CE34 - Contaminants, écosystèmes et santé

Photochimie des micropolluants organiques dans la microcouche de surface marine – PhotoSeaSMiL

Comment l’interface mer-atmosphère modifie-t-elle la persistance des micropolluants organiques en milieu marin ?

L’interface mer-atmosphère constitue un milieu particulier, appelé microcouche de surface marine, connu pour concentrer de nombreux micropolluants organiques. Ce projet vise à caractériser la persistance et les voies de dégradation des micropolluants organiques vis-à-vis des processus photo-induits dans ce milieu largement soumis à l’irradiation solaire.

La microcouche de surface marine, un milieu particulier pour les micropolluants organiques

D’un point de vue chimique, la microcouche de surface marine (ou SML pour « Sea Surface MicroLayer ») constitue un milieu significativement différent de l’eau sous-jacente concentrant de la matière organique de diverses origines (exsudats du microbiote marin, produits industriels ou pétroliers, …) et de diverses natures (polysaccharides, surfactants, acides gras, protéines, …). La SML est aussi un milieu vivant, abritant une activité microbienne spécifique ainsi que les oeufs et larves de nombreuses espèces de vertébrés et d’invertébrés. Celle-ci est donc essentielle au bon fonctionnement d’une partie de l’écosystème marin. Elle est également en constante interaction avec le milieu atmosphérique. <br />Or, s’il est reconnu que la SML concentre de nombreux micropolluants organiques par rapport à leur présence dans la colonne d’eau sous-jacente, leur devenir dans ce milieu reste peu documenté. Les objectifs de ce projet sont ainsi : <br />- De caractériser le partage eau-jacente/SML et SML/atmosphère des micropolluants organiques <br />- D’évaluer la persistance des micropolluants dans ce milieu vis-à-vis des processus photo-induits en phase aqueuse : leur temps de vie est-il plus court ou plus important que dans l’eau sous-jacente ? <br />- D’évaluer le temps de vie des micropolluants à l’interface mer-atmosphère vis-à-vis des réactions hétérogènes avec les photo-oxydants atmosphériques (ozone, radical hydroxyle, …) <br />- De caractériser les voies de dégradation des micropolluants dans la SML afin d’évaluer la formation de sous-produits non attendus dans l’eau sous-jacente et présentant potentiellement une dangerosité pour le milieu.

Ce projet se base pour l’essentiel sur des essais de laboratoire, utilisant des réacteurs chimiques permettant de reproduire les conditions rencontrées dans la SML. La complexité de la nature chimique de cette dernière est progressivement abordée : composés modèles commerciaux seuls et mélanges, production à dessein d’exsudats de bactéries marines (fraction importante de la SML, avec le laboratoire MAPIEM), prélèvements de SML réelle en mer Méditerranée.
Les processus photo-induits en phase aqueuse sont initiés au moyen d’un système d’irradiation artificielle permettant de sélectionner une gamme de longueur du spectre solaire spécifique au processus étudié, ainsi qu’au moyen de composés modèles générant sous irradiation les principales espèces réactives rencontrées en milieu aqueux (radical hydroxyle, état excité triplet de la matière organique, oxygène singulet). Les réactions hétérogènes à l’interface air-eau sont étudiées en générant au sein de la phase gazeuse du réacteur les principaux oxydants atmosphériques. Les vitesses de dégradation de différents micropolluants sélectionnés sont évaluées par suivi cinétique au moyen de techniques chromatographiques, couplées à la spectrométrie de masse pour l’étude des produits de dégradation.
Le partage SML/atmosphère des micropolluants et de leurs produits de dégradation est étudié en couplant le réacteur à un analyseur en ligne séquentiel de la phase gazeuse (de type thermodésorption - chromatographie en phase gazeuse - spectrométrie de masse)
Le partage eau sous-jacente/SML des micropolluants est caractérisé en fonction de la composition de la SML et de la polarité des micropolluants étudiés. La présence des micropolluants à l’interface air-eau d’un milieu aqueux reconstitué est évaluée au moyen d’un laser rasant induisant la fluorescence des micropolluants et permettant de sonder l’interface
aqueuse sur une profondeur compatible avec les épaisseurs de SML rapportées dans la littérature (avec l’Université de Toronto).

