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Étude du comportement de sorption des congénères du toxaphène sur la matière particulaire du milieu marin = Sorptive behaviour study of the toxaphene congeners on marin particulate matter

Soubaneh, Youssouf Djibril (2008). Étude du comportement de sorption des congénères du toxaphène sur la matière particulaire du milieu marin = Sorptive behaviour study of the toxaphene congeners on marin particulate matter. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 199 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Le toxaphène a été un des chloropesticides les plus utilisés dans le monde avec une utilisation globale de 1,33 x 106 tonnes. Cette quantité est équivalente à celle des BPCs utilisée pour la même période (1950-1990). Le toxaphène technique est constitué d'un mélange complexe de centaines de chlorobomanes (CHBs) et de chloroterpènes. Bien que le toxaphène ait été banni depuis 1990, des concentrations relativement importantes des congénères persistants du toxaphène sont observés dans les compartiments des milieux aquatiques (eaux, les sédiments et les matrices biologiques). Les CHBs sont repartis différemment dans ces compartiments. Trois groupes de CHBs sont particulièrement intéressants pour leurs distributions dans l'environnement aquatique. Les heptachlorobomanes, contenant sept atomes de chlore, sont majoritaires dans les sédiments (25-55%) alors qu'ils ne constituent qu'une faible proportion du toxaphène observé (~ 15%) dans les matrices biologiques. À l'inverse, les octachlorobomanes et les nanochlorobomanes, contenant respectivement huit et neuf atomes de chlore, peuvent représenter jusqu'à 80% du toxaphène mesuré dans les matrices biologiques tandis qu'ils ne constituent qu'une faible proportion (3,5-20%) du toxaphène rapporté dans les sédiments. La matière particulaire en suspension (MPS) constitue un élément clé dans le transfert et la distribution des contaminants organiques hydrophobes (COHs), comme le toxaphène, dans les compartiments des milieux aquatiques. En effet, les interactions des COHs avec la MPS sont déterminants pour la réactivité, la mobilité et la disponibilité de ces composés dans l'environnement aquatique. La sorption et la désorption des congénères du toxaphène sur la MPS sont deux processus importants pouvant affecter leur distribution dans l'environnement. Cependant, aucune étude n'a été entreprise jusqu'à présent pour étudier les interactions de sorptionldésorption des congénères du toxaphène sur la MPS . Cette étude vise à combler cette lacune en aidant à mieux comprendre les comportements de sorptionldésorption de trois congénères du toxaphène (B7 -1450, B8-1413 et B9-1679) sur du sédiment marin utilisé comme MPS. La sorption du B7-1450, utilisé comme congénère modèle des heptachlorobomanes, a été réalisée pour la première fois sur du sédiment marin à l'aide d'un réacteur de sorption. Les pertes du B7-1450 sur les parois du réacteur et les pertes dues à l'évaporation du B7-1450 durant le protocole d'analyse de ce congénère ont été évaluées. Les coefficients de sorption (KI et Kac) du B7 -1450 peuvent être surévalués jusqu'à 30 % si ces pertes ne sont pas prises en compte. De ce fait, des équations ont été établies, validées et utilisées pour déterminer correctement les coefficients de sorption du B7-1450. Les valeurs de Kac varient entre 3,5 x 104 à 6,5 x 104 mLig pour l'intervalle de concentrations utilisées. Ces valeurs indiquent une forte affinité du B7 -1450 pour la matière particulaire (MP) de l'environnement comme les sédiments ou les sols. Les comportements de sorptionldésorption du B7 -1450 ont été étudiés en fonction du temps afin de comprendre les interactions des heptachlorobomanes avec le sédiment. De plus, les processus de sorptionldésorption du B7-1450 sur du sédiment ont été étudiés dans des conditions de salinité et température différentes afin d'évaluer la sorption et la séquestration (désorption faible ou sorption irréversible) du B7 -1450 en fonction des conditions du milieu. Les données obtenues ont été caractérisées avec des modèles de sorption. Les processus de sorption et de désorption ont atteint l'équilibre au bout d'une courte période (16.4 h.). Ces résultats indiquent que le transfert du B7-1450 vers l'intérieur du sédiment serait retardé. De plus, la désorption du B7 -1450 à partir du sédiment est moins importante au début du temps de contact comparativement à la période d'équilibre. Ces comportements suggèrent que les molécules de B7 -1450 pourraient accéder à différents sites de sorption disponibles sur le sédiment. Les valeurs de Koc et KI varient respectivement de 3,2 x 104 à 6,0 X 104 mL!g et de 