Soutenance de la thèse de Claudia MACEDO-COELHO

Lundi 30 septembre à 13h30 à l'ENTPE, Amphithéâtre Prunier (F017)

« Transfert et effets des retardateurs de flamme bromés (RFBs) sur trois espèces végétales et une espèce de lombric dans des anthroposols »

RESUMÉ :

La pollution des sols et sédiments par des contaminants organiques (OCs) a augmenté ces dernières décennies en raison des processus d’industrialisation et d’urbanisation, affectant la qualité de l’environnement et de la santé humaine. Une étude approfondie a été menée dans deux zones distinctes (Estarreja au Portugal, noté EST, et Casier Peyraud 6 en France, noté PEY) pour évaluer les niveaux de contamination, ainsi que leurs comportements dans des anthroposols et les risques potentiels de ces contaminants pour des organismes vivants du sol. L’objectif principal étant d’évaluer la mobilité environnementale des retardateurs de flamme bromés (RFBs) dans un écosystème terrestre, notamment vers les vers de terre et les plantes, dans une prospective d’évaluation du risque de transferts de ces molécules.

Les niveaux en OCs (RFBs, mais aussi PCBs et PCDD/DFs) dans ces anthroposols ont été quantifiés ainsi que dans les plantes collectées sur les sites étudiées. Une évaluation in situ de l’activité biologique a été réalisée par la collecte, le dénombrement et l’identification des organismes vivants visibles (mésofaune), ainsi que par l’application du test Bait-lamina ©. Une espèce de ver de terre (Eisenia fetida) et trois espèces de plants (luzerne (Medicago sativa), cresson (Nasturtium officinale) et moutarde blanche (Sinapsis alba)) ont été choisies pour réaliser des tests in vitro de toxicité et de bioaccumulation.

Le facteur de bioaccumulation (BAF) ainsi que les indices SET et ERITME ont été calculés. Le BAF permet de déterminer si une substance est accumulée dans un organisme donné et s’il existe un risque d’entrée et de diffusion tout au long de la chaine alimentaire. Les indices SET et ERITME permettent de classer les sites testés en fonction du transfert efficace des OCs par les anthroposols aux organismes testés, et d’avoir une idée du risque potentiel pour l’écosystème. L’indice SET donne une idée globale de l’excès de transfert pour tous les contaminants dans les matrices étudiées. L’indice ERITME permet d’évaluer le risque environnemental global inhérent associé à l’excès de transfert des contaminants considérés.

Les huit anthroposols étudiés sont assez différents en termes de caractéristiques physico-chimiques ainsi que de contaminations inorganiques et organiques. En général, les anthroposols recueillies sur le site de Peyraud 6 présentent des niveaux plus élevés en OCs. Quelques effets toxiques ont été observés à la fois pour E. fetida et pour les espèces de plantes cultivées dans ces huit anthroposols étudiés, notamment en ce qui concerne le taux de reproduction d’E. fetida, la masse corporelle d’E. fetida, le taux de germination et la hauteur maximale des parties aériennes végétales. Les données obtenues ont clairement révélé la bioaccumulation des OCs quantifiés chez les adultes et les juvéniles d’E. fetida ainsi que dans les tissus des espèces végétales cultivées, même à des concentrations très faibles dans le cas des nouveaux retardateurs de flamme bromées. Différentes familles d’OCs ont montré des comportements différents en ce qui concerne les corrélations avec les paramètres physico-chimiques et l’absorption par E. fetida. Les valeurs de BAFs obtenus montrent le potentiel d’accumulation de ces OCs dans les tissues d’E. fetida. Les valeurs de BAF obtenus pour les plantes testées indiquent une grande différence dans la disponibilité des contaminants dans les sols des deux sites considérés. Bien que les niveaux d’OC soient significativement plus élevés dans PEY Ic que dans EST G, il semble que les OC soient plus disponibles pour être absorbés par les plantes cultivées sur EST G. Cette différence de disponibilité quantifiée peut être due à certains facteurs physico-chimiques du sol, à savoir la nature de la MO, la teneur en COT et le pH légèrement acide de l’anthroposol EST G.

Compte tenu des valeurs ERITME, les matrices étudiées peuvent être classées dans un ordre de toxicité croissant: PEY Ic> PEY IIb> PEY Iva> PEY IIIa> EST G> EST G> EST K> EST C. Cet ordre de toxicité est conforme pour l’ensemble des organismes testés (E. fetida, luzerne, cresson et moutarde), et les valeurs d’effet les plus élevées ont été généralement enregistrées dans les échantillons PEY et spécialement dans PEY Ic suivi de PEY IIb. Dans le cas des échantillons d’EST, les valeurs étaient en général toujours inférieures à celles enregistrées dans les échantillons de PEY ; l’anthroposol EST G étant le plus contaminé et les tissus des organismes exposés à cet anthroposol, présentaient les taux les plus élevés dans leurs tissus par rapport aux trois autres sols d’EST.

