Dynamique des contaminants

Dans cet axe thématique, des approches à l’échelle d’un site et/ou au niveau du laboratoire sont entreprises afin de mieux comprendre la dynamique ou l’éco-dynamique de contaminants dans l’environnement.

L’analyse multi-échelle de polluants persistants et émergents sur des observatoires régionaux voire internationaux (le littoral méditerranéen, le fleuve rouge au Vietnam…), permet de mieux appréhender la dynamique mondiale des polluants persistants dans le contexte particulier des changements globaux tels que le changement climatique, la hausse démographique, le développement des mégapoles et l’accélération industrielle…. Le but est d’étudier l’impact de ces molécules sur la qualité des eaux, l'habitat côtier, l'écosystème benthique et la ressource halieutique, dans des zones où la pêche est une ressource économique d’importance et leur migration dans l’environnement.

Par exemple, le transfert des microplastiques des mers et océans vers l’atmosphère a été mis en évidence par des mesures de terrain et des essais de laboratoire. Le principal processus impliqué semble être l’éclatement en surface des panaches de bulles d’air générés par le déferlement des vagues.

Par ailleurs, bien que la présence les microplastiques (MP) et nanoplastiques (NP) a été récemment mise en évidence dans les eaux souterraine, leurs voies de transfert vers ce compartiment restent encore très hypothétiques. Dans ce contexte, l’équipe TRAME étudie la migration des MP et NP dans des sols pollués en HAP et métaux vers la nappe phréatique afin de valider ce processus de transfert, d’élucider les paramètres le contrôlant et étudier le possible transport de polluants au cours de ce processus.

Un autre aspect développé dans cet axe concerne la réactivité environnementale dans la microcouche de surface marine. Cette microcouche (ou « sea surface microlayer », SSML) comprend l’interface mer-atmosphère c’est-à-dire les premières centaines de micromètres sous la surface de l’eau. L’une de ses spécificités est d’accumuler de la matière organique issue du microbiote marin (exo polysaccharides, surfactants…) et des micropolluants organiques, notamment ceux ayant des propriétés amphiphiles (PCB, DDT, hydrocarbures, ...). Elle constitue donc un réacteur photochimique bien particulier dont le comportement est peu décrit dans la littérature. De ce fait, à partir d’expériences de laboratoire, l’équipe TRAME travaille à évaluer l’incidence de la polarité/caractère amphiphile des polluants et de la composition de la SSML sur l’enrichissement en polluants organiques, de déterminer si le processus de photodégradation de polluants est amplifié ou inhibé dans la SSML en élucidant les mécanismes réactionnels et d’évaluer les interactions eau-atmosphère (transfert des polluants vers atmosphère et dégradation induite par les radicaux atmosphériques).

Une fois émis dans l’environnement, les micropolluants organiques se transforment par des mécanismes naturels (biodégradation, photooxydation) et lors d'utilisation de procédés de traitement. Ils vont alors générer dans les milieux aquatiques un ensemble de produits de transformation (TPs) potentiellement toxiques pour les organismes aquatiques.
L’étude des TPs est rarement prise en compte dans l’évaluation de la qualité des milieux, et des risques environnementaux et sanitaires des composés parents. Les TPs pourraient donc représenter une menace insoupçonnée pour la qualité de la ressource en eau. Avec plus de 100 000 substances bénéficiant d’une autorisation de mise sur le marché en Europe une approche individualisée, substance par substance n’est pas envisageable. Les défis scientifiques qui se présentent sont donc :

de développer des outils méthodologiques capables de prédire les cinétiques et les voies de transformation des contaminants organiques sur la base de leurs structures chimiques
d’évaluer l’influence de la variabilité des conditions environnementales à différentes échelles spatio-temporelles sur l’importance de ces transformations.

Le développement de tels modèles prédictifs requiert la compréhension à l’échelle moléculaire de mécanismes tels que les réactions chimiques, photochimiques et biologiques ainsi que la détermination de la nature précise des TPs. L’objectif est de trouver les propriétés des substances chimiques et des milieux qui vont favoriser la persistance ou la dégradation des contaminants organiques et qui vont définir également l’importance relative des différentes voies de transformation. L’approche moléculaire est nécessaire pour que les domaines d’application des règles de transformation, forcément élucidées à partir d’un jeu limité de substances "sondes", soient clairement définis.

Cet axe thématique, au départ fondamental, a des applications industrielles et se partage en deux sous-axes :

Atténuation naturelle : photooxydation principalement, mais aussi phytoépuration et phytostabilisation.
Atténuation "pilotée" au travers de la mise au point de procédés d’épuration innovants et de la caractérisation des impacts des traitements photochimiques sur l'élimination des sous-produits de chloration.