PRINCIPAUX CONTAMINANTS ORGANIQUES

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1 PRINCIPAUX CONTAMINANTS ORGANIQUES Dominique Munaron Ifremer

2 PRINCIPAUX CONTAMINANTS ORGANIQUES PRINCIPAUX : PCB, HAP, pesticides dioxines, furanes,, TBT, solvants chlorés, dérivés du benzène, de l aniline contaminants dits «émergeants» : les phénols, composés bromés, et produits pharmaceutiques POLLUANTS CONTAMINANTS : Substances : substances introduites présentes par dans l homme le milieu dans en l environnement concentration supérieure et qui à provoquent la normale des (substance effets dommageables naturelle) ou simplement pour celui-ci en (faune, concentration flore ) voire détectable aussi pour (substance la santé de humaine. synthèse, ou substance anthropique) ORGANIQUES : Composés qui contiennent du carbone. Par opposition aux contaminants inorganiques, qui ne contiennent pas de carbone.

3 Comportement biogéochimique des molécules organiques dans l environnement Comment les contaminants chimiques organiques sont-ils introduits dans l environnement? Apports diffus (lessivages des sols, rejets atmosphériques ) Apports ponctuels (rejets industriels, accidents ) Quel devenir pour ces contaminants? Chaque molécule possède ses propres propriétés chimiques qui vont influencer sa persistance dans l environnement (dégradation), la phase dans laquelle elle va préférentiellement se concentrer (dissoute, gazeuse, solide) ainsi que sa capacité à se bioaccumuler dans la chaîne trophique.

4 Comportement biogéochimique des molécules organiques dans l environnement Principales propriétés des molécules organiques retrouvées en milieu marin : Solubilité «S» Coefficients de partage : sol/eau (K( d, K oc ), octanol/eau ) (K ow ) Facteur de bioconcentration «BCF» Le temps de demi-vie «t 1/2»

5 Solubilité Donne une idée de la capacité d une molécule organique à se dissoudre dans l eau. (Caractère Polaire) De l ordre du µg/l : solubilité faible De l ordre du mg/l : solubilité moyenne De l ordre du g/l : solubilité importante Coefficient de partition solide/eau : K d Indique la capacité d adsorption K oc = K d / f des oc molécules organiques Ksur oc : Coefficient une phase solide partition à l équilibre carbone : organique/eau, f oc : Fraction (%) de mat. org.. présente dans la phase solide K d = C solide / Ceau Csolide : concentration sur les particules (µg/g), Ceau Log K oc > 3 : capacité d adsorption élevée Log K oc < 3 : capacité d adsorption réduite Ceau : concentration dans l eau (µg/ml)

6 Coefficient de partage octanol/eau : K ow Donne une mesure de la distribution à l équilibre d une molécule organique entre une phase apolaire (octanol( octanol) ) et l eau. K ow = C octanol / C eau Permet d évaluer le caractère polaire des molécules log K ow < 1,5 substances polaires Non Bioaccumulables log K ow > 3 substances apolaires Bioaccumulables L octanol est un solvant qui possède une polarité très similaire à celle des membranes lipidiques, c est pourquoi il est utilisé pour évaluer le caractère lipophile d une molécule, donc sa capacité à se bioaccumuler dans les organismes vivants.

7 Facteur de Bioconcentration : BCF Donne la tendance qu a une molécule à se bioaccumuler dans un organisme vivant donné : BCF = C mat.vivante / C eau Temps de demi-vie : T 1/2 100 Temps nécessaire pour que 80 la moitié de la dose initiale 60 d une substance organique 40 soit dégradée. 20 Dépend du milieu considéré. 0 % Temps T 1/2

8 Phénomènes de dégradation t 4 t 3 t 3 t 2 t 1

9 PCB : Poly-Chloro-Biphényls Composés organo-chlorés de synthèse : C H (10-n) n)cl n Biphényl auquel des atomes de chlore sont substitués aux atomes d hydrogène 209 congénères = 209 variantes possibles de composés allant de 1 atome de Cl (trois isomères) à 10 atomes de Cl

10 PCB : Propriétés Physico-chimiques chimiques Elles varient en fonction du nombre et de la position des atomes de chlore Très persistants dans l environnement, bioaccumulables,, peu solubles et semi-volatils PCB Nbr de congénères Solubilité dans l eau (mg/l) Log Kow Demi-Vie Eau/Sédiment MonoCB ,3 4,6 8mois/2ans DiCB 12 0,05-2 4,9 5,3 8mois/2ans TriCB 24 0,015-0,4 5,5 5,9 2ans/6ans TetraCB 42 0,0043-0,01 5,5 6,3 6 ans PentaCB 46 0,004-0,02 6,0 6,5 6 ans HexaCB 42 0,0004-0,0007 6,9 7,3 6 ans HeptaCB 24 0, ,0002 6,7 7,0 6 ans OctaCB 12 0,0002-0,0003 7,1 7,4 6 ans NonaCB 3 0, , ,2 8,2 6 ans DecaCB 1 0, ,3 6 ans (Mackay et Al, 1992)

11 PCB : Les Sources Fluides diélectriques dans les transformateurs et les condensateurs à grande capacité Liquides de refroidissement Additifs dans les peintures, les encres et les apprêts pour revêtements muraux Produits industriellement depuis 1930 sous forme de mélanges de congénères Restrictions d usage à partir des années 70 dans la plupart des pays industrialisés Arrêt total de leur fabrication en France en 1987 Toujours présents dans les anciens équipements électriques encore en usage

