Diagnostic chimique holistique

Les changements globaux et parmi eux, le changement climatique, la hausse démographique, le développement des mégapoles et l’accélération industrielle entraîne une dynamique mondiale des polluants (in)organiques environnementaux qu’il est indispensable de mieux caractériser. Cet axe de recherche regroupe ainsi une double approche intégrant l’analyse de pollutions organiques et inorganiques dans différentes matrices environnementales et le développement d’outils méthodologiques et analytiques adaptés.

Analyse de pollutions (in)organiques dans les compartiments environnementaux

Les travaux de recherche de l’équipe TRAME s’insèrent au sein d’observatoires et de zones ateliers (Camargue, Observatoire marin du golfe de Fos, Territoire métropolitain de Marseille initié par la MITI). A ces zones d’étude locale, d’autres zones à l’échelle internationale (le fleuve rouge au Vietnam ou dans le golfe de Tadjourah à Djibouti) sont également investiguées en partenariat avec les acteurs académiques locaux pour étudier les niveaux de contaminations chimiques des milieux. Ces travaux impliquent l’analyse de matrices variées (eau de surface -douces et marines-, eaux souterraines, sols, biote) afin de pouvoir étudier l’éco-dynamique de ces polluants et d’estimer leur impact potentiel sur les écosystèmes (habitat côtier, écosystème benthique, ressources en eau et halieutique) ou les activités anthropiques (la pêche).

Par ailleurs, dans ces environnements, plusieurs contaminants chimiques émergents vont être recherchés du fait de leur dangerosité avérée, de leur persistance ou du faible état des connaissances actuelles sur ces pollutions. 

Parmi ces composés, on peut citer les hyper-hydrophobes tels que les paraffines chlorées à chaines courtes ou encore les composés à effet retardateur de flamme qui regroupent plusieurs familles moléculaires différentes, notamment organo-bromés, -chlorés et -phosphorés dont certains sont maintenant interdits et classés parmi les listes de vigilance pour les masses d’eau en Europe, mais restent produites en Asie. D’autres molécules, de plus en plus nombreuses et diverses, ayant des propriétés physico-chimiques variées, émergent sur le marché en remplacement des retardateurs de flamme, mais elles ne sont pas surveillées dans l’environnement. 

De plus, d’autres composés utilisés dans de nombreuses industries (automobile, alimentaire, textile…) tels que les substances perfluoroalkylées (PFAS) seront étudiés du fait de la présence de certains d’entre eux dans la « dirty dozen » de la convention de Stockholm et d’une surveillance actuelle restreinte aux eaux de surface. Ils seront recherchés dans l’eau, le biote et les sols et sédiments.

L’équipe TRAME s’intéresse également aux micro- et nano-plastiques (MP et NP) et à leur contenu chimique (polluants organiques et métalliques) dont l’ubiquité a été démontré dans de nombreux compartiments environnementaux. Cependant, des données limitées existent sur les MP et NP atmosphériques (déposition humide et sèche) et leur présence dans les eaux souterraines a été peu explorée alors que ces eaux constituent 80% des ressources en eau potable.

L’équipe TRAME développe également une thématique « sous-produits de chloration », notamment à travers l’étude des rejets chlorés des usines installées sur le littoral marin, ou bien l’étude des rejets induits par l’utilisation de courants imposés sur les éoliennes flottantes en mer. Ces travaux associent mesure sur site et simulation en laboratoire pour modéliser les cinétiques de formation et de transformation des composés. Ces sous-produits chlorés sont recherchés dans les différents compartiments de l’environnement (eau douce ou salée, les sédiments, le biote, et air).

D’autres travaux de l’équipe TRAME visent à améliorer les approches moléculaires (rapports d’abondance, rapports isomériques, …) et à développer/privilégier les approches isotopiques (GC-C-IRMS) notamment sur la problématique de l’analyse de source de pollution par les hydrocarbures, pesticides et les solvants chlorés, pour identifier les origines de ce type de contaminants.

Les transferts réactifs des éléments traces métalliques, des micropolluants organiques et de la matière organique dans les eaux et les sols sont fortement liés de sorte que l'étude de l'une des composantes ne peut être distinguée de l'autre. La réalité environnementale oblige donc à considérer un système multiphasique (eau et sol ou eau et sédiment) mais aussi un système dans lequel interagissent matrices organiques et minérales. Dans ce contexte, des travaux conduits par l’équipe TRAME sur l’atténuation naturelle et sur les transferts sols-plantes, sols-eaux et sédiment-eau, ont pour objectifs d'étudier les transferts réactifs de la matière organique, des micropolluants organiques et des métaux et de développer les outils nécessaires à leur quantification et à leur suivi dans les milieux naturels et anthropisés. Ces travaux visent à apporter une contribution à la prise en compte des multi pollutions et des effets de synergie dans l’évaluation des risques.

Développements d’outils méthodologiques et analytiques

Du fait de la transformation rapide de certains polluants dans les eaux et de niveaux de concentrations particulièrement faibles, les travaux de l’équipe TRAME concernent le développement de nouveaux designs d’échantillonneurs passifs comme sondes d’ambiance chimique du milieu. L’application de certains de ces outils (silicone, LDPE, POCIS) est maintenant plus largement accepté dans la communauté scientifique et est bien décrite pour certaines familles de polluants historiques (PCB, OCP, PAH), mais il reste à déterminer les paramètres clés d’échantillonnage pour de nombreux contaminants nouvellement réglementés ou émergents, afin d’élargir les domaines d’applications et de tenter d’affiner les modèles. Les échantillonneurs passifs peuvent constituer des outils de choix pour étudier la distribution potentiellement variable des polluants organiques hydrophobes entre la microcouche de surface marine (1000 µm), l’eau sous-jacente (-0.4, -1, -3 m), et les niveaux intermédiaires et benthiques.

L’autre volet de cet axe concerne le développement de méthodes d’analyse alternatives. Cette thématique vise à développer de nouveaux systèmes d’analyse automatisés (analyse en ligne) ou de terrain (field testing kit).

L’équipe TRAME développe notamment des analyseurs en ligne utilisant les techniques d’analyse en flux telles que la FIA (Flow Injection Analysis), la SIA (Sequential Injection Analysis), la MSFIA (MultiSyringe Flow Injection Analysis) ou la MPFS (Multi Pumping Flow Systems), ou bien encore la MSC (Multi-Syringe Chromatography).

L’équipe TRAME développe également des kits d’analyse sous format microplaque permettant d’évaluer la réactivité biogéochimique d’échantillons ou de quantifier la teneur en groupements fonctionnels d’intérêt environnemental. Dans ce cadre, elle met au point des réactions de dérivation à l’aide de sondes chimiques fluorescentes qui permettent de révéler et de quantifier ces groupements fonctionnels.