An in situ intercomparison exercise on passive samplers for the monitoring of metals, polycyclic aromatic hydrocarbons and pesticides in surface water

An intercomparison exercise on passive samplers (PSs) was organized in summer 2010 for the measurement of selected metals, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and pesticides in surface waters. Various PSs were used and compared at 2 rivers sites and one marine lagoon. A total of 24 laboratories participated. We present selected significant outputs from this exercise, including discussion on quality assurance and quality control for PSs, the interlaboratory variability of field blanks, time weighted average water concentrations and its uncertainties, the representativity of DGT samples, the ability of PSs to lower limits of detection, PAH fingerprints in various PSs compared with spot samples, and the relevance of the permeability reference compounds (PRC) approach for POCIS with pesticides. These in situ intercomparison exercises should enable to progress on the harmonization of practices for the use of passive sampling, especially for priority chemical monitoring and regulatory programs in compliance with the Water Framework Directive (WFD) and Marine Strategy Framework Directive (MSFD)

Sediment source fingerprinting: benchmarking recent outputs, remaining challenges and emerging themes

Abstract: Purpose: This review of sediment source fingerprinting assesses the current state-of-the-art, remaining challenges and emerging themes. It combines inputs from international scientists either with track records in the approach or with expertise relevant to progressing the science. Methods: Web of Science and Google Scholar were used to review published papers spanning the period 2013–2019, inclusive, to confirm publication trends in quantities of papers by study area country and the types of tracers used. The most recent (2018–2019, inclusive) papers were also benchmarked using a methodological decision-tree published in 2017. Scope: Areas requiring further research and international consensus on methodological detail are reviewed, and these comprise spatial variability in tracers and corresponding sampling implications for end-members, temporal variability in tracers and sampling implications for end-members and target sediment, tracer conservation and knowledge-based pre-selection, the physico-chemical basis for source discrimination and dissemination of fingerprinting results to stakeholders. Emerging themes are also discussed: novel tracers, concentration-dependence for biomarkers, combining sediment fingerprinting and age-dating, applications to sediment-bound pollutants, incorporation of supportive spatial information to augment discrimination and modelling, aeolian sediment source fingerprinting, integration with process-based models and development of open-access software tools for data processing. Conclusions: The popularity of sediment source fingerprinting continues on an upward trend globally, but with this growth comes issues surrounding lack of standardisation and procedural diversity. Nonetheless, the last 2 years have also evidenced growing uptake of critical requirements for robust applications and this review is intended to signpost investigators, both old and new, towards these benchmarks and remaining research challenges for, and emerging options for different applications of, the fingerprinting approach

Quels développements pour la prise en compte de la biodisponibilité des contaminants vis à vis des organismes benthiques ?

National audienc

Comparaison des outils DGT commerciaux et « homemade » pour la mesure des métaux et mercure dans les eaux de surface. Développement et validation des échantillonneurs passifs : des outils de prélèvements intégrateurs pour l’analyse des substances

