Ecole Doctorale

Sciences de l'Environnement

Spécialité

Sciences de l'environnement: Océanographie

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

phtalates,contaminants organiques,pollution,microplastiques,Marseille,

Keywords

phthalates,organic contaminants,pollution,microplastics,Marseille,

Titre de thèse

Présence dans l'environnement et flux des contaminants organiques d'intérêt émergent dans la zone côtière nord-ouest de la Méditerranée et dans le Rhône.
Environmental occurrence and fluxes of organic contaminants of emerging concern in the coastal NW Mediterranean Sea and the Rhône River

Date

Jeudi 5 Septembre 2019 à 14:00

Adresse

Institut Méditerranéen d’Océanologie - MIO Campus Technologique et Scientifique de Luminy 163 avenue de Luminy - Bâtiment Méditerranée 13288 MARSEILLE cedex 09 Amphithéatre Oceanomed

Jury

CoDirecteur de these M. Richard SEMPERE Mediterranean Institute of Oceanography, Aix-Marseille Université
Rapporteur M. Ralf EBINGHAUS Helmholtz-Zentrum Geesthacht
Rapporteur Mme Sopheak NET Université des Sciences et Technologies de Lille
CoDirecteur de these M. Javier CASTRO-JIMéNEZ Mediterranean Institute of Oceanography, Aix-Marseille Université
Examinateur M. Jordi DACHS Spanish National Research Council
Examinateur Mme Hélène BUDZINSKI EPOC, Université de Bordeaux
Examinateur Mme Madeleine GOUTX Mediterranean Institute of Oceanography, Aix-Marseille Université

Résumé de la thèse

La pollution chimique est devenue une menace mondiale pour l'environnement, y compris les écosystèmes marins, qui reçoivent d'importantes charges de contaminants par les eaux usées et les apports fluviaux, entre autres. Les phtalates (PAEs), les esters organophosphorés (OPEs), les bisphénols (BPs) et les composés perfluorés (PFCs) sont des produits chimiques organiques synthétiques utilisés dans divers produits. Les PAEs et les BPs sont des plastifiants courants ainsi que les OPE non halogénés. Les OPE halogénés sont principalement utilisés comme retardateurs de flamme et sont considérés comme des substituts des polybromodiphényléthers (PBDE), qui ont été interdits par la Convention de Stockholm sur les polluants organiques persistants. Les PFCs ont des propriétés hydrofuges et oléofuges et sont donc utilisés dans la fabrication de textiles résistants et de polytétrafluoroéthylène, mais aussi dans les mousses extinctrices. Ces composés organiques qui sont largement répandus dans l'environnement en raison de leurs taux élevés de production et d'utilisation et de l'insuffisance du cadre réglementaire, suscitent des inquiétudes croissantes en raison de leurs propriétés éprouvées ou soupçonnées de perturbateurs endocriniens et/ou cancérogènes. Avec d'autres polluants environnementaux, tels que les microplastiques, ils exercent une pression anthropique croissante sur les milieux aquatiques. Leur variabilité temporelle et spatiale, leur occurrence et leurs sources locales, leur distribution dans différents compartiments et leurs interactions avec les organismes, entre autres, ne sont pas bien caractérisées et de nombreuses questions demeurent ouvertes. Dans cette thèse, plusieurs de ces aspects ont été étudiés à l'échelle de la Baie de Marseille (Méditerranée Nord-Ouest) et du Rhône. Dans une première étude, les taux quotidiens de transport de microplastiques pour le Courant Nord de la Méditerranée (CNM) (0.18-86.46 t) et le Rhône (0.20-21.32 kg) ont été estimés à partir de la collecte de 3,193 microplastiques dans la zone d'influence du CNM, la baie de Marseille et le Rhône et son panache. Deuxièmement, des additifs plastiques organiques ont été analysés dans le Rhône et il a été estimé que 13.7 à 148 kg d'additifs plastiques organiques dissous sont exportés chaque jour par le Rhône, ce qui indique que le relargage potentiel par les microplastiques (de surface) ne peut pas expliquer entièrement les concentrations des additifs présents dans la phase aqueuse dissoute. Dans la troisième partie, les PFC ont été analysés dans la baie de Marseille et dans le Rhône et il a été observé que les concentrations d'acide perfluorooctanesulfonique (PFOS) dépassaient la norme de qualité environnementale moyenne annuelle de l'UE dans plus de 80% des échantillons. De plus, il a été démontré par modélisation numérique que les intrusions du Rhône peuvent transporter d'importantes quantités de PFOS dans la baie de Marseille. Dans la quatrième section, l'accent mis sur la baie de Marseille a montré que les échantillons de zooplancton en particulier présentaient des quantités élevées d'additifs plastiques organiques, tandis que les échantillons d'eau et de sédiments n'étaient que modérément ou légèrement contaminés. Ainsi, le phtalate de diéthylhexyle (DEHP) était le plus abondant dans les échantillons de zooplancton, avec une large gamme de concentrations (309 ng g-1 dw - 40 µg g-1 dw). Enfin, des échantillons d'eaux de l'Atlantique Nord tropical ont permis de faire des comparaisons entre les régions côtières (baie de Marseille), fluviales (Rhône) et éloignées (Atlantique Nord tropical). Alors que dans la baie de Marseille, la dynamique des contaminants était dominée par les apports côtiers (décharge de la STEP, activités portuaires) et fluviaux, le transport à moyenne et longue distance s'est produit dans l'Atlantique Nord tropical, où les contaminants provenaient du fleuve Amazone et étaient ensuite transportés par le courant du Nord Brésilien.

