Intérêt des échantillonneurs passifs pour mieux évaluer la contamination chimique dans les rivières

A l’heure actuelle, le suivi de la qualité chimique des eaux est mis en œuvre par des prélèvements ponctuels réalisé entre 4 et 12 fois au cours d’une année afin de déterminer des concentrations en substances prioritaires (pesticides, métaux, etc.). La moyenne annuelle (MA) de ces concentrations est ensuite comparée avec des valeurs seuils dans l’eau appelées normes de qualité environnementale (NQE) qui définissent les concentrations des substances chimiques présentant un risque avéré pour l’environnement. Cependant, l'échantillonnage ponctuel présente plusieurs inconvénients, comme le manque de représentativité temporelle (par exemple, la difficulté à intégrer des pics de contamination). De plus, les méthodes d’analyse de ces échantillons d’eau ne sont pas toujours suffisamment performantes pour quantifier les substances recherchées souvent présentes à des niveaux traces (concentrations inférieures aux limites de quantification).

Pour pallier ces manques, les échantillonneurs intégratifs passifs (EIP) sont développés et utilisés depuis de nombreuses années pour évaluer la présence de contaminants chimiques dans les rivières. Les contaminants organiques peuvent être échantillonnés par plusieurs types d’outils (voir Figure 2 ci-dessous) dont notamment: les POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Samplers) pour les contaminants organiques plutôt polaires (composés pharmaceutiques, triazines, amides, etc.) et les membranes silicone (ou silicone rubber membranes, SR) pour les contaminants organiques plutôt apolaires (organochlorés, organophosphorés, etc.). Les contaminants inorganiques (métaux) peuvent être échantillonnés par l’outil DGT (Diffusive Gradient in Thin films). Pour déployer ces petits outils dans les rivières, ils sont placés ou fixés à différents systèmes (cages, cagettes, etc.) ; des grilles de barbecues ont même été récemment adaptées pour cet usage. Ils sont exposés dans les rivières pour des durées variant entre 7 jours et 3 mois (14 jours pour notre étude) afin de permettre l’accumulation et une préconcentration suffisante des contaminants. Ils sont ensuite récupérés puis extraits en laboratoire et analysés afin de déterminer la concentration dans l’eau moyennée sur le nombre de jours d’exposition. Dans ce projet, nous avons suivi en continu sur une année entière un large panel de contaminants grâce à trois types d’échantillonneurs (SR, POCIS, DGT, figure 2) sur 3 rivières en France : Le Gier à Givors (69), la Jalle à Blanquefort (33) et le Clain à Naintré (86).

Les résultats du projet RSP-EIP, présentés lors d’un séminaire de restitution (supports des conférences disponibles ici), nous permettent de mettre en avant l’intérêt de la mise en place d’une surveillance par EIP pour les substances avec des NQE dans l’eau.

D’un point de vue pratique, l’utilisation des EIP permet une simplification des opérations de transport et de stockage par rapport à la surveillance chimique actuelle par prélèvements ponctuels d’échantillons d’eau. Cependant, le déploiement d’EIP nécessite de multiplier le nombre de campagne terrain par deux (déploiement et récupération après 14 jours d’exposition).

Le calcul de la concentration dans l’eau moyennée sur les 14 jours d’exposition peut être considéré comme fiable pour une grande partie des substances prioritaires à surveiller dans l’eau, avec néanmoins des développements encore nécessaires pour certains couples substances/EIP.

L’amélioration des limites de quantification des EIP par rapport aux prélèvements ponctuels est forte pour les SR (gain médian d’un facteur 111), modérée pour les POCIS (gain médian d’un facteur 9) et modérée pour les DGT (gain médian d’un facteur 20). Par exemple, dans les eaux marines, les DGT permettent de détecter des métaux (concentrations plus faibles que dans les eaux continentales), ce qui n’est pas possible avec l’échantillonnage ponctuel d’eau.

L’évaluation des moyennes annuelles des concentrations avec les EIP a permis de montrer des bénéfices par rapport à l’utilisation des échantillons ponctuels avec un abaissement des incertitudes associées à cette mesure. La comparaison des MA avec les NQE permet de conclure au même état chimique pour la DCE, avec les POCIS ou avec les échantillonnages ponctuels ; excepté pour les contaminants présentant des NQE basses que seul les POCIS permettent de satisfaire (par exemple : métazachlore et cyprodinil). Avec les métaux par DGT, la comparaison des MA avec les NQE est plus complexe à interpréter car la fraction des métaux capturée par la DGT ne représente qu’une fraction de celle mesurée dans les prélèvements ponctuels, mais potentiellement plus représentative de la concentration disponible pour les organismes aquatiques.

Le suivi en continu pendant un an a démontré l’intérêt de disposer d’outils sensibles comme les EIP pour mieux appréhender les dynamiques de contamination des rivières par les substances, comme les pesticides et les pharmaceutiques.

Et pour aller plus loin, les EIP sont aussi utilisés en support à la surveillance des substances avec une NQE dans le biote. Mais ça c’est une autre histoire…