Transfert de composés per- et poly-fluorés du sédiment au poisson - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Rapport (Rapport De Recherche) Année : 2016

Per- and polyfluorinated compounds tranfer from bottom sediment to fish

Transfert de composés per- et poly-fluorés du sédiment au poisson

Résumé

A previous study carried out in the context of the 'polychlorobiphenyl action plan' showed an increase of per- and polyfluoro-alkyl compounds (PFAS) concentrations in fish fillets from downstream of Lyon. PFAS are persistent chemicals, whose fate is quite distinct from 'classical' hydrophobic pollutants fate, thus justifying to study their distribution in the environment, as well as their bioaccumulation pathways. The current study aimed to better understand PFAS’s fate in the Rhone River, and in particular (i) to describe the uptake and elimination kinetics in two benthic invertebrates species, namely chironomid larvae (Chironomus riparius) and gammarids (Gammarus spp.), (ii) to assess the role of bottom sediment in accumulation processes, and (iii) to reconstruct the PFAS contamination history at a site downstream of Lyon (Ile du Beurre) by the mean of a sediment core. We established a spatial temporal profile of the PFAS sediment contamination, assessed PFAS concentrations in 3 cyprinid fish species, namely the barbel (Barbus barbus), the roach (Rutilus rutilus) and the gudgeon (Gobio gobio) as well as in their preys, and realized accumulation tests with chironomid larvae and gammarids exposed to Ile du Beurre sediments. Roach is generally less contaminated than the two other species, except for the perfluorooctane sulfonate (PFOS). Barbel is most often more contaminated than gudgeon, except for perfluorooctanoate (PFOA), perfluorodecane sulfonate (PFDS) and the 6:2 fluorotelomer sulfonic acid (6:2FTSA). Fish size, a proxy for fish age, has no influence on fish bioaccumulation of perfluoroundecanoic (PFUnDA) and perfluorotridecanoic (PFTrDA) acids, which are the most prominent compounds in Ile du Beurre sediments. On the other hand, young barbels are more contaminated by PFOS and PFNA (perfluorononanoic acid) than adults; this suggests a lower elimination capacity in young barbels. Barbels stomach contents reveal an important proportion of gammarids, while in gudgeons these contents are dominated by chironomids; as gammarids are more contaminated than chironomids in the field, this contributes to explaining while barbels accumulate PFAS more than gudgeons. Two different biomagnification indicators, namely biomagnification factors (BMFs) and trophic magnification factors (TMFs) were developed: BMFs were adjusted to trophic levels for predator-preys pairs, i.e. barbel-gammarid and gudgeon-chironomid, while TMFs were implemented only for barbels. PFUnDA, PFDoDA (perfluorododecanoïc acid), PFTrDA, PFOS and FOSA (perfluorooctane sulfonamid) are clearly bioamagnified in barbels. These compounds are also biomagnified in gudgeons; PFOA, PFNA, PFHxS (perfluorohexane sulfonic acid) and PFDS are also biomagnified in gudgeons. BMFs tend to increase when the compounds number of perfluorinated carbons increase. In laboratory tests, accumulation and elimination of PFAS are rapid for chironomids exposed to Ile du Beurre sediments, and rather slow for gammarids, which did not reach the steady state in 21 days. The concentration dependency (active transport through membranes) was tested in chironomids with spiked sediments. Whereas this mechanism cannot be discarded for PFTrDA, it does not explain better the accumulated levels than simple diffusion. PFAS accumulation in both chironomids and gammarids is more important for compounds with 8 perfluorinated carbons or more, due to slower elimination kinetics, particularly for gammarids.
