Influence des matières organiques sur la biodisponibilité des hydrocarbures aromatiques polycycliques dans les écosystèmes aquatiques

Résumé

Les écosystèmes aquatiques sont un récepteur privilégié de micropolluants divers et contiennent aussi des matières organiques (MO), d’origine naturelle ou anthropique. Les interactions entre les contaminants et les MO déterminent en grande partie la biodisponibilité des contaminants dans le milieu aquatique, c’est-à-dire leur capacité à être accumulés dans les organismes vivants et exercer un impact toxique. Ce travail s’intéresse à l’influence des MO des milieux anthropisés sur la biodisponibilité des polluants organiques hydrophobes. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), présents principalement dans les milieux urbains, ont été choisis comme modèles de contaminants.

Dans les milieux anthropisés, certaines MO sont sujettes à la dégradation bactérienne. Alors que de nombreux travaux par le passé ont été consacrés à l’étude des interactions entre les contaminants et les MO naturelles humiques, essentiellement non dégradables, nous nous sommes intéressés ici à la biodégradabilité des MO anthropiques. En effet, l’affinité des contaminants pour la MO est susceptible d’évoluer au cours de sa dégradation, et ils peuvent être relargués sous forme biodisponible dans le milieu durant la biodégradation, puis être à nouveau fixés le cas échéant sur les sous-produits de la biodégradation.

Au laboratoire, la biodisponibilité des HAP a été évaluée par des mesures de bioaccumulation dans Daphnia magna. L’influence de la MO sur la biodisponibilité des HAP, l’évolution de cette influence au cours de la minéralisation bactérienne et le fort potentiel de fixation des sous-produits de dégradation ont été mis en évidence. Une modélisation de ces phénomènes est proposée. Ces résultats concernant l’effet des MO urbaines et naturelles ont ensuite été confrontés aux mesures de la biodisponibilité des HAP in situ, dans le bassin de la Seine, obtenues par l’usage de membranes semi-perméabes (SPMD).

Abstract

Aquatic ecosystems receive micro-pollutants. They also contain organic matter (OM) of natural and anthropogenic origins. The contaminant bioavailability in aquatic media is determined by the interactions between contaminants and OM.

This work deals with the influence of organic matter from anthropogenic media on the bioavailability of hydrophobic organic pollutants. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) have been used as model contaminants, since they are widely spread in urban media.

In anthropogenic media, some OM may be biodegraded. Up to now, most researches focused on the interactions between contaminants and humic OM that are mostly non-degradable. On the contrary, in this work, the biodegradability of OM was deliberately taken into account. Indeed, the contaminant affinity for OM may evolve during OM biodegradation, so that pollutants may be released in a bioavailable form and then may be bond again by biodegradation sub-products.

In laboratory evaluation, PAH bioavailability was assessed through the measurements of the bioaccumulation in Daphnia magna. The influence of organic matter on the bioavailability of PAHs and the evolution of this influence along OM bacterial mineralization were proved, as well as the strong binding efficiency of degradation by-products. A model of observed phenomena was elaborated.

These observations about urban and natural OM effect were compared to in situ PAH bioavailability measurements in the river Seine basin. In this case, the bioavailability was estimated using the Semi-Permeable Membrane Device (SPMD) sampling technique.