Les contaminants organiques dans l’environnement aquatique

Les écosystèmes aquatiques représentent d’importants réservoirs de polluants dont certains sont toxiques et leur rejet dans l’environnement peut constituer une menace pour l’équilibre des écosystèmes aquatiques et pour la santé humaine. Les sources de pollution de l’eau sont diverses et touchent de très nombreux pays, y compris le Liban. Parmi ces pollutions, on retrouve les sources industrielles, agricoles, domestiques et naturelles, qui peuvent être directes ou indirectes, ponctuelles ou diffuses.

Les contaminants peuvent être classés en deux groupes :
♦ Les composés organiques qui sont représentés par les HAP, les polychlorobiphényles (PCB), les pesticides, les médicaments, les dioxines, les chlorophénols, les phthalates et d’autres composés comme le benzène-toluène-xylène etc…
♦ Les composés inorganiques qui regroupent les composés métalliques, les matières azotées, le phosphorés, etc…

Dans le cadre de ces travaux de thèse, deux classes de contaminants ont été étudiées, les HAP et les pesticides, sur des critères de concentrations élevées dans les milieux aquatiques, de rémanence, de toxicité élevée et de risque de bioaccumulation/bioconcentration dans le compartiment biologique.

Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) 

Structure et caractéristiques physico-chimiques

Les HAP sont des composés organiques constitués d’atomes de carbone et d’hydrogène dont la structure des molécules comprend au moins deux noyaux aromatiques condensés. La famille des HAP comprend de nombreuses substances qui diffèrent entre elles par le nombre et la position de cycles benzéniques (Neff, 1979), mais une centaine seulement de ces molécules ont été identifiées dans l’environnement. Seize HAP ont été retenus par l’Agence pour la Protection de l’Environnement des Etats-Unis (US EPA) comme polluants organiques prioritaires et suscitent donc un intérêt particulier dans la surveillance de l’environnement (ATSDR, 1990).

Les propriétés physico-chimiques des HAP dépendent de leurs structures et leurs masses moléculaire et conditionnent leur devenir et leur distribution dans l’environnement. Selon leur nombre de cycles benzéniques, ces composés sont classés en HAP « légers » (≤ 3 cycles) et HAP « lourds » (≥ 4 cycles). Leurs propriétés sont résumées dans l’Annexe 1. En général, les HAP sont considérés comme des molécules apolaires, hydrophobes, et peu solubles dans l’eau. Leur caractère hydrophobe augmente avec le nombre de cycles aromatiques, alors que leur solubilité diminue. Les HAP susceptibles d’être présents dans le milieu aquatique ont entre deux et dix noyaux aromatiques. Au-delà, leur solubilité est trop faible pour qu’ils soient détectés dans les environnements aqueux. Les faibles pressions de vapeur des HAP leur confèrent une faible volatilité qui diminue avec le poids moléculaire, à l’exception du HAP di-aromatique, le naphtalène (Nap), qui peut se volatiliser de la surface de l’eau ou du sol (INERIS, 2006).

En plus de ces paramètres classiques, les coefficients de partage sont utilisés pour décrire la distribution des HAP dans les différents compartiments environnementaux : partage entre une phase aqueuse et une phase organique (Kow), le sédiment et l’eau (Kd), le carbone organique et l’eau (Koc). Les valeurs de ces coefficients de partage, présentées dans l’Annexe 1, augmentent avec la masse moléculaire. En effet, les HAP lourds (penta- à hexaaromatiques) présentent une lipophilie/hydrophobie, ainsi que des affinités pour la matière organique, les particules et les sédiments, plus importantes que les HAP légers (di- à tétraaromatiques).

Origines des HAP 

La formation des HAP peut résulter de processus naturels, mais l’activité anthropique est généralement considérée comme la source majeure d’introduction des HAP dans l’environnement. Les sources naturelles regroupent les éruptions volcaniques, la combustion de biomasse lors des feux de forêt et les fuites de réservoirs naturels de pétrole (Freeman et al., 1990; Hoyau et al., 1996; Pozzoli et al., 2004). La majorité des émissions en HAP anthropique est issue de la combustion des dérivés du pétrole, du charbon, du gaz naturel ou encore d’ordures ménagères (Besombes et al., 2001). En 2004, l’estimation de l’émission atmosphérique mondiale de 16 HAP était de 520 000 tonnes, avec un pourcentage de 56,7% provenant de la combustion de biocarburants et 17% des incendies de forêts (Zhang et Tao, 2009).

Trois sources principales peuvent être considérées pour les HAP (Neff, 1979; McElroy, 1989). La plus importante, qualifiée de source pyrolytique, provient de la combustion incomplète de la matière organique à haute température. Les HAP peuvent être également générés par la maturation de la matière organique soumise à un gradient géothermique naturel et se trouve donc dans le pétrole et le charbon. Cette source est appelée la source pétrogénique. Une troisième source dite diagénétique, qui est plutôt minoritaire, correspond à la diagenèse précoce. Dans tous les cas, les HAP peuvent pénétrer directement dans le milieu aquatique par de sources ponctuelles, comme les effluents industriels et urbains, ou à travers de sources diffuses, comme les eaux de ruissellement en zones rurales et en zones urbaines et les retombées atmosphériques.