Des cycles océaniques à la biodisponibilité des contaminants aquatiques : rôle de la matière organique

Dans ce document, trois chapitres reprennent ces axes de recherche : les cycles biogéochimiques en milieu marin, les rejets de matière organique et de nutriments en eau douce, la biodisponibilité des micro-polluants en milieu aquatique. La matière organique constitue le fil rouge qui permet de tout relier. On la considère pour son origine, la photosynthèse, dans le chapitre 1, pour se dégradation, dans le chapitre 2, et enfin pour ses interactions avec les micro-polluants, dans le chapitre 3. Certes, la matière organique est un vaste ensemble, un peu fourre-tout mais c'est par cet ensemble que se réalisent les interactions du vivant avec les cycles de la matière, c'est à dire la spécificité de notre environnement ! Comme le vivant n'est pas statique, la matière organique s'étudie par ses processus caractéristiques : synthèse, dégradation, association, dissociation. Tous sont dynamiques, tous les états d'observation sont transitoires, et l'observation, comme l'interprétation, doivent être adaptées à ces contraintes. C'est ainsi que le deuxième fil rouge de mon travail est la modélisation, qui permet de repasser au ralenti le film d'idéales expérimentations afin de pouvoir les analyser. Dans chacun des trois chapitres qui vont suivre, on trouvera donc, en proportions inégales, de l'observation, de l'expérimentation et de la modélisation. Enfin, en perspective, j'esquisserai les grands axes de ce qui pourrait constituer mon activité de recherche des années à venir, pour contribuer à la compréhension de l'impact des micro-polluants sur la biosphère aquatique

Vers l'utilisation de la méthode PICT en milieu aquatique urbain : évaluation de la tolérance aux métaux de périphyton prélevé en eau douce

International audienceThe aim of this study is to evaluate Pollution Induced Community Tolerance on freshwater periphyton chronically exposed to urban contamination. We developed a methodology for a simple, low cost and non-radioactive shortterm toxicity test to assess the metal tolerance of periphyton collected in situ

Diversité des rejets de station d'épuration : leçons d'un petit bassin versant rural

Extrait de documentThese results confirm that treated wastewaters are variable from one site to another and according to time. However, self-monitoring data are now more and more available and will help us understanding this variability. Relationships between these parameters and those used in the frame of water quality models (such as biodegradable carbon) were found and will be used for the data bases of the programme.The treated wastewaters were found to contribute significantly to the deposition of particulate organic matter in the Grand Morin.Les résultats exposés dans le rapport confirment le fait que les rejets de station d'épuration sont non seulement très divers selon les installations mais aussi très variables dans le temps. Les raisons de cette variabilité temporelle sont encore obscures mais la généralisation des pratiques d'auto-surveillance permettra certainement dans un avenir proche de mieux l'appréhender. Afin de pouvoir exploiter ces données, nous nous sommes attachés à chercher des relations entre les paramètres" classiques " qui seront mesurés en routine dans ce cadre, et les variables utilisées par le PIREN Seine (en particulier le carbone organique biodégradable). Ces relations, très significatives, sont pour certaines différentes de celles qui avaient été observées sur les stations parisiennes et vont être utilisées pour une mise à jour des bases de données de rejets de STEP du programme. D'autre part, le travail conjoint avec le thème transversal modélisation a permis de mettre en évidence le rôle potentiel des dépôts en MES dans le Grand Morin. Les rejets de station d'épuration contribuent de façon significative à ces dépôts et c'est justement la fraction particulaire des rejets qui porte l'essentiel de leur variabilité. Ces hypothèses concernant le fonctionnement de la rivière seront donc mises à l'épreuve de nouvelles campagnes l'année prochaine

Polycyclic aromatic hydrocarbon sampling in wastewaters using semipermeable membrane devices: Accuracy of time-weighted average concentration estimations of truly dissolved compounds

International audienceSemipermeable membrane devices (SPMDs) previously spiked with performance reference compounds were exposed in wastewater. After 6 days of exposure, 13 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were quantified in SPMDs. Exchange rate constants and time-weighted average (TWA) concentrations of SPMD-available PAHs in water were calculated. The bias of using SPMDs to estimate an actual TWA concentration if the concentration in water fluctuates, as can be expected in wastewater, was studied with numerical simulations. The bias increased with the exchange rate constant. However, most exchange rate constants evaluated in SPMDs exposed in wastewater were small enough for SPMDs to estimate a TWA concentration of PAHs even when the water concentration varied. TWA-SPMD-available concentrations were always below total dissolved (operationally defined as 0.7 lm) concentrations, indicating that part of the dissolved PAHs was not available for sampling. In situ partitioning coefficients KDOC were computed and found to be slightly higher than data from the literature. This confirms that only truly dissolved PAHs should be sampled by SPMDs in wastewater

Influence of algal and bacterial particulate organic matter on benzo[a]pyrene bioaccumulation in Daphnia magna