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]BELCAPassive samplers and notably the diffusive gradient in thin films (DGT) are more and more used to assess trace metal concentrations in surface freshwaters. Owing to this great interest, several laboratories prepare their own chelating resins and diffusive gels. Thus, it is really important to define how results inferred from different tools are comparable or not, notably in a process aiming to assess temporal and spatial trends of freshwater contaminations. To achieve this, we organized an in-situ intercomparison exercise on the Deûle River to assess differences obtained by using commercially available DGT or “home-made” DGT (3 laboratories). This study focused on 3 kinds of DGT: for cationic metals such as Cd, Pb, Ni, Cu and Zn, for mercury (Hg) and for arsenic (As). Overall, results obtained were similar between the DGT of the three laboratories and commercially available DGT, with a dispersion of results mainly attributed to the steps involved before calculation step (e.g. assembly, disassembly and blank control). This study displayed differences between blanks notably for Cd, Pb and Hg. However, due to high dissolved concentrations in the sampled river, blank levels did not influence results, except for Hg. For As, since receiving phases and targeted species were different between commercially available DGT and home-made DGT, comparison was not achievable. This work would require to be repeated in a less contaminated environment (e.g. 0.5 μg/L of Pb and 0.5 ng/L of Hg) to assess the influence of blanks on final results.Les échantillonneurs passifs et notamment la diffusive gradient in thin (DGT) sont de plus en plus employés pour évaluer les concentrations de métaux dans les eaux de surfaces. Ces outils sont commercialisés mais certains laboratoires confectionnent eux-mêmes leurs phases réceptrices et leurs gels diffusifs. Aussi, il convient de déterminer dans quelle mesure les résultats obtenus avec ces différents outils sont comparables, notamment dans une démarche d’évaluation des tendances temporelles et spatiales de la qualité des eaux. Pour cela, nous avons organisé un essai d’inter-comparaison in-situ sur la rivière Deûle, pour évaluer les différences obtenues via l’utilisation de DGT commerciales ou « home-made » (3 laboratoires). Cette étude s’est focalisée sur les DGT dédiées au piégeage des métaux cationiques (Cd, Pb, Ni, Cu et Zn), du mercure (Hg) et de l’arsenic (As). De façon générale, les résultats obtenus sont similaires entre les trois laboratoires et les DGT commerciales, avec une dispersion des résultats principalement liée aux étapes de préparation et d’exposition des DGT (e.g. montage, démontage, contrôle des blancs). Cette étude a montré de nettes différences entre les blancs DGT, notamment pour Cd, Pb et Hg. Cependant, en raison de concentrations élevées dans la rivière échantillonnée, les niveaux des blancs ont peu influencé les résultats, excepté pour Hg. Pour As, la nature des phases réceptrices et les espèces piégées étant différentes entre les DGT commerciales et les DGT « home-made », la comparaison n’était pas réalisable. Ce travail nécessiterait d’être réalisé dans un milieu présentant des concentrations plus faibles de métaux (e.g. 0.5 μg/L de Pb) et mercure (~0.5 ng/L) pour évaluer l’influence des niveaux des blancs sur les résultats obtenus après exposition

Recommandations pour l'estimation des tendances temporelles et des distributions spatiales des concentrations de contaminants dans les sédiments

