Principe, calibration et exemples d’utilisation d’échantillonneurs passifs intégratifs dans le temps

• Principe

Le LEESU développe depuis plusieurs années des échantillonneurs passifs intégratifs qui permettent d’extraire et de pré-concentrer in situ des micropolluants organiques. Ce type d’outil, basé sur une membrane polymérique, est plus simple que d’autres échantillonneurs commerciaux (comme les “Semi-permeable membrane devices” SPMD ou les “Polar organic chemical integrative sampler” POCIS) et permet, en fonction du polymère choisi, d’accéder à une large gamme de micropolluants en termes de propriétés physico-chimiques.

Le principe est d’immerger dans le milieu une membrane polymérique qui accumule les micropolluants au cours de périodes d’exposition longues (de la semaine au mois) intégrant les pics de pollution. Il est ensuite possible, à partir de la quantité de contaminants accumulés dans la membrane, d’estimer la concentration moyenne dans le milieu pendant la période d’exposition. Ce calcul repose sur des modèles calibrés tenant compte des propriétés du polymère et des contaminants, ainsi que des conditions d’exposition.

• Calibration

  

L’estimation de la concentration moyenne intégrée par l’échantillonneur pendant la durée d’exposition nécessite de connaître les constantes cinétiques et thermodynamiques des échanges eau / membrane pour chaque molécule et chaque polymère utilisé comme membrane. Ces constantes ont été évaluées en laboratoire dans un pilote dont la conception a été optimisée dans le cadre du projet Emestox, financé par l’ANR. Les constantes estimées en laboratoire sont corrigées pour tenir compte des conditions d’exposition in situ (température et vitesse d’écoulement) par des traceurs internes appelés “Performance Reference Compounds” (PRC). Un modèle cinétique du premier ordre permet de modéliser les échanges eau-membrane.

• Application à des rivières artificielles

Dans le cadre du projet Emestox, le caractère intégrateur des membranes polymériques a été vérifié dans des rivières pilotes installées sur le site industriel de Total. En injectant des concentrations choisies de contaminants (hydrocarbures aromatiques polycycliques HAP et alkylphénols), divers scenarii ont été testés. Le premier scenario reproduisait une pollution chronique par l’injection de polluants à concentration constante pendant 21 j. Le deuxième scenario simulait une pollution accidentelle par l’injection de la même quantité de polluants pendant 3 j sur 21. Le dernier scenario reproduisait une pollution discontinue par l’injection de polluants pendant 3 fois 3 j séparés de 4 j.

Les membranes en “Low Density Polyethylene” LDPE et “Poly Dimethyl Siloxane” PDMS testées reproduisent relativement bien les concentrations d’exposition et intègrent de façon prometteuse les variations de concentrations au cours du temps.

• Application à des lacs

Dans le cadre du projet Pulse, financé par l’ANR, qui étudie le fonctionnement écologique et sanitaire des lacs urbains et périurbains d’Île-de-France, des membranes polymériques ont été utilisées pour évaluer en continu la contamination en micropolluants organiques (HAP et polychlorobiphényles PCB) et leur variabilité spatio-temporelle.

Des membranes en LDPE dopées en PRC ont été exposées en 5 points du lac de Créteil sur des périodes d’un mois. L’échantillonneur passif apparaît comme très prometteur dans le milieu lacustre. En effet un suivi cinétique a permis de valider le domaine d’utilisation des membranes dans les conditions hydrodynamiques spécifiques au milieu lacustre. L’utilisation des PRC a permis d’évaluer la concentration moyenne en micropolluants pendant la durée d’exposition des membranes.