Influence de la matière organique dissoute d'origine urbaine sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux dans les milieux récepteurs anthropisés

par Zeinab Matar

Thèse de doctorat en Sciences et Techniques de l'Environnement

Sous la direction de Ghassan Chebbo.

Le président du jury était Alain Bermond.

Le jury était composé de Ghassan Chebbo, Sophie Ayrault, Vincent Rocher, Gilles Varrault.

Les rapporteurs étaient Michel Legret, Ricardo Riso.


  • Résumé

    Ce doctorat s'intègre dans les programmes OPUR et Piren-Seine et a eu pour vocation d'améliorer les connaissances actuelles sur l'influence des rejets urbains de temps de pluie sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux dans les systèmes sous forte pression urbaine tel que la Seine. En effet l’impact des métaux lourds dans le milieu récepteur sur les organismes vivants dépend d'une part de leurs teneurs totales mais aussi et surtout de leur biodisponibilité. Il est généralement admis que la forme biodisponible des métaux lourds pour les organismes vivants est la forme dissoute libre. Les RUTP vont donc pouvoir considérablement modifier la teneur et la biodisponibilité des métaux lourds dans le milieu naturel dans la mesure où ces rejets sont fortement chargés en matière organique dissoute (MOD) qui va influencer considérablement, avec la MOD déjà présente dans le cours d'eau, la spéciation des métaux dans le milieu étant donnée sa capacité à complexer ces derniers et sa tendance à diminuer leur biodisponibilité. La compréhension de l'influence de la MOD sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux suppose en outre que l'on connaisse précisément sa composition chimique ou plus exactement ses groupements fonctionnels. C'est pourquoi une partie de ces travaux est consacrée à la caractérisation de la matière organique dissoute d'origine naturelle et urbaine par son fractionnement selon le critère de polarité. Une caractérisation plus fine a été réalisée à l'aide des analyses fonctionnelles permettant ainsi de mieux aborder l'influence de la MOD sur la spéciation et la biodisponibilité du cuivre. Parallèlement à l'étude de caractérisation de la MOD, ce travail s'attache à mieux cerner le rôle de la MOD d'origine urbaine en particulier de la MOD hydrophile sur la spéciation et la biodisponibilité du cuivre. Dans cet objectif, la technique potentiométrique à l'aide d'électrode ionique spécifique ainsi que des biotests de toxicité aiguë (Daphnia magna) ont permis :- d'étudier la complexation du cuivre par les MOD afin notamment de fournir des paramètres de complexations des MOD hydrophiles peu connues jusqu'à présent et ainsi mieux prédire le transport des métaux en milieu urbain.- d'évaluer le rôle protecteur de la MOD d'origine urbaine sur la biodisponibilité du cuivre. Les résultats ont montré que la MOD issue des rejets urbains et rejetée dans le milieu récepteur présente des caractéristiques originales à savoir un fort pourcentage de MOD hydrophile, c'est à dire une faible hydrophobicité et un degré d'aromaticité peu marqué soulignant le caractère peu réfractaire de cette MOD. En revanche une plus grande diversité fonctionnelle de la MOD d'origine urbaine par rapport à la MOD naturelle a été mise en évidence notamment par un taux de structures protéiques très important. Les résultats obtenus vis-à-vis des MOD d'origine urbaine ont montré une réactivité particulière vis-à-vis du cuivre. En effet les rejets urbains ont montré une teneur en sites complexant plus élevée que ce qu'il est observé pour des matières organiques naturelles. Le rôle particulier de groupements amines dans la complexation du cuivre a été mis en évidence. L'approche utilisée pour évaluer la biodisponibilité du cuivre a révélé pour l'ensemble des MOD un effet protecteur vis-à-vis du cuivre sur les organismes vivants. Une corrélation positive de cet effet avec la teneur en eaux usées été mise en évidence, notamment pour les MOD des RUTP et plus particulièrement pour la fraction hydrophile (HPI), signalant ainsi la forte influence de la MOD d'origine urbaine sur la biodisponibilité et la toxicité du cuivre

  • Titre traduit

    Influence of dissolved organic matter from urban origin on trace metalspeciation and bioavailability in river under strong urban pressure


  • Résumé

    This thesis was carried out on the framework of the OPUR and Piren-Seine programs. The main objectives were to improve the current knowledge on the influence of combined sewer overflows (CSO) on metal speciation and bioavailability in urban aquatic system. Indeed, the impact of heavy metals in the receiving environment on the life of microorganisms depends on a portion of their total concentrations but also and especially of their bioavailability. It is generally recognized that the bioavailable heavy metals to microorganisms is dissolved free. The CSO's will be able to significantly change the content and bioavailability of heavy metals in the environment in so far as these discharges are heavily loaded with dissolved organic matter (DOM) which will considerably influence with the DOM already present in course of water the speciation of metals in the environment given its ability to complex metals and its tendency to decrease their bioavailability. The understanding of the influence of DOM on trace metal speciation and bioavailability required that the chemical composition of DOM, more exactly its binding sites should be well understood. Therefore, one part of this research focused on the characterization of DOM of natural and urban origin by fractionation according to the criteria of polarity. A finer characterization was performed using functional analyses that were of prime importance to better understand the influence of DOM on copper speciation and bioavailability. Alongside the characterization study of the DOM, this work aims to better understand the role of urban DOM in particular hydrophilic fraction on the speciation and bioavailability of copper. To accomplish these objectives, the technique such as potentiometry with ionic selective electrode and bioassay such as an acute toxicity test (Daphnia magna) were performed in order to: - Study the copper binding by DOM in order to give some binding parameters of hydrophilic DOM and to better predict the fate of the trace metal. - Evaluate the protective role of urban DOM on copper bioavailability. Results showed some particular characteristics of urban DOM such as a high proportion of hydrophilic DOM, i.e. a low hydrophobicity and a low degree of aromaticity underlying the low refractory character of this DOM. Nevertheless a higher content of various functional groups was determined in urban DOM than in natural DOM. A very high content of proteinaceous structures was particularly identified in urban DOM. Binding experiments revealed a higher content of binding sites in urban discharges than in natural DOM and these sites are strongly correlated to amino groups. The approach used to evaluate copper bioavailability depicted a protective role of DOM to the organisms Daphnia magna(...)


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