International audienceIn order to better assess the influence of organic matter on the bioavailability of hydrophobic organic contaminants, the effect of algae and POM of bacterial origin on the bioaccumulation of benzo[a]pyrene in Daphnia magna was evaluated. The bioaccumulation was monitored with increasing concentrations of particulate organic matter (POM) and dissolved organic matter (DOM).In all experiments, the presence of POM greatly reduced the bioaccumulation of benzo[a]pyrene. The reduction was more pronounced in the presence of algae, for which we observed a 99%-reduction effect in the presence of 6×105 cell/mL (equivalent to 5.3 mg C/L). The bioaccumulation of benzo[a]pyrene was decreased by 49% by organic matter of bacterial origin at 4.7 mg C/L.Assuming that benzo[a]pyrene was partitioned between water, DOM and POM and supposing that D. magna accumulated free benzo[a]pyrene via respiration and POM-bond benzo[a]pyrene via ingestion, bioaccumulation data allowed to estimate the dietary uptake rate of benzo[a]pyrene as well as partitioning coefficients KPOC and KDOC.Despite the ingestion of contaminated particles, we could not observe any dietary uptake of benzo[a]pyrene in daphnids. We verified, as usually supposed, that the bioaccumulation of benzo[a]pyrene to D. magna occurs mainly via direct contact. Very high partitioning coefficients (log KPOC between 5.2 and 6.2) were estimated. This study pointed out the great influence of biogenic organic matter on the fate and the bioavailability of benzo[a]pyrene in aquatic ecosystems

The ability of dissolved organic matter (DOM) to influence benzo[a]pyrene bioavailability increases with DOM biodegradation

International audienceThe biodegradation of two substrates and the ability of dissolved organic matter (DOM) to influence benzo[a]pyrene bioavailability as DOM biodegradation progressed were monitored in reactors. Substrates were composed of algae extracts and an artificial substrate that mimics raw wastewater, which were considered to be autochthonous and anthropogenic allochthonous models for DOM, respectively. The soluble microbial products formed during biomass activity were also studied. The aromaticity of DOM was investigated with specific ultraviolet absorbance. Partitioning coefficients between DOM and benzo[a]pyrene, KDOC(biol), were biologically determined by means of 4-h bioaccumulation experiments on Daphnia magna. Parent and degraded substrates always significantly reduced the bioaccumulation of benzo[a]pyrene at environmental DOM concentrations. Soluble microbial products also significantly affected the benzo[a]pyrene bioaccumulation. KDOC(biol) ranged between 2×10(4) and 4×10(5) L/kg. As the artificial wastewater biodegraded, DOM aromaticity increased, as did KDOC(biol). During the biodegradation of algae extract DOM, KDOC(biol) increased, whereas their aromaticity slightly decreased

Biodegradable fraction of organic carbon estimated under oxic and anoxic conditions

The biodegradability of water samples is usually estimated with bioassays under oxic conditions. In order to overcome some of the drawbacks linked to the incubation of the samples in aerobic batches, a new protocol is proposed and tested, which is based on an organic carbon (OC) balance after a 45 days incubation under anoxic conditions with excess nitrate. The biodegradable fractions of organic matter obtained with the anoxic protocol are slightly lower than those obtained under oxic conditions. Several possible reasons for a systematic underestimation of the biodegradable organic matter under anoxic conditions are evaluated and discussed: a reduced microbial metabolic potential, significantly reduced degradation rates for the slowly biodegradable organic matter, an additional production of refractory organic compounds during the incubation, or the inhibition of the recycling of the organic matter stored in bacterial biomass. Nevertheless, the 7% difference observed on the biodegradable total OC estimations keeps low enough so that the anoxic protocol can be proposed as a convenient alternative to the oxic one.info:eu-repo/semantics/publishe

Charges domestiques spécifiques et rejets de station d'épuration

Extrait de documentRelationships between routinely measured parameters (such as BOD5) and "research parameters" such as biodegradable forms of organic carbon have been established on the basis of extensive survey of the Seine river basin treated wastewaters. These relationships allow to evaluate the contribution of treated wastewaters to the organic carbon budget at the scale of the Seine river basin.Les expériences menées dans la phase 3 du PIREN-Seine sur les effluents des stations du bassin de la Seine ont montré une variabilité importante de la qualité des effluents, quelque soit le type de stations.La quantité de données récoltées permet d'établir des relations qui prennent en compte cette variabilité. Ces relations seront prises en compte dans les modèles de fonctionnement écologique développés dans le cadre du PIREN-Seine. Les données généralement acquises dans les stations d'épuration (et celles en particulier de l'autosurveillance) seront ainsi traduites en variables d'état du modèle. Ainsi les valeurs de DBO5 et de MES peuvent être transformées en formes de carbone : de particulaire à dissous, de biodégradable à réfractaire.Une spécificité de cette phase a également été d'établir des relations entre ces variables mesurées en routine, i.e. DBO5 et MES, et les compartiments bactériens associés. Les bactéries hétérotrophes qui dégradent la matière organique, incluant les coliformes, s'expriment logiquement en fonction de la DBO5 tandis que les bactéries nitrifiantes, attachées aux matières en suspension, peuvent être représentées en fonction de ces dernières. Les nombreuses analyses effectuées par le SIAAP sur les stations d'Achères et de Colombes,ont permis de définir, pour les années récentes 1999 et 2000, la charge spécifique brute, en phosphore notamment. Alors que les Agences considèrent que cette charge est de 4g P équ-hab j-1, les résultats des analyses montrent clairement que la charge brute est de l'ordre de 2 g P équ-hab j-1, au moins pour les stations de Seine-Aval. L'analyse des charges spécifiques traitées de la station de Colombes et d'Achères montrent clairement que la qualité des effluents rejetés en rivière peut être considérablement améliorée,moyennant la mise en oeuvre de traitements additionnels. L'effet du traitement tertiaire en place à Colombes est à ce titre spectaculaire : les eaux traitées de Colombes ont une charge spécifique azotée de 1.6-1.8 g N équ-hab j-1 contre 9-10 à Achères. Ce rapport d'environ 5, est par ailleurs conservé pour le phosphore, les MES et la DBO5 ; compte tenu des travaux réalisés explicitement sur les compartiments bactériens, les bactéries rejetées dans le milieu récepteur seront donc également à la mesure du traitement