaliste basée sur les concentrations biodisponibles (concentrations ayant réellement atteint les sites d'action). C'est pourquoi en France, il est recommandé d'intégrer la biodisponibilité orale via la mesure de la bioaccessibilité au moyen du test normé UBM (Unified Bioaccessibility Method ; ISO 17924:2019). Ce test in vitro mime la phase de solubilisation des EM par les fluides digestifs et est validé en comparaison à un modèle animal (porcelet) pour l'As, le Cd et le Pb. Mais, cette méthode n'est pas encore suffisamment intégrée comme outil permettant d'affiner les évaluations de risques sanitaires. À la suite de ce constat, l'objectif de ce travail était d'améliorer la caractérisation des expositions des populations lors des calculs de risques sanitaires au travers de la prise en compte de la bioaccessibilité. Dans ce but, la bioaccessibilité du Cr et Ni, deux autres éléments d'intérêt dans la gestion SSP a été étudiée. Mes travaux ont montré l'intérêt de s'intéresser à ces éléments car leur bioaccessibilité tant pour la phase gastrique que gastro-intestinale est identifiée comme majoritairement faible (<20% pour le Cr et <30% pour le Ni). Ces résultats ont été confirmés par les premières estimations de la potentielle biodisponibilité mesurée lors des essais in vivo qui apparait être faible également. L'influence du temps avec ou sans apport d'amendements a également été étudiée et a permis de montrer que l'ajout d'amendements (compost ou biochar) n'est pas toujours bénéfique à long terme pour réduire les risques sanitaires. Dans le but de promouvoir l'utilisation de la bioaccessibilité, des recommandations opérationnelles ainsi qu'une nouvelle démarche d'intégration de la bioaccessibilité dans les évaluations des risques sanitaires ont été proposés répondant au mieux à certaines difficultés rencontrées par les opérateurs lors de l'utilisation de la bioaccessibilité.

Soil contamination, particularly by potential toxic elements (PTE)s, is a significant challenge that many countries around the world face. As the global population grows and urbanization increases, there is a need to reclaim environmentally degraded sites that were previously abandoned, however, ensuring the safety of these sites for new uses is crucial. Traditionally, health risk assessments have focused on total concentrations of contaminants in soils. Nevertheless, more accurate assessments consider the bioavailable concentrations as it corresponds to the amounts that actually reach the biological sites. In France, oral bioavailability can be integrated into risk assessments through bioaccessibility testing, specifically using the standardized UBM (Unified Bioaccessibility Method; ISO 17924). This in vitro method simulates the solubilization of PTEs by digestive fluids and has been validated on an animal model (piglet) for As, Cd, and Pb. Despite its potential, this method is not yet widely used as a tool for refining health risk assessments. The aim of my research was to enhance the characterization of population exposure in health risk assessments by including bioaccessibility data. This work specifically focused on the bioaccessibility of Cr and Ni, two elements of interest in soil pollution management. These findings highlighted the importance of considering these PTEs, as their bioaccessibility is generally low (<20% for Cr and <30% for Ni). These results were further supported by preliminary in vivo test results, which also indicated low potential bioavailability. This work also explored the impact of time and the use of amendments (such as compost or biochar) on bioaccessibility. My research showed that adding these amendments does not always provide long-term benefits in reducing health risks. To encourage the use of bioaccessibility in risk assessments, some practical recommendations were submitted as well as a new approach for integrating bioaccessibility into exposure evaluations. These guidelines aim to help practitioners overcome challenges they face when applying bioaccessibility data.