L'approche traditionnelle suggère l’utilisation du calcul du BAF qui est généralement considérée pour évaluer le risque de contamination. Toutefois, le BAF présente certaines limites, car il ne comporte pas l'effet cumulatif (il considère chaque contaminant individuellement, et donc de manière moins globale). Les approches SET et ERITME ont été développées pour remédier à cette lacune car elles sont basées sur des mesures réelles dans les organismes. Par conséquent, ces index plus réalistes se sont révélés utiles pour l'évaluation des risques et la gestion des sites contaminés, car ils tiennent compte de la somme de tous les contaminants et non d'un par un comme dans le BAF.

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ABSTRACT :

Soil and sediment pollution with organic contaminants (OCs) has been a rising concern in recent decades mainly due to industrialization and urbanization processes, affecting environmental quality and human health. A comprehensive study was conducted in two distinct areas (Estarreja in Portugal, noted EST, and Casier Peyraud 6 in France, noted PEY) to assess the contamination levels as well as their behavior in soils and the potential risks posed by these contaminants to soil organisms. The principal aim was to evaluate the environmental mobility of brominated flame retardants (BFRs) in a terrestrial ecosystem, namely to earthworms and plants, concerning the BFRs transfer risk evaluation.

Levels of OCs (BFRs, and also PCBs, PCDD/DFs) in the anthroposoils as well as plants collected in the studied sites were quantified. An in-situ evaluation of biological activity was performed through monoliths collection, counting and identification of the visible living organisms (mesofauna) as well as applying the Bait-lamina© test. One earthworm specie (Eisenia fetida) and three plant species (alfalfa (Medicago sativa), watercress (Nasturtium officinale) and white mustard (Sinapis alba)) were chosen to conduct toxicity and bioaccumulation in vitro tests.

The Bioaccumulation factor (BAF) as well as the SET and ERITME indexes were calculated. The BAF allow to determine if a substance is accumulated in a certain organism and if there exists the risk of entry and diffusion along the food chain. SET and ERITME indexes allow to rank the tested sites according to the effective OCs transfer from anthroposoils to the tested organisms and have an idea of the potential risk to the ecosystem. The SET index gives a global idea of the excess of transfer for all the contaminants in the studied matrices. The ERITME index allows to evaluate the possible inherent global environmental risk associated with the excess of transfer on the considered contaminants.

The eight studied anthroposoils are quite different in terms of physico-chemical characteristics as well as in inorganic and organic contamination. In general, anthroposoils collected in Peyraud 6 site presented higher levels of quantified OCs. Some toxic effects were noticed both for E. fetida as for the three plant species cultivated in the eight studied anthroposoils, namely concerning the E. fetida reproduction rate, E. fetida body mass, plants seeds germination rate and maximal height of plants aerial parts. Data obtained clearly revealed the occurrence of bioaccumulation of the quantified OCs in both adults and juveniles E. fetida as well as in the cultivated plant species tissues even at very low concentrations in the case of the new BFRs. Different OCs families showed different comportments regarding the correlations with physico-chemical parameters and uptake by E. fetida.The obtained BAFs values clearly show the potential of these OCs to accumulate in E. fetida tissues. The obtained BAFs values for plants tested clearly indicates a great difference in the availability of the contaminants in the soils of both considered sites. Despite that the levels of OCs were significantly higher in PEY Ic than in EST G, it seems that the OCs were more available to be taken up by plants cultivated in the anthroposoil EST G. This difference in quantified OCs availability can be due to some physico-chemical parameters of the soil, namely the nature of OM, TOC and the slightly acidic pH of EST G anthroposoil.

Considering the ERITME values, the studied matrices can be classified in an apparent increasing order of toxicity: PEY Ic > PEY IIb > PEY Iva > PEY IIIa > EST G > EST L > EST K > EST C. This order of toxicity is in accordance with the levels of OCs found in the all the tested organisms (E. fetida, alfalfa, cress and mustard), where in general the higher values were recorded in PEY samples and specially in PEY Ic followed by PEY IIb. In the case of EST samples, the values were in general always lower than the ones recorded in PEY samples, being the anthroposoil EST G the most contaminated and the tissues of the organisms exposed to this anthroposoil the ones that exhibited higher levels in their tissues when compared with the other three EST samples.

The traditional approach suggests using the BAF calculation which is usually required for evaluating and assessing contamination risk, however BAF present certain limitations, since it do not comprise a cumulative effect, because this index consider each contaminant individually and thus in a less global way. The SET and ERITME approaches were developed to overcome this shortcoming as they are based on real measures in organisms. Therefore, these more realistic indexes have proven useful for risk evaluation and managing contaminated sites as they take into account the sum of all the contaminants, and not one by one as in the BAF.

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