H. Budzinski LPTC – ISM - UMR 5255 CNRS - Université Bordeaux I Horizon des enjeux prioritaires pour la connaissance de la qualité chimique des milieux aquatiques H. Budzinski LPTC – ISM - UMR 5255 CNRS - Université Bordeaux I

PRODUITS CHIMIQUES - CONTAMINANTS CHIMIQUES ENV. 18 MILLIONS DE MOLECULES ENREGISTREES AU CAS 96 % CONTIENNENT AU MOINS 1 ATOME DE C PLUS DE 100 000 SUBSTANCES SONT COMMUNEMENT UTILISEES (30 000 > 1T) D’ENTRE ELLES PRESENTENT UN DANGER EXISTANT OU POTENTIEL POUR L’HOMME ET SON ENVIRONNEMENT ? UNE ÉTUDE DE L ’US EPA MET EN ÉVIDENCE LE FAIT QUE SUR LES 3000 SUBSTANCES MAJEURES 43% N ’ONT PAS DE DONNÉES TOXICOLOGIQUES 7% SONT COMPLÈTEMENT RENSEIGNÉES

Une bonne évaluation des risques chimiques ? Estimation des rejets Identification des dangers Comportement dans l ’environnement Relation concentration - effets Concentration dans l’environnement (PEC) Concentrations sans effet (PNEC) Caractérisation du risque

3 3 2 2 1 1 Incertitudes dans l’évaluation du risque 1- manque d ’informations : rejets et pertes, exposition, toxicologiques, écotoxicologiques, effets des mélanges,… 2- incertitudes des mesures : représentativité, erreurs,… 3- conditions d ’observations : pertinence, variabilité,… 4- inadaptation des modèles Incertitudes dans l’évaluation du risque 3 2 1 3 2 1 Toxicité à long terme Données sur le terrain Données épidémiologiques Toxicité chronique Toxicité aiguë Effets Mesures sur le terrain Modèles de prédiction dynamique en non-équilibre Modèles de distribution dynamique à l’équilibre Données physico-chimiques de base Modèles de partage statique Exposition compréhensif détaillé, raffiné initial, préliminaire Complexité Pertinence Coût Niveaux

Quelques questions générales Quelles molécules ? Quels compartiments ? Que choisir et pour quoi faire? (ex : présence et/ou biodisponible?; cible sanitaire et/ou enviornnementale?, …) Quelles méthodes?

Échantillonnage terrain Échantillonnage labo Préparation de l’échantillon Analyse Traitement des données Echantillonnage : Matériel (ex : nalgène pour Glyphosate, verre pour HAP) Préparation du matériel (ex : calcination – ultra-traces) Méthodologie (pompes, bouteilles, bennes…) Stratégie (réplicats, pools, hauteur colonne d’eau, …) – paramètres accompagnateurs (granulo, %CO, % lipides, …)

Focazio et al. (2008) NQE LQ/LD BLANCS LABO/TERRAIN

Échantillonnage terrain Échantillonnage labo Préparation de l’échantillon Analyse Traitement des données Echantillonnage : Matériel (ex : nalgène pour Glyphosate, verre pour HAP) Préparation du matériel (ex : calcination – ultra-traces) Méthodologie (pompes, bouteilles, bennes…) Stratégie (réplicats, pools, hauteur colonne d’eau, …) – paramètres accompagnateurs (granulo, %CO, % lipides, …)

Variabilité des mesures Prélèvements moyennés – intégrés?? Dans les effluents de station Dans les systèmes naturels

Référentiel à définir spécifiquement pour les sédiments et les organismes (??) Hétérogénéité granulométrique (tamisage, broyage ? Risques de contamination) CO%, black carbon% Hétérogénité spatiale et temporelle (pools, fréquence?) Organismes Lipides Cycle annuel Stade de vie Organes? Compartiment (benthique, pélagique)

Cas particulier de la phase particulaire (composés hydrophobes et autres??) Peu ou pas pris en compte à l’heure actuelle mais peut être majeur (cas des HAP) (entre 50 et 90% en phase particulaire – variable selon les composés – plus marqués pour les lourds) Problème méthodologique : filtration, centrifugation (volumes d’eau, conditions de préparation, blancs, …) Quels composés : hydrophobes ou autres?

Rôle de la phase particulaire

Couplage Chimie/Biologie ? Contaminant Pathologie Air Bioaccumulation Biotransformation Perturbations Fonctionnelles Génotoxicité Génomique – Protéomique … PEC PNEC Couplage Chimie/Biologie Organismes Eau Sédiment Sources - Introduction - Présence - Transformation Biodisponibilité Transfert = Devenir - Exposition ?

Deux exemples : Métabolites des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) « Effect-Directed Analysis » (EDA)

DEVENIR D’UN XENOBIOTIQUE Accumulation HAP Muta. Cancéro. Repro. Distribution Altérations ADN Interactions Prot Absorption Métabolisation Excrétion

Toxicité HAP Composés Hydrophobes Oxydation METABOLITES Electrophiles Phase I METABOLITES Toxicité Electrophiles Phase II Conjugaison METABOLITES Excrétion Hydrophiles

CONTAMINATION EN HAP DES TISSUS 2000 Marée noire « Erika » Bivalves Marée noire « Erika » Décembre 1999 200 Poissons AFSSA, 2003

Concentration externe biodisponible Dose biologique efficace L’étude des métabolites de HAP permet d’une part de mieux comprendre l’exposition des organismes aux HAP et d’autre part d’établir un lien entre exposition et effets biologiques comme les altérations de l’ADN. Exposition Concentration externe biodisponible Dose interne Dose biologique efficace Effets

Comparaison des teneurs en HAP des muscles et des teneurs en métabolites biliaires de 2000 à 2002 1298

? ? ? Identification des composés toxiques dans l’environnement Approches classiques Limitations actuelles : liens chimie / biologie difficiles Chimie : dosage de polluants cibles Biologie : biotests pas toujours spécifiques mais peut voir des “choses” sans cibler nouveaux contaminants produits de biotransformation mécanismes de toxicité ? ? ?

Approche possible Comment déconvoluer ? Fractionnement d’échantillons = simplification (physico-chimique, affinité, …) Tests Ecotoxicologiques (Cancérigène Mutagène Reprotoxique - CMR) Identification Moléculaire des polluants Procédure : Fractions toxiques Fractions non toxiques biotests biotests biotests Caractérisation chimique Fractionnement chimique Sample Fractionnement chimique tox tox

GC/MS ???

Houtman, 2007 ????

Toutes ces questions dépendent du composés a doser Compartiment Echantillonnage NQE/LQ/LD Méthode

On dose bien ce que l’on connait (danger des coincidences) Focazzio et al., 2008 On dose bien ce que l’on connait (danger des coincidences) Impossible de tout doser Composés nouveaux - Composés inconnus (transformations, …) Quels composés ? Fort impact des usages et du mode de vie Actualisaton (veille technique mais aussi sociétale)