CHAPITRE II : Matériels et Méthodes
1. Choix des molécules étudiées
3. Sites d’échantillonnage et modèles biologiques
... 97 3.1. Bordeaux Métropole ... 97 3.1.1. Localisation... 97 3.1.2. Le système d’assainissement ... 98 3.1.3. Les stations d’épuration des eaux usées (STEU) ... 101 3.1.4. L’exutoire pluvial du collecteur de la Rocade Nord ... 1023.1.5. La Jalle d’Eysines ... 103 3.2. Le bassin hydrographique Rhône-Méditerranée ... 105 3.3. L’Orge ... 106
4. Prélèvement et conservation des échantillons
... 108 4.1. Multiples voies d’introduction ... 108 4.2. Les stations de traitement des eaux usées (STEU) ... 113 4.2.1. Boues de STEU ... 113 4.2.2. Sédiments ... 113 4.2.3. Organismes... 1145. Etude d’un échantillonneur passif : le POCIS
... 115 5.1. Expérimentations en laboratoire ... 116 5.1.1. Dispositif expérimental ... 116 5.1.2. Sélection préliminaire de configurations ... 118 5.1.3. Calibration ... 119 5.2. Expérimentations in situ ... 120 5.2.1. Calibration en milieu naturel ... 120 5.2.2. Validation ... 1216. Protocoles d’extraction
... 122 6.1. Extraction de la phase dissoute ... 122 6.2. Extraction des matrices solides ... 123 6.3. Extraction des matrices aqueuses brutes (non filtrées) ... 124 6.4. Préparation et extraction des POCIS ... 125 6.4.1. Montage des POCIS et conservation ... 125 6.4.2. Mise en cartouche et extraction de la phase ... 126 6.4.3. Extraction des membranes ... 1267. Oxydation des précurseurs
... 12790
7.1. Principe de la méthode TOP (Total Oxidizable Precursors) ... 127 7.1.1. L’oxydation ... 127 7.1.2. Estimation de la concentration totale en précurseurs) ... 128 7.2. Tests sur de l’eau ultra-pure ... 128 7.2.1. Protocole ... 128 7.2.2. Vérification des performances d’oxydation ... 128 7.2.3. Taux de conversion ... 129 7.2.4. Vérification de la stabilité des produits de dégradation ... 130 7.3. Optimisation et validation sur matrices réelles ... 131 7.3.1. Eaux brutes ... 131 7.3.2. Matrices solides ... 132
8. Méthode d’analyse et de quantification
... 134 8.1. Analyse par LC-MS/MS ... 134 8.2. Méthode de quantification ... 1389. Contrôles qualité
... 139 9.1. Contrôles d’analyse ... 140 9.1.1. Blancs instrumentaux ... 140 9.1.2. Limites de détection et de quantification instrumentales ... 140 9.1.3. Linéarité et coefficient de réponse relatif... 140 9.2. Contrôles des procédures... 142 9.2.1. Blancs de procédure ... 142 9.2.2. Rendements ... 143 9.2.3. Fidélité ... 144 9.2.4. Matrice de référence certifiée ... 146 9.2.5. Limites de détection et quantification ... 14691
Ce chapitre a pour objectif de présenter les différents PFAS étudiés, les sites d’échantillonnage et l’ensemble des étapes allant de la collecte des échantillons à la quantification des données. Le travail d’échantillonnage a été effectué avec le soutien de nombreux acteurs, tous énumérés dans le manuscrit, et parfois en amont du démarrage du projet de thèse. C’est pourquoi, les résultats de tests de conservation sont également présentés dans cette partie. De plus, les démarches méthodologiques employées pour le développement ou l’optimisation de l’échantillonneur passif POCIS et de la méthode d’oxydation des précurseurs (méthode TOP) sont également détaillées. Enfin, la description des méthodes analytiques est accompagnée des contrôles qualité réalisés pour évaluer la fiabilité des résultats générés.
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1. Choix des molécules étudiées
Parmi la multitude de substances que regroupe la famille des PFAS, il était évident d’intégrer les composés les plus emblématiques à la liste des molécules étudiées : les acides perfluoroalkylés carboxyliques (PFCA) et sulfoniques (PFSA). Les premières études sur les PFAS étaient principalement focalisées sur le PFOA et le PFOS montrant leur caractère ubiquiste dans tous les compartiments environnementaux. Leurs homologues de longueur de chaîne plus importante ont ensuite été identifiés comme substances bioaccumulables. En conséquence, les PFCA et PFSA à chaîne courte (i.e. nc< 7 pour les PFCA et < 6 pour les PFSA) ont été proposés comme alternatives et sont de plus en plus fréquemment détectés dans les effluents urbains et les eaux de surface. Ainsi, onze PFCA comportant 4 à 14 atomes de carbone et cinq PFSA comprenant 4, 6, 7, 8 et 10 atomes de carbone ont été sélectionnés. Ces composés étaient déjà analysés au laboratoire.