The assessment of temporal trends and spatial distributions of contaminants in sediment by the Member State is required by the European regulation, according to the WFD. This trend evaluation must be reliable enough to be used as a basis for taking measures which are necessary when confirmed or possible increases of pollutant concentrations are identified, so that these increases do not become significant. Thus, watershed managers should be provided with a reliable methodology for the evaluation of temporal trends and spatial distributions in sediments. This report suggests a methodology for the assessment of temporal trends of organic and metallic micropollutants in sediments. It also provides with methodological keys to perform the evaluation of spatial distributions of contaminants in sediments. The methodology for the evaluation of temporal trends is applied on several data sets of surface sediment monitoring data. Several case studies are developed regarding the studied substances, the temporal range of the data set and the possibilities for data normalization. This enabled to identify the criteria to be met in order to perform a reliable study of the data from the temporal trend assessment perspective. A comparison of the trends calculated in sediment data and suspended solids data on several sampling sites is also presented. The main goal was to identify the potential benefit of monitoring the suspended solids as an addition to the classical sediment monitoring. Indeed, suspended solids sampling mainly targets small-size particles, which can be assimilated to a "sampling grain-size normalization", which can replace the data normalization performed once the date are being studied. The question of sampling frequency for suspended solids monitoring is addressed as well by creating several data sets with different sampling frequencies. On several occasions, significant trends have been observed in the suspended solids data sets but were not observed in the sediment data sets. Finally, the study of spatial distributions of contaminants in sediments is addressed. A bibliographical study is presented with some detailed examples which illustrate the variety of practices. The way the data are exploited and represented strongly depends on the objectives and the perimeter of the study. A set of guidelines are summarized in a table. Following the obtained results and the already provided guidelines, two main perspectives appear in regard of going further in the question of trend assessment in sediments: the opportunities for coupling both the temporal approach and the spatial approach and the question of explaining and assessing the causes of the observed trends.L'évaluation des tendances temporelles et des distributions spatiales des contaminants dans la matrice sédiment est demandée aux Etats Membres par la règlementation européenne dans le cadre de la DCE. Cette évaluation doit permettre d'estimer de façon fiable une tendance afin de guider le choix des mesures de gestion nécessaires lorsque des augmentations des concentrations en contaminant sont identifiées et de s'assurer que les concentrations n'augmentent pas de manière significative. Il est donc nécessaire que les gestionnaires de bassin aient à leur disposition une méthodologie fiable pour l'évaluation des tendances temporelles et des distributions spatiales des contaminants dans les sédiments. Ce rapport propose une méthodologie pour l'évaluation des tendances temporelles de contamination en micropolluants organiques et en métaux dans les sédiments. Il donne également quelques clés méthodologiques pour l'étude des distributions spatiales des contaminants dans les sédiments. La méthodologie d'évaluation des tendances temporelles proposée par AQUAREF a été appliquée sur plusieurs jeux de données de surveillance des masses d'eau portant sur les sédiments de surface. Plusieurs études de cas ont été réalisées, notamment en termes de famille de substances, de longueur des chroniques et des possibilités de normalisation des données. Les critères à respecter pour une évaluation robuste des tendances temporelles ont ainsi été identifiés. Une comparaison des tendances observées sur des données de sédiments de surface et des données de matières en suspension (MES) a ensuite été menée afin d'identifier l'intérêt d'un suivi complémentaire des MES. Le prélèvement de MES ciblant prioritairement les particules fines peut être considéré comme une « normalisation opérationnelle » par la granulométrie et permet ainsi de s'affranchir de l'étape de normalisation lors de l'exploitation des données. La question de la fréquence à adopter pour le suivi des MES est également abordée en générant des jeux de données présentant différentes fréquences de prélèvement des MES. A plusieurs reprises, des tendances significatives ont été observées sur ces jeux de données de MES, sans être retrouvées sur les jeux de données de sédiment. Enfin, l'étude des distributions spatiales des contaminants dans les sédiments a été abordée au moyen d'une étude bibliographique et de plusieurs exemples d'application qui ont permis d'illustrer la grande variété des pratiques. De manière générale, le choix du mode d'exploitation et de représentation des données est conditionné par l'objectif et le périmètre de l'étude. Des recommandations, synthétisées sous forme d'un tableau récapitulatif, sont proposées. A la suite de ces travaux, le couplage des approches temporelle et spatiale ainsi que l'étude de la question de l'explication des tendances et des distributions observées apparaissent comme des perspectives à approfondir

Méthodologie d'évaluation des tendances temporelles de contamination dans les sédiments et les matières en suspension des systèmes aquatiques continentaux