Dans le contexte du Plan d’actions sur les polychlorobiphényles, des composés per- et polyfluorés ont fait l’objet d’analyses dans la chair des poissons, montrant un accroissement notable des concentrations de plusieurs PFAS à l’aval de Lyon. Les PFAS, composés très persistants, ont un comportement différent des micropolluants hydrophobes « classiques », justifiant de chercher à mieux comprendre leur devenir et leurs voies de transfert dans les réseaux trophiques, le rôle du sédiment dans ce devenir, et les facteurs contrôlant l’accumulation par les organismes. La présente étude visait à mieux comprendre le devenir des PFAS dans le Rhône, et plus précisément de documenter les cinétiques d’accumulation de quelques composés perfluorés pour deux espèces d’invertébrés benthiques (larves de chironome, Chironomus riparius, et gammares, Gammarus spp.), d’évaluer le rôle du sédiment dans le processus d’accumulation, et de reconstituer l’historique de la contamination sur un site à l’aval de Lyon (lône de l’Ile du Beurre) à l’aide d’une carotte de sédiment. Un profil temporel et spatial de la contamination des sédiments a été établi, la contamination de trois espèces de poissons (barbeau fluviatile, Barbus barbus, gardon, Rutilus rutilus, et goujon, Gobio gobio) et de leurs proies par une gamme d’une vingtaine de PFAS a été déterminée, et des essais d’accumulation de ces PFAS au laboratoire à partir du sédiment de l’Ile du Beurre ont été réalisés avec des larves de chironomes et des gammares. Le gardon est généralement moins contaminé que les deux autres espèces, sauf pour l’acide perfluorooctane sulfonique (PFOS). Le barbeau est en général plus contaminé que le goujon, sauf pour le PFOS, le perfluorooctanoate (PFOA), le perfluorodécane sulfonate (PFDS) et l’acide 6:2 fluorotélomère sulfonique (6:2FTSA). L’influence de la taille (proxy de l’âge) sur l’accumulation des composés dominants dans les sédiments de l’Ile du Beurre (acides perfluoroundécanoïque - PFUnDA et perfluorotridécanoïque PFTrDA) n’a pas été mise en évidence. En revanche, pour le PFOS et le PFNA (acide perfluorononanoïque), les barbeaux juvéniles sont plus contaminés que les individus plus gros et plus âgés, ce qui suggère une moindre capacité à les éliminer chez les juvéniles. Le contenu stomacal des barbeaux comprend une forte proportion de gammares, celui des goujons est dominé par les chironomes, ce qui contribue à expliquer les différences de contamination entre espèces. Deux types d’indicateur de bioamplification ont été testés, facteur de bioamplification (BMF) ajusté au niveau trophique pour des couples prédateur-proie constitués de barbeaugammares et goujon-chironomes, et des facteurs d’amplification trophique (TMF), déterminés pour le réseau trophique du barbeau. PFUnDA, PFDoDA (acide perfluorododécanoïque), le PFTrDA, PFOS et FOSA (perfluorooctane sulfonamide) sont clairement bioamplifiés chez le barbeau. Chez le goujon, les mêmes composés, plus PFOA, PFNA, PFHxS (acide perfluorohexane sulfonique) et PFDS sont également bioamplifiés. Les BMF tendent à augmenter quand le nombre de carbones perfluorés des composés augmente. Lors de tests en laboratoire, l’accumulation et l’élimination des PFAS du sédiment de l’Ile du Beurre sont rapides chez le chironome, et plus lentes chez le gammare où l’état stable n’était pas atteint en 21 jours. L’hypothèse d’une dépendance à la concentration, ou transport actif de ces composés lors de l’accumulation, a également été examinée chez le chironome à l’aide d’un test sur sédiment enrichi. Si ce mécanisme ne peut être exclu pour le PFTrDA, il n’explique pas mieux l’accumulation que la diffusion simple. L’accumulation, chez le chironome et le gammare, est plus importante pour les composés à longue chaîne perfluorée (C8), notamment en raison de cinétiques d’élimination plus lentes, notamment chez le gammare.
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hal-02603445 , version 1 (16-05-2020)

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Citer

Marc Babut, D. Bertin, M. Desmet, B.J.D. Ferrari, Paul Labadie, et al.. Transfert de composés per- et poly-fluorés du sédiment au poisson. [Rapport de recherche] irstea. 2016, pp.75. ⟨hal-02603445⟩
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