Bien que l’environnement mondial suscite de plus en plus d’inquiétudes au sujet des micropolluants organiques émergents tels que les produits pharmaceutiques, les produits de soins personnels et les pesticides, il subsiste un manque d’informations sur leur présence dans l’environnement. L'irrigation avec les eaux usées traitées et l'épandage de biosolides sur les terres agricoles exposent l'agroenvironnement aux TrOCs de manière continue pouvant ainsi impliquer le déplacement de la charge polluante vers les organismes vivant avoisinant.
La mise en place de méthode analytique reste très diversifiée, mais implique des couts élevés et des méthodes systématiquement implémentées pour une même catégorie de micropolluants dans une matrice unique bien définie. Malgré l’évolution des méthodes analytiques et la diversification de ces dernières, on remarque que la plupart des recherches porte souvent sur les mêmes composés (résidus pharmaceutiques, hormones) peu de données sont disponible quant au développement de méthode pour d’autres composés (pesticides) dans les biosolides municipaux ou matrices environnementales plus complexes. L’étude d’autres composés dans différentes matrices complexes et la mise en place d’une méthode simplifiée et rapide pour la détermination d’un cocktail de composés reste toujours d’actualité.
Les différentes études menées sur les champignons vecteurs de la pourriture blanche du bois (WRF) montrent une certaine limite quant à l’élimination des pharmaceutiques récalcitrants. La plupart des études sont réalisées dans une matrice contrôlée, notamment au niveau des concentrations en TrOCs qui restent beaucoup plus élevées que ce qui est retrouvé à l’échelle environnementale. Aussi plusieurs paramètres (pH, T°, composition du milieu de culture, etc.) font que la croissance des champignons est optimisée. D’autres parts, la majorité des travaux se focalise sur l’étude d’une molécule à la fois, rare sont ceux qui prennent en compte l’effet cocktail et synergique que pourrait avoir le mélange. Ce qui implique que les résultats obtenus à l’échelle réduite ne seront pas systématiquement retrouvés à plus grande échelle. Aussi la faisabilité du champignon pour l’élimination des polluants est à vérifier et à explorer davantage lors de l’application de ce dernier dans un environnement plus complexe (ex. biosolides municipaux) afin de voir le réel potentiel des WRF à croitre, à synthétiser les enzymes et à assainir le milieu contaminé. Néanmoins, une application directe des WRF aux biosolides municipaux ouvre une toute nouvelle gamme de procédés intéressants de décontamination plus
22 respectueux de l'environnement. Offrant ainsi plusieurs alternatives aux boues d’épuration traitées : agriculture, biotechnologie et une gestion propre.
À ce stade ou les enjeux environnementaux sont une priorité mondiale, il est important de mettre en place :
- Une méthode analytique polyvalente pouvant être appliquée à différentes matrices environnementales,
- Une base de données sur la présence des TrOCs présents afin de cibler ce que l’on cherche à éliminer,
- Mise en place de technologie d’élimination permettant d’atteindre nos objectifs de façon écoresponsable et offrir ainsi une meilleure fin de vie aux matrices complexes (type biosolides municipaux).
C’est pourquoi ce projet de thèse tente d’apporter un complément d’information à la sphère scientifique afin de répondre à ces différentes problématiques.
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3 CHAPITRE III: DÉVELOPPEMENT D'UNE
MÉTHODE MULTIRÉSIDUS PERMETTANT
LA DÉTECTION ET LA QUANTIFICATION
DE CONTAMINANTS ORGANIQUES A
L’ÉTAT DE TRACES DANS DES MATRICES
ENVIRONNEMENTALES
3.1 Introduction
Au cours des dernières années, l'utilisation des boues d'épuration comme matièere résiduelle fertilisante sur les sols pour la fertilisation des cultures est de plus en plus grandissante, car elle est considérée comme une alternative à faible coût en comparaison avec les engrais chimiques (azote et phosphore) et une manière durable de valoriser ces déchets. Au Québec (Canada), 60% de tous les biosolides sont valorisés pour l’amélioration de la qualité des sols [3]. Les biosolides générés après traitement des eaux usées contiennent des composés organiques à l’état de trace (TrOCs) tels que les produits pharmaceutiques et les pesticides qui sont une source potentielle de contamination de l'environnement [3,79,128,129]. La réglementation environnementale pour l'application des biosolides sur le sol comprend des limites de concentration pour les métaux et les agents pathogènes, mais la réglementation des TrOCs fait défaut [4].
