Etude de la dégradation de pesticides par procédé de Lumière Pulsée combinant une approche de chimie analytique et d’écotoxicologie. Application aux effluents viticoles

Study of pesticide degradation by Pulsed Light process combining an analytical chemistry and ecotoxicology approach. Application to viticultural effluents

• Auteur / Autrice : François Clavero
• Direction : Rémy Ghidossi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Oenologie
• Date : Soutenance le 30/01/2025
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche œnologie
• Jury : Président / Présidente : Régis Gougeon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Parinet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Geret, Marie-Virginie Salvia
• DOI : 10.70675/3a95fd03z2715z49e4zb577z4ae6014e9c1d

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie analytique

Spectrométrie de masse

Viticulture

Pesticides -- Toxicologie

Mots clés libres

Lumière Pulsée

Produits phytosanitaires

Produits de dégradation

Toxicité aiguë

LC-MS

Pulsed Light

Phytosanitary products

Degradation products

Acute toxicity

LC-MS

Résumé

La viticulture génère d'important volumes d’eaux usées contaminées par des pesticides. Les procédés actuels pour traiter ces effluents présentent des limites (énergivores, efficacité limitée, production de déchets concentrés en pesticides). La lumière pulsée (LP) a récemment montré un potentiel pour la dégradation de quelques pesticides. L’objectif de ce travail a été de développer un procédé continu de traitement des effluents viticoles par LP en combinant une approche de chimie analytique et d’écotoxicologie.Tout d’abord, le traitement par LP en statique de 20 pesticides largement utilisés en viticulture a révélé la formation de 74 produits de dégradation. Ces pesticides ont été dégradés à au moins 93,5 %. A travers cette étude, une optimisation des conditions opératoires de traitement par LP a permis des baisses de toxicité aiguë pour tous les modèles étudiés (bactéries, algues et poissons).Puis, l’optimisation de la LP en mode continu a permis de dégrader plus de 99 % des 20 pesticides en cocktail. Le traitement optimisé a été appliqué sur 3 effluents. La toxicité des effluents a été significativement réduite pour les trois modèles biologiques. Cependant, une toxicité élevée subsiste dans tous les échantillons traités en raison des éléments traces métalliques (ETM) présents dans les effluents.Enfin, des analyses LC-HRMS ont permis de discriminer 82 produits de dégradation, via des outils chimiométriques et 47 structures ont été proposées. La toxicité individuelle des photoproduits, estimée par ECOSAR, indique une baisse de toxicité, à la fois aiguë et chronique, pour les algues et poissons, mais seuls deux photoproduits ont été estimés non-toxiques.Ces résultats confirment l’efficacité de la LP pour dégrader la majorité des pesticides étudiés et réduire la toxicité des eaux traitées. Un couplage de la LP avec des procédés de coagulation-floculation-filtration pour éliminer les ETM, ainsi que l’ajout de peroxyde d’hydrogène, pourrait encore améliorer cette efficacité, réduire les coûts énergétiques et permettre une dégradation plus importante des photoproduits. Des études supplémentaires sont nécessaires pour évaluer les effets aigus et chroniques de ce procédé sur divers maillons de la chaîne trophique aquatique.

Viticulture generates significant volumes of wastewater contaminated with pesticides. Current processes for treating these effluents have limitations (energy-consuming, limited efficiency, and production of waste concentrated in pesticides). Pulsed light (PL) has recently demonstrated potential for the degradation of some pesticides. The objective of this work was to develop a continuous process for treating viticultural effluents using PL by combining an analytical chemistry and ecotoxicology approach.First, static PL treatment of 20 pesticides widely used in viticulture revealed the formation of 74 degradation products. These pesticides were at least 93.5% degraded. Through this study, optimization of the operating conditions for PL treatment led to reductions in acute toxicity for all models studied (bacteria, algae, and fish).Next, optimization of PL in continuous mode enabled the degradation of over 99% of the 20-pesticide cocktail. The optimized treatment was applied to 3 effluent samples, resulting in a significant reduction in toxicity for all three biological models. However, high toxicity persisted in all treated samples due to the presence of trace metal elements (TME) in the effluents.Finally, LC-HRMS analyses allowed the identification of 82 degradation products using chemometric tools, and 47 structures were proposed. The individual toxicity of the photoproducts, estimated by ECOSAR, indicated a reduction in both acute and chronic toxicity for algae and fish. However, only two photoproducts were estimated non-toxic.These results confirm the efficacy of PL in degrading most of the studied pesticides and reducing the toxicity of treated waters. Coupling PL with coagulation-flocculation-filtration processes to remove TMEs, along with the addition of hydrogen peroxide, could further enhance this efficiency, reduce energy costs, and improve the degradation of photoproducts. Further studies are needed to assess the acute and chronic effects of this process on various links within the aquatic trophic chain.