National audienceEuropean directives require from each Member State to monitor the contamination of continental sediments and confirm that the concentrations of hydrophobic contaminants and metals in sediments do not significantly increase with time. In France, the Water Agencies manage the monitoring of freshwater systems but do not have a fit-for-purpose methodology in order to study the data on sediment contamination monitoring. Moreover, operational obstacles have to be overcome because of the difficulty to collect fine grained sediments which can be compared from year to year, due to the natural variability of sediments. As such, the sampling of suspended solids (SS), which targets small-sized particles, is a promising alternative to surface sediments monitoring. Taking into account these difficulties for data exploitation, several studies have been undertaken by AQUAREF in order to elaborate a methodology for the assessment of temporal trends of sediment contamination. Using datasets from environmental monitoring, this methodology was tested, especially by correcting the data to account for the natural variability of sediments. Guidelines on the necessary quality the datasets must fulfil in order to ensure reliable trend assessments have been proposed. Provided that the datasets feature enough data and parameters for data correction, this methodology enables to identify significant trends, and thus to study the temporal evolution of contamination on a monitoring station. The application of this methodology on SS datasets demonstrated the relevance of performing a SS monitoring to assess contamination trends, especially because of the greater homogeneity of the sampled particles fraction during sampling time. Comparisons between results calculated on sediment and SS datasets showed that the latter enable more precise trend assessments. The proposed methodology is a first step in order to meet the regulatory requests, and for a more reliable processing of data on sediment contamination.Les directives européennes requièrent que les Etats-Membres surveillent la contamination des sédiments continentaux et vérifient que les concentrations en contaminants hydrophobes et métaux dans les sédiments n'augmentent pas de manière significative au cours du temps. En France métropolitaine, les Agences de l'Eau coordonnent la surveillance des milieux aquatiques continentaux mais ne disposent pas d'une méthodologie harmonisée permettant d'exploiter les données de contamination des sédiments de surface. A cela s'ajoutent des freins opérationnels, en raison de la difficulté à prélever des sédiments fins et comparables dans le temps résultant de l'hétérogénéité naturelle des sédiments. Aussi, le prélèvement de matières en suspension (MES), qui cible préférentiellement les particules fines, constitue une alternative intéressante au suivi des sédiments de surface. Une réflexion prenant en compte ces difficultés a été menée par AQUAREF afin de proposer une méthodologie pour l'évaluation des tendances de contamination des sédiments. Cette méthodologie a été testée à partir des données de surveillance, notamment en normalisant les données pour s'affranchir de la variabilité naturelle des sédiments. Des recommandations sur la qualité nécessaire des chroniques pour une exploitation fiable ont été formulées. Ainsi, sous réserve de disposer de chroniques comportant suffisamment de données et de paramètres normalisateurs, cette méthodologie permet d'identifier des tendances significatives et d'étudier l'évolution temporelle des contaminations à l'échelle d'une station. L'application de cette méthodologie sur des données de MES a permis de démontrer l'intérêt d'effectuer un suivi des MES pour évaluer les tendances de contamination, en raison de l'homogénéité de la fraction échantillonnée au cours du temps. Les comparaisons entre résultats obtenus sur des données de sédiments et de MES montrent que ces dernières peuvent permettre une étude plus fine des tendances. Les approches proposées constituent une première étape pour répondre aux exigences réglementaires, et pour une meilleure exploitation des données de contamination des sédiments

Recommandations pour l'estimation des tendances temporelles et des distributions spatiales des concentrations de contaminants dans les sédiments