Plusieurs représentants de sous-classes constituant des précurseurs de PFAA ont été ajoutés à cette liste. Six précurseurs du PFOS, déjà analysés au laboratoire, ont été choisis parmi les plus fréquemment étudiés dans la littérature : le perfluorooctane sulfonamide (FOSA) et le perfluorooctane sulfonamide acétique (FOSAA), ainsi que leurs dérivés N-alkylés (N-MeFOSA, N-EtFOSA, N-MeFOSAA et N-EtFOSAA). La liste a été complétée avec quatre n:2 fluorotélomères sulfonates : le 4:2 FTSA, le 6:2 FTSA, le 8:2 FTSA et le 10:2 FTSA. Ces composés sont utilisés depuis les années 1970 mais ne sont étudiés que depuis récemment (Field et Seow, 2017), représentant ainsi une classe de contaminants d’intérêt émergent. Une autre classe a particulièrement attiré l’attention depuis une dizaine d’année, celles des fluorotélomères phosphonates. Utilisés dans les emballages directement en contact avec la nourriture, certains ont été détectés dans le sang chez l’homme ou les boues de stations d’épuration des eaux usées et sont susceptibles de produire des PFCA (D’Eon et al., 2009 ; Lee et al., 2010). Parmi les plus étudiés, le bis (6:2 fluorotélomère) phosphonate (6:2 diPAP) et son homologue 8:2 diPAP ont été sélectionnés.
Enfin au cours de cette thèse, deux perfluoropolyéthers, utilisés comme alternatives au PFOA et PFNA dans la production de fluoropolymères ont été ajoutés dans le but de documenter leur présence en réseau d’assainissement et dans l’environnement. Il s’agissait de l’HFPO-DA (nom commercial GenX) et de l’ADONA retrouvés récemment dans des rivières impactées par des rejets d’industrie de fluoropolymères (Z. Wang et al., 2013). La liste complète des composés étudiés, leur acronyme, leur structure, les références des solutions utilisées et les chapitres de résultats dans lesquels ils ont été analysés sont renseignés dans les Tableau 6 et Tableau 7.
93 Tableau 6 : Liste des acides perfluoroalkylés (PFAA) étudiés
Famille/Structure n Acronyme Nom complet Numéro CAS Solution/Fournisseur Chapitres
Acidesperfluoroalkyléscarboxiliques(PFCA) 3 PFBA Acide perfluorobutanoïque 375-22-4 PFC-MXA
C = 2,5 µg.mL-1 (MeOH) Wellington
Laboratories
III, IV, V
4 PFPeA Acide perfluoropentanoïque 2706-90-3 III, IV, V
5 PFHxA Acide perfluorohexanoïque 307-24-4 III, IV, V
6 PFHpA Acide perfluoroheptanoïque 375-85-9 III, IV, V
7 PFOA Acide perfluorooctanoïque 335-67-1 III, IV, V
8 PFNA Acide perfluorononanoïque 375-95-1 III, IV, V
9 PFDA Acide perfluorodecanoïque 335-76-2 III, IV, V
10 PFUnDA Acide perfluoroundecanoïque 2058-94-8 III, IV, V
11 PFDoDA Acide perfluorododecanoïque 307-55-1 III, IV, V
12 PFTrDA Acide perfluorotridecanoïque 72629-94-B III, IV, V
13 PFTeDA Acide perfluorotetradecanoïque 376-06-7 III, IV, V
Acidesperfluoralkyléssulfoniques(PFSA) 4 PFBS Acide perfluorobutane sulfonique 375-73-5 PFS-MSXA
Pureté isotopique C = 2.4 µg.L-1 (MeOH) Wellington
Laboratories
III, IV, V
6 PFHxS Acide perfluorohexane sulfonique 355-46-4 III, IV, V
7 PFHpS Acide perfluoroheptane sulfonique 375-92-8 III, IV, V
8 PFOS Acide perfluorooctane sulfonique 1763-23-1 III, IV, V
94 Tableau 7 : Liste des précurseurs et alternatives aux PFAA étudiés
Famille/Structure n Acronyme Nom complet Numéro CAS Solution/fournisseur Chapitres
Perfluorooctane sulfonamide et dérivés
0 FOSA Perfluorooctane sulfonamide 754-91-6
