CTO

Composés Traces Organiques (CTO)

Les micropolluants organiques sont potentiellement présents dans les produits synthétiques, sous-produits utilisés par l’industrie ou à des fins domestiques. On est donc susceptible de les retrouver dans les boues ou autres déchets avec des risques de pollution d’autant plus élevés que la production de ces déchets augmente constamment.

Au même titre que les polluants métalliques, les Composés Traces Organiques peuvent être présents dans les produits organiques valorisés en agriculture.

Dans ce cadre, le contrôle des Composés Traces Organiques est donc logiquement exigé dans la plupart des réglementations. Il porte essentiellement sur deux types de molécules :

                        - les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP)

                        - et les PolyChloroBiphényles (PCB).

Au laboratoire

Composés analysés:16 HAP (liste EPA), 7 PCB (028, 052, 101, 118, 138, 153, 180)

• Matrices possibles :

          - Boues (domaine d’application de la norme XP X 33-012)

          - Composts

          - Sédiments

          - Sols

          - Eaux

• Technique mise en œuvre

          - Extraction liquide-solide (ASE)

          - Dosage en chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en tandem (GC-MSMS).

Etape	Méthode	Description
Préparation	bla</p>	1. Séchage à 40°C   2. Broyage   3. Tamisage à 500 µm
Extraction	Liquide/solide (AES) selon XP X 33-012	4. Extraction à l’hexane + dichlorométhane, à 100°C sous 140 bars pendant 2 x 4 minutes   5. Concentration par évaporation sous jet d’argon   6. Purification(1) par ajout de cuivre activé et élution à l’hexane, sur une cartouche contenant de l’oxyde d’aluminium et du silicate de magnésium
Dosage	XP X 33-012	7. Reconnaissance des composés présents grâce à au temps de rétention de la GC et au spectre de masse de la molécule   8. Quantification des composés présents par calibration avec des solutions étalons (étalonnage interne)

⁽¹⁾ : Extraction liquide-liquide : l’étape de purification n’est pas forcément nécessaire. La purification est plus ou moins poussée selon le produit. Elle a pour but d’éliminer de l’extrait les composés qui pourraient interférer avec les analytes recherchés.

• Limites de quantification : validée par étude statistique pour les matrices solides

          - HAP : 50 µg/kg MS par HAP, sauf 100 µg/kg MS pour Indéno (1, 2, 3, cd) pyrène, diBenzo (a, h) anthracène et Benzo (g, h, i) pérylène.

          - PCB : 10 µg/kg MS par PCB.

Signification des résultats

• La réglementation pour les composés traces organiques.

Comme pour les ETM, on tiendra compte :

          - Des valeurs seuils, ou valeurs limites à ne pas dépasser, sur la somme des 7 PCB (028 ; 052 ; 101 ; 118 ; 138 ; 153; 180) et les trois molécules de HAP.

          - Du flux maximum cumulé apporté par les boues sur dix ans, ce flux sera différent du cas général pour les épandages sur pâturages.

                                                            Seuils pour les composés traces organiques relatifs aux boues

Composés-traces organiques	Valeur limite dans les boues (mg/kg MS)		Flux maximum cumulé apporté par les boues en 10 ans (mg/m²)
	Cas général	Epandage sur pâturages	Cas général	Epandage sur pâturages
Total des 7 principaux PCB	0,8	0,8	1,2	1,2
Fluoranthène	5	4	7,5	6
Benzo(b)fluoranthène	2,5	2,5	4	4
Benzo(a)pyrène	2	1,5	3	2

• Origine et danger toxicologique des composés traces organiques :

Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) sont présents dans l'environnement du fait de différents processus dont : la biosynthèse par des organismes vivants, les pertes à partir du transport ou de l'utilisation des carburants fossiles, la pyrolyse des matières organiques à haute température, la combustion des charbons et pétroles. Ce dernier processus constitue la principale voie d'introduction des HAP dans l'environnement et résulte majoritairement des actions anthropiques sur les sites des cokeries et des usines à gaz. Un certain nombre de ces composés sont cancérigènes, en particulier les trois HAP retenus dans l’arrêté du 8/01/1998 (épandage des boues) ou dans les normes des amendements organiques. Le plus courant étant le benzo(a) pyrène. Il s’agit de HAP dits « pyrogéniques » (produits par combustion de matière organique, combustibles fossiles ou bois), par opposition au HAP « pétrogéniques » (hydrocarbures d’origine naturelle, présents dans les bruts pétroliers, qui se caractérisent par une forte proportion d’hydrocarbures ramifiés). La principale source de HAP est le secteur résidentiel, qui représente 68% des émissions (tandis que les transports et l’industrie représentent à eux deux environ 30% des émissions – le secteur primaire représente 2 % des émissions). À l’échelle locale, les tendances peuvent être fortement différentes. Ainsi, la fumée de cigarette peut représenter la source principale de HAP en atmosphère. En atmosphère extérieure et surtout dans les centres villes, les gaz d'échappement des véhicules automobiles peuvent représenter la première source de HAP. L'évolution des émissions suit d'assez près celle des conditions climatiques, traduisant ainsi le lien entre les émissions et la consommation d'énergie fossile, comme le reflète l'année 1991, qui constitue le pic des émissions sur la période. L’apparition d'appareils de combustion de biomasse plus performants, notamment en renouvellement d'appareils anciens, dans le secteur domestique devrait conduire à réduire progressivement les émissions dans le futur. D’après les caractéristiques des HAP, une fois émis dans l’atmosphère, ces composés vont avoir tendance à s’accumuler dans les différents compartiments solides de l’environnement (sols, sédiments, matières en suspension).