12 PCB : Toxicité PCB comptant 5 à 7 atomes de chlore sont les plus susceptibles de se bioaccumuler et se biomagnifier dans la chaîne trophique BCF : Algues vertes = 1600 à 5200 Huître Crassostrea Virginica = 8900 à Les composés ortho-substitués (structure 3D) moins toxiques que les non ortho-substitués (structure plane proche de celle des dioxines) Toxicité peut varier d un facteur 1000 entre deux congénères Substances cancérigènes, mutagènes, teratogènes

13 Dioxines et Furanes Les principaux contaminants organiques Sources : Impuretés contenues dans les composés organiques chlorés (PCB, pesticides ) ou Générées au cours des processus thermiques, domestiques ou industriels (incinération des déchets, recyclage des métaux, blanchiment de la pâte à papier ) Une dioxine «La Dioxine» = TCDD = 2,3,7,8 Tetra-Chloro Chloro-dibenzo-p-dioxine dioxine Composé le plus toxique parmi les PCB, Dioxines et Furanes

14 HAP : Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques Composés organiques constitués de plusieurs cycles aromatiques (benzeniques( benzeniques) ) ayant en commun plus d un atome de carbone Ex : Le Phénanthrène

15 HAP : Propriétés Physico-chimiques chimiques et Toxicité Comportement comparable à celui des PCB dans l environnement : Très volatiles Grande affinité pour les particules solides, sédiments Relativement persistants dans l environnement mais plus sujet à la dégradation photo-chimique que les PCB Très hydrophobes, mais s accumulent moins bien dans les organismes car plus métabolisables que les PCB, notamment par les vertébrés Caractère cancérigène et mutagène notamment pour : benzo(a)pyrène, benzo(a)anthracène, benzo(b) (b)fluoranthène, indéno(1,2,3,c,d)pyrène, benzo(g,h,i) (g,h,i)pérylene

16 HAP : Les Sources NATURELLES (origine pétrogénique) Biosynthèse par des organismes vivants Présents dans les pétroles bruts (forte proportion d HAP substitués ou ramifiés) ANTHROPIQUES (origine pyrogénique) Industrie chimique, sidérurgie, incendies, moteurs à combustion, incinérateurs de déchets urbains Pertes lors du transport et de la transformation des carburants fossiles, marées noires (HAP les plus abondants dans l environnement, non ramifiés)

17 Agents Antisalissures Source : peintures antisalissures («antifooling») utilisées afin de réduire le développement d organismes vivants sur les coques des bateaux (algues ) Molécules utilisées : Organo-Etain : TBT Pesticides : chlorothalonil (fongicide) irgarol 1051, diuron (herbicides)

18 TBT : Tributhylétain Les principaux contaminants organiques Organo-Etain : TBT Tri-buthyl buthyl-etain Interdit depuis 1989 sur les bateaux de plus de 25 mètres Très toxiques pour les mollusques à des concentrations extrêmement faibles (ng( ng/l = 10-9 g/l) (phénomènes de chambrage,, anomalies de calcification et imposex)

19 Les Pesticides (Organiques) Utilisés pour lutter contre les organismes «nuisibles» Les grandes familles : Insecticides, herbicides, fongicides, acaricides Sources principales : agriculture, démoustication, traitement du bois et des sols entretien des espaces verts et de la voirie usages par les particuliers (insecticides, herbicides, fongicides )

20 Pesticides : Propriétés physico-chimiques chimiques Nombreuses familles de produits chimiques : Organochlorés, organophosphorés, triazines, phényl- urées, carbamates, sulfonyl-urées, urées, chloroacétanilides Grande variété de comportements dans l environnement Insecticides organochlorés Herbicides : triazines,, urées

21 Pesticides : Dichloro-Diphenyl-Trichloroéthane Diphenyl-Trichloroéthane DDT : comportement environnemental voisin de celui des HAP. Très rémanent, bioaccumulable, trés toxique, métabolisable en DDD et DDE (molécules aussi toxiques mais plus rémanentes que le DDT, avec des demi-vies de l ordre de 1 à 4 ans dans les sédiments)

22 Pesticides : Herbicides triaziniques et urées Demi-vie dans l eau de l ordre d un mois dans l eau (un an dans les sédiments) solubilité importante, composés relativement polaires, non bioaccumulables, caractère phytotoxique vis à vis d organismes initialement non ciblés Endosulfan alpha Carbendazime Kg févr-01 mars-01 avr-01 2,4 D Oxadixyl Dichlobénil Hexazinone DIA Atrazine 2 6 Dichlorobenzamide Norflurazon Tébutame Terbuméton HCH gamma Terbutryne Diuron Aminotriazole Sim azine Terbuthylazine DET mai-01 juin-01 juil-01 août-01 sept-01 oct-01 nov-01 déc-01 janv-02 févr-02 Terbut Vidourle à Marsillargues ( ) m 3 /s 400 (Données Agence RMC - Traitement Ifremer) Diuron Isoproturon Atrazine DIA DEA Acetochlor Débits moy. mars-02 avr-02 mai-02 juin-02 juil-02 août-02 sept-02 oct-02 nov-02 déc-02 janv-03 févr-03 mars-03 avr Fréquence de détection

23 Conclusions Grande variété de contaminants/polluants chimiques Les activités humaines provoquent leur entraînement dans l environnement Grande variété de comportements Présence possible de contaminants chimiques organiques dans tous les compartiments de l environnement souvent à des niveaux bas mais pouvant entraîner des toxicités D ou nécessité : De mettre en évidence leur présence (état des lieux DCE) D évaluer leurs effets potentiels aux concentrations environnementales D en conclure sur le niveau de risque qu ils occasionnent pour les organismes vivants en contact avec eux.