Solutions individuelles
C = 50 µg.mL-1 (MeOH)
Wellington Laboratories
III, IV, V
1 N-MeFOSA N-méthyle perfluorooctane sulfonamide 31506-32-8 III, IV, V
2 N-EtFOSA N-éthyle perfluorooctane sulfonamide 4151-50-2 III, IV, V
Perfluorooctane sulfonamide acétique et dérivés
0 FOSAA Perfluorooctane sulfonamido acide acétique 2806-24-8
Solutions individuelles
C = 50 µg.mL-1 (MeOH)
Wellington Laboratories IV, V
1 N-MeFOSAA N-méthyle perfluorooctane sulfonamido acide
acétique 2355-31-9 III, IV, V
2 N-EtFOSAA N-éthyle perfluorooctane sulfonamido acide
acétique 2991-50-6 III, IV, V
Fluorotélomères sulfoniques
4 4:2 FTSA 4 :2 fluorotélomère sulfonate 414911-30-1
Solutions individuelles
C = 50 µg.mL-1(MeOH)
Wellington Laboratories
III, IV, V
6 6:2 FTSA 6 :2 fluorotélomère sulfonate 425670-75-3 III, IV, V
8 8:2 FTSA 8 :2 fluorotélomère sulfonate 481071-78-7 III, IV, V
10 10:2 FTSA 10 :2 fluorotélomère sulfonate 120226-60-0 IV, V
Bis (n:2 fluorotélomère) phosphate
6 6:2 diPAP Bis (6 :2 fluorotélomère) phosphate 57677-95-9
Solutions individuelles
C = 50 µg.mL-1 (MeOH)
Wellington Laboratories IV, V
8 8:2 diPAP Bis (8 :2 fluorotélomère) phosphate 678-41-1 IV, V
Perluoroalkyl éthers HFPO-DA 2,3,3,3-tetrafluoro-2-(1,1,2,2,3,3,3-heptafluoropropoxy)propanoate 62037-80-3 Solution individuelle C = 50 µg.mL-1 (MeOH) Wellington Laboratories IV, V ADONA dodecafluoro-3H-4,8-dioxanonanoate 958445-44-8 Solution indiviuelle C = 50 µg.mL-1 (MeOH) Wellington Laboratories IV, V
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Une solution de stockage était réalisée, et refaite tous les 10 mois environ, avec les solutions mères de natifs à une concentration finale pour l’ensemble des composés d’environ 1 ng.mg-1 (solvant des solutions mères : le méthanol (MeOH)). Une dilution par 25 de cette solution, dans le MeOH, (i.e. concentration finale à 0.04 ng.mg-1) a été réalisée et refaite plus fréquemment (tous les 2–3 mois) et a été utilisée comme solution de travail. De la même façon, une solution de stockage contenant les 15 étalons internes(EI) (listés dans le Tableau 8) à une concentration chacun d’environ 4 ng.mg-1 a été réalisée avec les solutions individuelles d’EI, puis diluée par 20 dans le MeOH (concentration de la solution de travail = 0.2 ng.mg-1). Ces solutions ont été conservées à -20°C et un suivi gravimétrique a été réalisé à chaque utilisation pour vérifier leur stabilité. A noter que la pureté des solutions mères d’étalon interne est supérieure à 98 % et la pureté isotopique supérieure à 99 % par 13C.
Tableau 8 : Etalons internes
Etalon interne Fournisseur Concentration
(ng.µL-1)
[1,2,3,4-13C2] PFBA Wellington Laboratories 50 [1,2-13C2] PFHxA Wellington Laboratories 50 [1,2,3,4-13C2] PFHpA Wellington Laboratories 50 [1,2,3,4-13C2] PFOA Wellington Laboratories 50 [1,2-13C2] PFDA Wellington Laboratories 50 [1,2-13C2] PFUnDA Wellington Laboratories 50 [1,2-13C2] PFDoDA Wellington Laboratories 50 [1,2-13C2] PFTeDA Wellington Laboratories 50 [1,2,3,4-13C2] PFHxS Wellington Laboratories 47,3 [1,2,3,4-13C2] PFOS Wellington Laboratories 47,8 [1,2-13C2] 6:2 FTSA Wellington Laboratories 47,5 [13C8] FOSA Wellington Laboratories 50 D3-N-MeFOSA Wellington Laboratories 50 D3-N-MeFOSAA Wellington Laboratories 50 bis[1,2-13C2] 6:2 diPAP Wellington Laboratories 50