Les polychlorobiphényles (PCB), aussi appelés biphényles polychlorés, forment une famille de 209 composés aromatiques organochlorés dérivés du biphényle (hydrocarbure aromatique polycyclique). Ils sont également cancérigènes, au même titre que les dioxines (PCDD) et furanes (PCDF) de la même famille. Ce sont des substances huileuses ou solides à forte inertie thermique, d’où leur utilisation comme isolants électriques, dans les transformateurs comme fluide hydraulique ou comme plastifiant dans certaines résines. On les retrouve aussi dans les condensateurs, les peintures, les plastiques, les fours à micro-ondes….

PCB et HAP font partie des Polluants Organiques Persistants (POPs), car ce sont des substances organique qui : i) possèdent des caractéristiques toxiques, ii) sont persistantes, iii) sont susceptibles de bioaccumulation, iv) peuvent aisément être transportées dans l’atmosphère au-delà des frontières sur de longues distances et se déposer loin du lieu d’émission et enfin v) risquent d’avoir des effets nocifs importants sur la santé et l’environnement aussi bien à proximité qu’à une grande distance de leur source.

                                                          Synthèse des principales sources et caractéristiques des MPO

Groupe	Origine des polluants	Principales caractéristiques
PCB (Polychlorobiphényles)	1. Il n’existe pas de PCB d’origine naturelle,   2. Utilisations principales : encres d’imprimerie, peintures, isolants des transformateurs électriques,   3. Interdits depuis 1987. L’échéance finale pour l’élimination des appareils pollués au-delà de 500 ppm est fixée, pour l’ensemble de l’Union européenne, au 31 décembre 2010.	1. Faible volatilité,   2. Haute stabilité thermique,   3. Forte résistance à l’oxydation,   4. Peu solubles dans l’eau mais forte affinité pour la MO,   5. Lentement biodégradables.
HAP (Hydrocarbures aromatiques polycycliques)	1. Origine naturelle : feux de forêt, éruptions volcaniques,   2. Source principale d’émission : activités humaines (combustions incomplètes à hautes températures, produits pétroliers, combustion des carburants des véhicules et de chauffage, sidérurgie, production d’aluminium).	1. Composés non polaires, stables et ayant une faible volatilité : hydrophobes et persistants (fonction de leur masse molaire),   2. Forte affinité pour la MO,   3. Sensibles à la photolyse,   4. Lentement biodégradables, mais vitesse variable selon les composés.

A noter :

A côté des HAP et PCB, il existe un grand nombre de polluants organiques, dans les produits destinés à l’épandage. Leur recherche n’est requise que dans le cas de suspicion de pollution accidentelle (ex : hydrocarbures totaux).

Bibliographie

- Krauss, M. ;Wilcke, W. ;Martius, C. ; Bandeira, A.G. ;Garcia, M.V.B., Amelung, W.(2005). Atmospheric versus biological sources of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in a tropical rain forest environment. Environmental Pollution, 135, 143-154.

- Présence et importance des micro-polluants organiques dans le compost, le digestat et les déchets organiques – Étude bibliographique. Rapport final du module 1 du projet micro-polluants organiques dans le compost et le digestat en Suisse ». R. Brändli, T. Kupper et al. Novembre 2004.

- Lashermes, G (2010). Évolution des polluants organiques au cours du compostage de déchets organiques : approche expérimentale et modélisation » (Thèse de doctorat, AgroParisTech, FRA).

- Vergé-Leviel, C. (2001). Les micropolluants organiques dans les composts d'origine urbaine: étude de leur devenir au cours du compostage et biodisponibilité des résidus après épandage des composts au sol (Thèse de doctorat, Institut National Agronomique Paris-Grignon, FRA). http://prodinra.inra.fr/record/61600