en cours

Le projet PhotoSeaSMiL aidera à évaluer le devenir et les impacts écotoxicologiques des micropolluants organiques en milieu marin, et notamment leurs impacts sur le microbiote de la SML. Le projet pourrait en ce sens déboucher sur des collaborations permettant une étude plus approfondie de ce microbiote en milieu méditerranéen. De façon élargie, ce projet apportera une meilleure connaissance fondamentale du fonctionnement physico-chimique de la SML, en tant que partie intégrante de l’écosystème marin mais également interface particulière d’échanges avec l’atmosphère.

en cours

Ce projet vise à caractériser le devenir photochimique des polluants organiques marins dans un milieu spécifique et ubiquitaire, la microcouche de surface marine (« Sea Surface MicroLayer » ou SSML). La SSML, qui inclut l’interface air-eau ainsi que les premières centaines de micromètres juste en dessous, est un réacteur photochimique très particulier du fait à la fois d’un enrichissement en matières organiques, principalement d’origine biogénique, et d’une interaction permanente avec le milieu atmosphérique. La SSML est également connue pour accumuler de nombreux contaminants organiques, mais, de façon assez surprenante, elle est à ce jour peu considérée lorsqu’il s’agit de caractériser le devenir et la réactivité de ces polluants dans les eaux de surface marines.
Le premier aspect de ce projet concerne l’étude des effets de l’accumulation de matières organiques dans la SSML sur les processus de photodégradation induite des polluants organiques. Une approche expérimentale originale sera mise en œuvre afin d’évaluer d’un point de vue cinétique et mécanistique les impacts de chacune des principales classes de composés constituant la SSML. L’objectif est de tester les hypothèses suivantes : la SSML est suffisamment différente du milieu aqueux sous-jacent pour modifier les cinétiques de dégradation, et donc le temps de vie, des polluants qui s’y trouvent ; la concentration de matières organiques dans la SSML pourrait mener à des modifications de voies réactionnelles et à la formation inattendue de produits de dégradation des polluants non observés dans l’eau sous-jacente.
L’étude des processus physico-chimiques multiphasiques et hétérogènes constitue le second aspect de ce projet. Le premier objectif sera de caractériser les paramètres conduisant à l’enrichissement de la SSML en polluants organiques dans le but de déterminer les classes de polluants pouvant être impactés d'une façon significative par les processus caractéristiques de la SSML. Cet enrichissement de la SSML en polluants sera relié à la volatilisation de ces mêmes polluants, au travers de la quantification de ce transfert en fonction de la composition de la SSML. La réactivité hétérogène des polluants de la SSML avec quelques photo-oxydants atmosphériques majeurs sera également étudiée. Des informations sur les cinétiques et les mécanismes réactionnels seront apportées, avec un focus particulier sur la formation de produits de dégradation spécifiques. L’objectif est d’évaluer l’importance (quantitative et qualitative) de ces réactions hétérogènes en tant que voie potentielle d'atténuation naturelle des contaminants organiques dans les eaux de surface marines.
La troisième partie de ce projet aura pour objectif de confronter les résultats obtenus en laboratoire à des conditions environnementales au travers du prélèvement et de l’analyse de la SSML dans la zone marine côtière de Marseille (mer Méditerranée, France). Des facteurs d’enrichissement de la SSML en polluants seront déterminés et des produits de transformation spécifiques à la SSML seront particulièrement recherchés.

Coordinateur du projet

Madame Stéphanie Rossignol (Laboratoire de Chimie de l'Environnement)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LCE Laboratoire de Chimie de l'Environnement

Aide de l'ANR 266 796 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2018 - 48 Mois

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