The assessment of temporal trends and spatial distributions of contaminants in sediment by the Member State is required by the European regulation, according to the WFD. This trend evaluation must be reliable enough to be used as a basis for taking measures which are necessary when confirmed or possible increases of pollutant concentrations are identified, so that these increases do not become significant. Thus, watershed managers should be provided with a reliable methodology for the evaluation of temporal trends and spatial distributions in sediments. This report suggests a methodology for the assessment of temporal trends of organic and metallic micropollutants in sediments. It also provides with methodological keys to perform the evaluation of spatial distributions of contaminants in sediments. The methodology for the evaluation of temporal trends is applied on several data sets of surface sediment monitoring data. Several case studies are developed regarding the studied substances, the temporal range of the data set and the possibilities for data normalization. This enabled to identify the criteria to be met in order to perform a reliable study of the data from the temporal trend assessment perspective. A comparison of the trends calculated in sediment data and suspended solids data on several sampling sites is also presented. The main goal was to identify the potential benefit of monitoring the suspended solids as an addition to the classical sediment monitoring. Indeed, suspended solids sampling mainly targets small-size particles, which can be assimilated to a "sampling grain-size normalization", which can replace the data normalization performed once the date are being studied. The question of sampling frequency for suspended solids monitoring is addressed as well by creating several data sets with different sampling frequencies. On several occasions, significant trends have been observed in the suspended solids data sets but were not observed in the sediment data sets. Finally, the study of spatial distributions of contaminants in sediments is addressed. A bibliographical study is presented with some detailed examples which illustrate the variety of practices. The way the data are exploited and represented strongly depends on the objectives and the perimeter of the study. A set of guidelines are summarized in a table. Following the obtained results and the already provided guidelines, two main perspectives appear in regard of going further in the question of trend assessment in sediments: the opportunities for coupling both the temporal approach and the spatial approach and the question of explaining and assessing the causes of the observed trends.L'évaluation des tendances temporelles et des distributions spatiales des contaminants dans la matrice sédiment est demandée aux Etats Membres par la règlementation européenne dans le cadre de la DCE. Cette évaluation doit permettre d'estimer de façon fiable une tendance afin de guider le choix des mesures de gestion nécessaires lorsque des augmentations des concentrations en contaminant sont identifiées et de s'assurer que les concentrations n'augmentent pas de manière significative. Il est donc nécessaire que les gestionnaires de bassin aient à leur disposition une méthodologie fiable pour l'évaluation des tendances temporelles et des distributions spatiales des contaminants dans les sédiments. Ce rapport propose une méthodologie pour l'évaluation des tendances temporelles de contamination en micropolluants organiques et en métaux dans les sédiments. Il donne également quelques clés méthodologiques pour l'étude des distributions spatiales des contaminants dans les sédiments. La méthodologie d'évaluation des tendances temporelles proposée par AQUAREF a été appliquée sur plusieurs jeux de données de surveillance des masses d'eau portant sur les sédiments de surface. Plusieurs études de cas ont été réalisées, notamment en termes de famille de substances, de longueur des chroniques et des possibilités de normalisation des données. Les critères à respecter pour une évaluation robuste des tendances temporelles ont ainsi été identifiés. Une comparaison des tendances observées sur des données de sédiments de surface et des données de matières en suspension (MES) a ensuite été menée afin d'identifier l'intérêt d'un suivi complémentaire des MES. Le prélèvement de MES ciblant prioritairement les particules fines peut être considéré comme une « normalisation opérationnelle » par la granulométrie et permet ainsi de s'affranchir de l'étape de normalisation lors de l'exploitation des données. La question de la fréquence à adopter pour le suivi des MES est également abordée en générant des jeux de données présentant différentes fréquences de prélèvement des MES. A plusieurs reprises, des tendances significatives ont été observées sur ces jeux de données de MES, sans être retrouvées sur les jeux de données de sédiment. Enfin, l'étude des distributions spatiales des contaminants dans les sédiments a été abordée au moyen d'une étude bibliographique et de plusieurs exemples d'application qui ont permis d'illustrer la grande variété des pratiques. De manière générale, le choix du mode d'exploitation et de représentation des données est conditionné par l'objectif et le périmètre de l'étude. Des recommandations, synthétisées sous forme d'un tableau récapitulatif, sont proposées. A la suite de ces travaux, le couplage des approches temporelle et spatiale ainsi que l'étude de la question de l'explication des tendances et des distributions observées apparaissent comme des perspectives à approfondir

Les pièges à particules : principes, état de l'art et perspectives pour la surveillance des milieux aquatiques - focus sur les cours d'eaux