Thesis resume

Chemical pollution has become a global threat to the environment, including marine ecosystems, which receive important contaminant loads via wastewater and freshwater inputs, among others. Phthalates (PAEs), organophosphate esters (OPEs), bisphenols (BPs) and perfluorinated compounds (PFCs) are man-made organic chemicals used in a variety of products. PAEs and BPs are common plasticizers as well as non-halogenated OPEs. Halogenated OPEs are mainly used as flame retardants and are considered as substitutes of polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), which were banned by the Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants. PFCs have water and oil repellent properties and are thus used in the manufacturing of resistant textiles and polytetrafluoroethylene, but also in fire-fighting foams. These organic compounds which are widely distributed in the environment due to their high production and usage rates and the insufficient regulatory framework, give raise to growing concerns due to their proven or suspected endocrine disruptors and/or carcinogen properties. Together with other environmental pollutants, such as microplastics, they exert a growing anthropogenic pressure on aquatic environments. Their temporal and spatial variability, local occurrence and sources, distribution in different compartments and interactions with organisms, among others, are not well characterized and many open questions remain. In this thesis, several of these aspects were investigated at the scale of the Bay of Marseille (NW Mediterranean Sea) and the Rhône River. In a first investigation, daily microplastic transport rates for the Northern Mediterranean Current (NMC) (0.18-86.46 t) and the Rhône River (0.20-21.32 kg) were estimated based on the collection of 3,193 microplastic items in the NMC influence area, the Bay of Marseille and the Rhône River and its plume. Secondly, organic plastic additives were analyzed in the Rhône River and it was estimated that 13.7-148 kg of dissolved organic plastic additives are exported by the Rhône River each day, indicating that potential leaching from (surface) microplastics cannot entirely explain the additive concentrations present in the dissolved water phase. In the third part, PFCs were analyzed in Marseille Bay and the Rhône River and it was observed that perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) concentrations exceeded the EU annual average Environmental Quality Standard in over 80% of samples. Furthermore, it was shown through numeric modelling that intrusions from the Rhône River can transport important PFOS quantities into Marseille Bay. In the fourth section, a focus on Marseille Bay showed that especially zooplankton samples exhibited high organic plastic additive amounts, while water and sediment samples were only moderately or slightly contaminated. Hereby, diethylhexyl phthalate (DEHP) was most abundant in zooplankton samples, with a wide range of concentrations (309 ng g-1 dw - 40 µg g-1 dw). Finally, off-shore water samples from the tropical North Atlantic allowed to make comparisons between coastal (Bay of Marseille), riverine (Rhône River) and remote (tropical North Atlantic) regions. While in Marseille Bay coastal (WWTP outlet, harbor activities) and riverine inputs dominated contaminant dynamics, medium-/long-range transport occurred in the tropical North Atlantic where contaminants supposedly originated from the Amazon River and were further transported by the North Brazil Current. This study allowed to get an overview of the organic contaminant situation in Marseille Bay, to investigate contaminant fluxes from the Rhône River – the main freshwater source of the Mediterranean Sea – and to provide original data from the tropical North Atlantic. Future efforts should concentrate on dedicated studies of zooplankton-contaminant interactions, increased temporal resolution and investigations in areas of special interest, such as the Amazon River.