La quantification des TrOCs dans les échantillons environnementaux est essentielle à l'évaluation du devenir de l'impact environnemental des TrOCs après l'application de biosolides. L'analyse d'échantillons solides (par exemple, le sol, les sédiments et les boues) est une tâche plus difficile que les échantillons d'eau (tableau 7-1 dans l’annexe A).
Plusieurs approches ont été développées pour extraire et analyser les TrOCs à partir d'échantillons solides, tels que Soxhelt [33], l’extraction liquide sous pression (PLE) [35], et l’extraction assistée par ultrasons (UAE) [40]. Ces méthodes nécessitent un équipement relativement sophistiqué et coûteux et elles sont énergivores en solvants et en temps [40,128]. En 2003, Anastassiades et al, (2003) [44] ont développé la méthode rapide, facile, bon marché, efficace, robuste et sûre (QuEChERS) pour l'extraction et l'analyse des résidus de pesticides dans les matrices alimentaires solides (par exemple, les fruits). Cette méthode a été étendue avec succès à l'analyse des pesticides et des produits pharmaceutiques dans une grande variété de matrices environnementales, y compris les boues [41,52,130]. En raison de la grande complexité
24 des matrices solides environnementales (ex. biosolides, sédiments, organismes aquatiques) [131], la préparation des échantillons doit inclure une étape de purification, souvent réalisée par extraction en phase solide (SPE), pour réduire l'effet de matrice [132] [44,47,133]. L'efficacité de cette étape de purification dépend des propriétés de la matrice, des propriétés des composés ciblés et du choix du sorbant SPE (ex. C18, silice, sorbant polymère) [48,134] et du solvant
d'extraction. Transposer une méthode d'une matrice solide à une autre ou développer une méthode pour plusieurs matrices solides ou plusieurs composés peut ainsi entraîner un développement long et fastidieux. Aujourd'hui, alors que les préoccupations environnementales sont un enjeu majeur, il est important de pouvoir développer une méthode respectueuse de l'environnement en diminuant le temps de fonctionnement, la quantité de solvant et la consommation. Le développement et l’optimisation de méthodologies analytiques par les méthodes classiques implique un nombre d’essais important ( ce qui entraine une consommation élevée e consommable tels le solvant d'extraction, les sels de purification…) et une grande variété et quantité de données à traiter.Pour surmonter cet aspect, plusieurs approches sont utilisées pour l'interprétation des données (chimiométrie, etc ...) [135].
En effet, des outils sont disponibles pour guider et simplifier le développement et l'optimisation des méthodes analytiques. Dans ce contexte, l’optimisation de plusieurs paramètres pour plusieurs molécules nécessite une approche fiable et robuste pour la sélection de la condition optimale de chaque variable. A cet effet, la fonction de désirabilité représente un outil statistique avantageux pour trouver les conditions expérimentales (niveaux de facteurs) pour atteindre, simultanément, la valeur optimale pour toutes les variables évaluées lors du développement et de la procédure d'optimisation [140,141]. Cette approche fiable et robuste utilise une solution de compromis avec les propriétés de réponse souhaitées (ie, la récupération la plus élevée, les effets d'interférence et de matrice les plus faibles, etc.). La fonction de désirabilité est largement utilisée pour l'optimisation de processus de réponse multiples dans l'industrie [136–138]. De plus, elle a été évaluée comme une approche hautement compétitive qui peut rivaliser avec d'autres méthodes conçues pour bien fonctionner dans des conditions défavorables et les mesures d'optimisation justifient son utilisation dans des problèmes réels [137,139].
L'objectif de cette étude est de développer et optimiser une méthode analytique multirésidus en utilisant la fonction de désirabilité comme référence et comme critère ultime l'extraction, la purification et la quantification de 70 composés ciblés (54 pesticides et 16 produits
25 pharmaceutiques) dans les biosolides. Nous avons testé la robustesse de la méthode pour d'autres matrices environnementales (c'est-à-dire les sédiments et deux organismes benthiques (Cheronomeadae et Oligochaetae)).