Stratégies analytiques innovantes pour étudier le devenir des pesticides dans les hydrosystèmes

Innovative analytical strategies to study the fate of pesticides in hydrosystems

• Auteur / Autrice : Kevin Rocco
• Direction : Marina Coquery, Christelle Margoum
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie, Procédés, Environnement
• Date : Soutenance le 12/06/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : RiverLy (Lyon ; 2018-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Chovelon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marina Coquery, Christelle Margoum, Jean-Marc Chovelon, Ronan Cariou, Laure Malleret, Damien Banas, Hélène Budzinski
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ronan Cariou, Laure Malleret
• DOI : 10.70675/edae13c2zd5d5z4a4az9290z5276ef4d6e36

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau -- Qualité -- Gestion

Résidus de pesticides

Spectrométrie de masse

Hydrosystèmes

Mots clés libres

Pesticides

Produits de transformation

HRMS

Analyses suspectées

Analyses non-ciblées

Pesticides

Transformation products

HRMS

Suspect screening

Non-target screening

Résumé

Les pesticides sont des composés aux propriétés toxiques, utilisés pour prévenir, atténuer, ou détruire les parasites. Appliqués au sein des bassins versants agricoles, les pesticides se transforment en suivant des cinétiques variables, en fonction des propriétés intrinsèques des composés ainsi que des conditions de milieu. Ces transformations, orchestrées par des processus biotiques ou abiotiques, mènent à la génération de nombreux produits de transformation (TPs) dont la grande majorité sont inconnus. En comparaison aux connaissances approfondies existant sur les pesticides, les connaissances sur leurs TPs en termes de propriétés physico-chimiques, d'analyse, d'occurrence, et de toxicité sont à ce jour encore insuffisantes. Cette conjonction entre multiplicité et méconnaissance des TPs formés limite l’utilisation de techniques d’analyses ciblées, qui s’appuie sur l’identification de composés à l’aide d’étalons analytiques. Le développement de la spectrométrie de masse haute résolution depuis les années 2010 a permis l’avènement de stratégies analytiques puissantes, telles que les analyses dites non-ciblée et suspectée. En s’affranchissant de la nécessité d’étalons analytiques, ces techniques permettent la recherche qualitative d'un bien plus grand nombre de contaminants, par détection et attribution de signaux chimiques présents dans les échantillons environnementaux. Dans ce contexte, ces travaux de thèse visent à identifier les produits de transformation d’une sélection de pesticides, par la mise en place de stratégies analytiques innovantes basées sur des approches analytiques suspectées et non-ciblées, par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution. Une méthodologie de travail a été développée, utilisant des outils de prédiction in-silico et confrontant ces résultats avec des données de la littérature, menant in fine à la création d'une base de données pour l’analyse suspectée de produits de transformation de pesticides. Cette méthodologie a tout d’abord été appliquée sur un fongicide, le tébuconazole, afin d’identifier ses produits de transformation dans les matrices eau et sol, dans le cadre d’une expérimentation en conditions contrôlées de laboratoire de 120 jours. En complément de cette méthodologie, l’application d’analyse non-ciblée a permis la mise en évidence de TPs non détectés par analyse suspectée. En se basant sur des données de la littérature et des réglementations nationales et européennes, cette méthodologie a été élargie à l’ensemble des pesticides appliqués ou ayant été appliqués en viticulture en France. Les bases de données créées ont ainsi permis la mise en évidence de pesticides et TPs associés par analyse suspectée d’échantillons environnementaux de matrices variées collectés sur une parcelle agricole d’un bassin versant viticole (Site Atelier Ardières Morcille).

Pesticides are compounds used to prevent, mitigate, or destroy pests. Once in agricultural watersheds, pesticides transform according to variable kinetics, which depend on the intrinsic properties of the compounds as well as the environmental conditions. These transformations, orchestrated by biotic or abiotic processes, lead to the generation of numerous transformation products (TPs), the vast majority of which are unknown. In contrast to the extensive knowledge that exists on pesticides, knowledge on transformation products in terms of analysis, occurrence, and properties is still insufficient. This combined lack of knowledge and plurality of possible molecules makes it practically impossible to use targeted analytical techniques, which work by identifying compounds using analytical standards. The development of high-resolution mass spectrometry over the last decade has allowed the emergence of powerful analytical strategies, such as so-called non-targeted and suspect analyses. By overcoming the need for standards, they allow the qualitative search for a wider range of contaminants, by detecting and assigning chemical signals in environmental samples. In this context, this thesis work aims to identify transformation products of selected pesticides, through the implementation of innovative analytical strategies based on suspected and non-targeted analytical approaches. A workflow was developed, using and confronting in-silico prediction tools with literature data, leading to the creation of improved databases, needed for the suspected analysis of pesticide transformation products. This workflow was applied to tebuconazole to identify its transformation products in the water and soil matrices in a controlled 120-day laboratory experiment. In addition to this methodology, the application of a non-targeted analysis identified TPs not detected by the suspect analysis. Based on data from the literature and national and European regulations, this workflow was extended to all pesticides applied or having been applied in viticulture in France. Created databases allowed the identification of pesticides and associated TPs through the suspect analysis of environmental samples of various matrices taken from an agricultural parcel in a vineyard watershed (Site Atelier Ardières Morcille).