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]BELCA [ADD1_IRSTEA]Systèmes aquatiques soumis à des pressions multiples [Relecteur_IRSTEA]Yari, A. ; Ghestem, J.P.Particulate matters are a central point in the assessment of water bodies. A wide range of techniques is available for sampling of particulate matters (TSS / Sediment) in aquatic systems. The relevance of each technique is determined by the flows and dynamics of the particulate matters, the data requirements (limit of quantification, accuracy, uncertainty, representativity ...) and available resources. These factors determine the sampling strategy and method to be adopted and how the sample should be handled (transported and stored) after collection. It is therefore essential to pay particular attention to the following question: Which sampling approach (s) will provide the most representative sample? Sediment traps are collectors, boxes, or baskets, placed in the water column and which capture the particulate matters continuously by decantation. Once deployed, the water passes through the system in which a decrease in the velocity of the flow occurs, causing the particulate matters to decant in the tool. The objective of this action is to evaluate the potential of sediment traps in the monitoring of chemical contamination of aquatic environments. The main observations show that sediment traps can be integrated into strategies for the chemical monitoring of aquatic environments' contamination, in particular to: - Integrate the variability of contaminant concentrations in particulate matter; - Track chemical contamination of water bodies; - Improve the representativeness of the assessment of chemical contamination of aquatic environments by an integrated measure, in addition to integrative samplers; - Meet chemical monitoring requirements for EQS and whole water; in addition to passive integrative samplers; - Estimate flows of particulate contaminants.La prise en compte des particules est un point central de l'évaluation des masses d'eaux. Un large éventail de techniques est disponible pour l'échantillonnage des particules (MES/Sédiments) dans les systèmes aquatiques. La pertinence de chaque technique est déterminée par les flux et dynamiques des particules, les exigences sur les données (limite de quantification, exactitude, incertitude, représentativité, ...) et les ressources disponibles. Ces facteurs déterminent la méthode d'échantillonnage à adopter et la manière dont l'échantillon devra être manipulé (transporté et stocké) après la collecte. Il est donc indispensable de porter une attention particulière à la question suivante : quelle(s) approche(s) d'échantillonnage fournira (ont) 'échantillon le plus représentatif ? Les pièges à particules sont des collecteurs, boîtes, ou paniers, placés dans la colonne d'eau et qui capturent les particules en continu par décantation. Une fois déployé, l'eau passe au travers du système au sein duquel une diminution de la vitesse du débit s'opère, provoquant la décantation des particules dans l'outil. L'objectif de cette action est d'évaluer le potentiel des pièges à particules dans le cadre de la surveillance de la contamination chimique des milieux aquatiques. Les principales observations démontrent que les pièges à particules peuvent être intégrés dans des stratégies de surveillance de la contamination chimique des milieux aquatiques, notamment pour : - Intégrer la variabilité des concentrations en contaminants dans les particules; - Suivre en tendance la contamination chimique des masses d'eau ; - Améliorer la représentativité de l'évaluation de la contamination chimique des milieux aquatiques par une mesure intégrée, en complément d'échantillonneurs intégratifs ; - Répondre aux exigences de surveillance de l'état chimique NQE et fraction eau totale ; en complément d'échantillonneurs intégratifs passifs ; - Estimer des flux de contaminants particulaire

Influence d'une augmentation de la température sur la réponse de biofilms phototrophes de rivière à une exposition chronique en cuivre

International audienceAgricultural rivers are highly affected by metal pollution, with copper being frequently detected. However, the pollution of surface waters must be viewed in a context of global change, and aquatic systems are generally subjected to multi-stress conditions, due to multiple chemical and/or physical pressures. Among the various environmental factors, a special attention should be paid to climatic changes, which can lead to rising temperatures. In lotic ecosystems, periphytic biofilms assume key ecological functions such as primary production and nutrient cycling. Indeed, even if effects of metals on microbial communities are relatively well known, there is a lack of data about the possible interactions between temperature increase and metal pollution. Accordingly, the present study aimed to evaluate in microcosms the influence of temperature increase on the response of biofilms to copper exposure (about 20 µg L-1). Winter communities, collected in a 8°C water, were subjected for six weeks to four thermal conditions in presence or not of copper. At the initial river temperature (8°C), our results confirmed the chronic impact of copper on biofilms, both in terms of structure (biomass, distribution of algal groups, diatomic composition) and function (photosynthetic potential) throughout the study. At higher temperatures (13, 18 and 23°C), the effects were transient and varied according to the measured parameters. Statistical analysis revealed a significant interaction between temperature and copper. Furthermore, our study seemed to suggest that temperature can modify Cu bioavaibility. It is necessary to study these interactions in order to better understand the ecotoxicological impact of metals in multi-stressed environments