Évaluation du POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) : domaines d'application et performances pour 56 micropolluants organiques. Application aux hormones, pharmaceutiques, alkylphénols, filtre UV et pesticides

POCIS evaluation: application fields and performances for 56 organic micropollutants. Application for hormones, pharmaceuticals, alkylphenols, UV filter and pesticides

Morin, N.

Type de document
Thèse
Langue
Français
Affiliation de l'auteur
IRSTEA LYON UR MALY FRA
Année
2013
Résumé / Abstract
Le POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) est un outil d’échantillonnage intégratif alternatif aux techniques d’échantillonnages classiques (ponctuelle ou automatisée) dédié à la mesure de micropolluants organiques relativement hydrophiles dans les eaux. Cet outil permet d’intégrer les concentrations dans le temps (CTWA, Time-Weighted Average Concentration) et, dans certains cas, d’abaisser les limites de quantification. Une revue bibliographique détaillée a montré la forte variabilité des données de performances du POCIS mesurées en laboratoire (notamment les taux d’échantillonnage ou Rs). Cette variabilité résulte en majeure partie de systèmes expérimentaux d’étalonnage différents selon les études et pas toujours renseignés. Dans la littérature, les CTWA obtenues in situ sont comparées aux concentrations obtenues après échantillonnage classique, tel que mis en oeuvre actuellement dans les programmes de surveillance européens ; ces concentrations sont dans la plupart des cas du même ordre de grandeur, même si elles ne représentent pas tout à fait la même information. Avec comme objectif d’obtenir des CTWA les plus justes et robustes possible, nous avons étudié le comportement du POCIS « pharmaceutique » en laboratoire vis-à-vis de 56 micropolluants (hormones, pharmaceutiques, alkylphénols, pesticides, filtre UV), dans un système expérimental d’étalonnage conçu spécifiquement pour contrôler l’ensemble des conditions expérimentales ayant une influence sur les Rs. Nous avons ainsi déterminé 43 Rs robustes et démontré que le POCIS est bien adapté à l’échantillonnage de la plupart des molécules étudiées. De plus, l’allure des cinétiques d’accumulation est expliquée à l’aide des propriétés physico-chimiques des molécules (log D, surface polaire). Cinq homologues deutérés ont été identifiés en tant que PRC (Performance Reference Compounds), c'est-à-dire qu’ils peuvent être utilisés pour corriger les différences de conditions entre le laboratoire et le terrain. Nous avons également comparé le POCIS au Chemcatcher « polaire » en laboratoire et montré qu’en terme de domaine d’application et de performances, le POCIS est mieux adapté pour les micropolluants étudiés. Enfin, nous avons testé la justesse et la robustesse du POCIS lors de deux essais inter-laboratoires (EIL). Le premier EIL, portant sur l’étalonnage de l’outil en laboratoire, a démontré la robustesse de ses performances pour 3 pesticides. Le deuxième EIL in situ a démontré la pertinence du POCIS pour échantillonner des hormones, des pharmaceutiques et des pesticides dans un effluent de station d’épuration. Cette thèse permet d’avancer dans le domaine des connaissances sur l’outil POCIS et de favoriser son application dans le cadre de la directive cadre sur l’eau.
The POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) is an alternative integrative sampling tool to conventionnal sampling methods (grab or automated) for measuring hydrophilic organic micropollutants in water. This tool permits to supply time-weighted average concentrations (TWAC) and, sometimes, to decrease limits of quantification. A detailed bibliographic review showed the important variability of POCIS performance data measured in laboratory (notably the sampling rates or Rs). This variability is in majority due to different experimental calibration systems, not always well detailed, among studies. In the literature, in situ TWAC are compared to concentrations from conventional sampling, actually used in european monitoring programs; these concentrations are generally of the same order of magnitude, even if they do not represent the same information. In order to obtain accurate and robust TWAC, we studied in laboratory the “pharmaceutical” POCIS behavior for 56 micropollutants (hormones, pharmaceuticals, alkylphenols, pesticides, UV filter), in a calibration system specifically made for controlling the whole experimental conditions having an influence on Rs. We determined 43 robust Rs and demonstrated that POCIS is well adapted for sampling most of studied molecules. Moreover, the pattern of kinetic accumulations is explained using molecule physical-chemical properties (log D, polar surface). Five deuterated homologues were identified as PRCs, meaning that they can be used for correcting differences in conditions between the laboratory and the field. We also compared the POCIS with the “polar” Chemcatcher and we showed that in term of application field and performances, the POCIS is better adapted for studied micropollutants. At last, we tested the accuracy and the robustness of the POCIS during two inter-laboratory studies (ILSs). The first ILS, dealing with the laboratory calibration of the tool, demonstrated performance robustness for 3 pesticides. The second in situ ILS demonstrated the relevance of the POCIS for sampling hormones, pharmaceuticals and pesticides from a waste water treatment plant effluent. This thesis permits to improve knowledge on the POCIS and to promote its application for the water framework directive.
Diplôme
Doctorat Chimie Analytique, Université Lyon 1

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