PRINCIPAUX CONTAMINANTS ORGANIQUES Dominique Munaron Ifremer
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.
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.
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»
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)
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.
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
Phénomènes de dégradation t 4 t 3 t 3 t 2 t 1
PCB : Poly-Chloro-Biphényls Composés organo-chlorés de synthèse : C 10 10 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
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 1-6 4,3 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 0,000045-0,0002 6,7 7,0 6 ans OctaCB 12 0,0002-0,0003 7,1 7,4 6 ans NonaCB 3 0,00002-0,00008 7,2 8,2 6 ans DecaCB 1 0,000001 8,3 6 ans (Mackay et Al, 1992)
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
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 165000 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
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
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
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
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)
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)
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)
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 )
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
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)
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 400 350 300 250 200 150 100 50 0 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 (1999-2002) 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-03 300 200 100 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Fréquence de détection
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.