Présence et transfert des substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) historiques et émergentes dans les écosystèmes aquatiques

Presence and transfer of legacy and emerging per- and polyfluoroalkylated substances (PFAS) in aquatic ecosystems

• Auteur / Autrice : Nicolas Macorps
• Direction : Pierre Labadie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Analytique et Environnementale
• Date : Soutenance le 14/01/2022
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Paco Bustamante
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Loizeau, Olivier Perceval
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Le Bizec, Elena Gomez-Diaz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bioaccumulation

Effets de la pollution

Écologie des eaux

Mots clés libres

Substances per- et polyfluoroalkylées

Contaminants d’intérêt émergent

Écosystèmes aquatiques

Bioaccumulation

Per- and polyfluoroalkyl substances

Contaminant of emerging concern

Aquatic ecosystems

Bioaccumulation

Résumé

Les activités anthropiques (agriculture intensive, urbanisation ou activités industrielles) sont à l'origine de l'émission de polluants dans les écosystèmes aquatiques. Parmi ces polluants ont été identifiés les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS). Ces substances anthropiques, dont le nombre de molécules est estimé à plus de 4000, ont été massivement produites depuis les années 1950 dans divers domaines d'applications industrielles et d'usages domestiques. Les acides perfluoroalkylés (PFAAs), appelés PFAS « historiques », ont fait l'objet de nombreuses études scientifiques au cours des deux dernières décennies, mettant en évidence leur caractère ubiquitaire et toxique. Cependant, il existe encore un manque de connaissances sur l'écodynamique des PFAS dits « émergents » ainsi que sur les PFAS non-identifiés en raison de limitations analytiques. Les objectifs de ces travaux étaient de fournir une étude comparative des PFAS historiques par rapport aux PFAS qualifiés d’émergents à large échelle spatiale (i.e. nationale) ainsi que d’estimer la part des PFAS non-identifiés à l'aide d'une approche d’oxydation innovante. Enfin, ces travaux renseignent sur l’influence commune de plusieurs paramètres susceptible de contrôler la bioaccumulation des PFAS chez une espèce omnivore. Un travail d'optimisation sur la préparation d'échantillons solides (sédiments et tissus de poissons) pour l'analyse ciblée de 36 molécules comprenant à la fois des composés anioniques et zwitterioniques a été réalisé. La méthode TOP (Total Oxidizable Precursors) basée sur l'oxydation de précurseurs de PFAAs (pré-PFAAs) en acide perfluorocarboxyliques (PFCAs) a également été optimisée pour la première fois afin de correspondre à des conditions réalistes d'extraction de matrices solides. L'analyse ciblée des sédiments de l'ensemble de la France couplée à un travail de système d'information géographique a permis de mettre en évidence la proportion importante de PFAS émergents par rapport aux PFAS historiques, notamment à proximité de sites urbains ou impactés par des activités industrielles. L'utilisation du TOP a révélé des parts non-négligeables de pré-PFAA non-identifiées par l'analyse ciblée. L'analyse des tissus (filet et foie) de Chevesnes (Squalius Cephalus) dans une étude de cas sur la Seine à Paris a démontré l'ubiquité du 10:2 fluorotélomère sulfonate dans les tissus et l'absence de bioaccumulation de certains composés émergents encore mesurés dans les sédiments. Enfin, ce travail présente, pour quelques molécules fréquemment quantifiées dans les tissus des chevesnes, les facteurs contrôlant leur bioaccumulation.

Anthropic activities (intensive agriculture, urbanization or industrial activities) are sources for the emission of pollutants into aquatic ecosystems. Among these pollutants were identified per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). These anthropogenic substances, whose number of molecules is estimated at more than 4000, have been massively produced since the 1950s for industrial applications and domestic usage. Perfluoroalkyl acids (PFAAs), called “legacy” PFAS, have been the subject of numerous scientific studies over the past two decades, demonstrating their ubiquitous and toxic nature. However, there is still a lack of knowledge on the ecodynamic of so-called “emerging” PFAS as well as on unidentified PFAS due to analytical limitations. The overall objective of this work is therefore to provide information on the distribution at large spatial scale (i.e. nationwide) and the transfer of emerging PFAS into the aquatic environment, and to estimate the contribution of unidentified PFAS using a non-targeted method. An optimized method for solid samples (sediments and fish tissues) was developed for the targeted analysis of 36 molecules comprising both anionic and zwitterionic compounds. The TOP assay (Total Oxidizable Precursors) based on the oxidation of PFAAs precursors (pre-PFAAs) to perfluorocarboxylic acid (PFCAs) was also optimized under realistic conditions for solid matrix extraction. The targeted analysis of sediment from a nationwide survey in France, coupled with a work of geographical information system, highlighted the significant proportion of emerging PFAS compared to legacy compounds, in particular near sites impacted by a strong urbanization or by industrial activities. The use of the TOP assay revealed significant contribution of long-chain pre-PFAAs that were not identified by the targeted analysis. The analysis of tissues (fillet and liver) of European Chub (Squalius Cephalus) in a case study on the Seine River (Paris) demonstrated the ubiquity of 10:2 fluorotelomer sulfonate in this specie and the absence of bioaccumulation of certain emerging compounds that were measured in sediments. Finally, this work presents, the factors controlling PFAS bioaccumulation in one fish species.