560 à 1100 mL!g à l'intérieur de la gamme de salinités et de températures testées pour l'intervalle de concentrations utilisées. Les coefficients de sorption, Koc et KI, augmentent avec la salinité et diminuent avec la température. De plus, la séquestration du B7 -1450 est moins importante à faible salinité comparativement aux conditions de hautes salinités. Par ailleurs, les coefficients de sorption sont plus importants à faibles concentrations quelque soit les conditions du milieu. Ces résultats suggèrent que les heptachlorobomanes pourraient être plus séquestrés sur la MPS en milieu de forte salinité et de faible température de type marin froid. Enfin, une étude de la sorptionldésorption du B8-1413 et du B9-1679, utilisés comme congénères modèles des octachlorobomanes et des nonachlorobomanes, a été réalisée sur un sédiment marin. Comme pour le B7 -1450, des équations correctives des pertes ont été établies, validées et utilisées pour déterminer les paramètres de sorption des congénères B8-1413 et B9- 1679. Les données obtenues montrent des comportements similaires de sorptionldésorption du B8-1413 et B9-1679 sur le sédiment. Les valeurs du coefficient de sorption Koc, varie de 1,5 x 105 à 2,1 x 105 mL! g pour le gradient de concentrations étudiées. Ces valeurs montrent une sorption importante de ces deux congénères sur le sédiment. Cependant, nous avons observé une séquestration du B8-1413 et du B9-1679 par le sédiment deux fois moins importantes que celle du B7 -1450 qui est connu pour être présent dans la matrice sédimentaire. Les résultats suggèrent que les octachlorobomanes et nonachlorobomanes peuvent être plus disponibles dans la phase aqueuse comparativement aux heptachlorobomanes. -- ABSTRACT : The toxaphene has been one of the most widely used pesticides in the world, with a cumulative worldwide use estimated at 1.33 x 106 tons corresponding to the PCBs amount used during the same period of time (1950-1990). Technical toxaphene is a complex mixture of several hundred chlorobornanes (CHBs) and other chloroterpene congeners. Despite its ban in most parts of the world since the 1990s, toxaphene residues were reported in compartments of several aquatic ecosystems (water column, sediments and biological matrices) at significant levels. CHBs were distributed differentely in these compartments. Three homologue CHB groups have distinctive distributions in the aquatic environment. The heptachlorobornanes, having seven chlorine atoms, are observed in relatively high content (25-55%) in sediments whereas they account for a sm aIl fraction (15%) of aIl toxaphene detected in biological matrices. In contrast, octachlorobornanes and nanochlorobornanes, having eight and nine chlorine atoms, respectively, could contribute to up to 80% of the toxaphene congeners isolated from biological matrices. Octachlorobornanes and nanochlorobornanes account only for 3.5-20% of toxaphène reported in the sedimentary matrices. The suspended particulate matter (SPM) plays a key role in the distribution and transfer of hydrophobic organic compounds (HOCs), such as toxaphene, in the aquatic system. The interactions of HOCs with the SPM are important in the reactivity, availability and mobility of these compounds in the aquatic environment. Sorption and desorption of toxaphene congeners on MPS are both important processes in the distribution of these compounds in the environment. To the best of our knowledge, there is no study characterising the sorptionldesorption of toxaphene congeners on particulate matter, such as SPM or sediments. Our work aims to study the sorption and desorption behaviours of three toxaphene congeners (B7-1450, B8-1413 and B9-1679) on sediment used as SPM. The sorption of the B7-1450, used as model compound of the toxaphene heptachlorobornane congeners found in sediments, has been investigated for the first time on sediment using batch sorption reactor. We firstly evaluated B7-1450 losses due to adsorption onto glass waIls and to evaporation occurring during analytical treatment. Sorption coefficients, KI and K,c, of B7-1450 could be overestimated by > 30% if the losses were not corrected. Therefore, loss correction equations were established, validated and applied to determine sorption coefficients for the B7-1450 congener. The Koc values for B7-1450 determined over a gradient of concentrations ranged from 3.5 x 104 to 6.5 x 104 mL/go These values suggest a strong affinity of B7 -1450 for particulate matter (PM) of the environement such as sediments or soils. Then, sorptionldesorption behaviours of the B7-1450 on sediment were studied as a function of time to understand heptachlorbornes interactions with sediment. Moreover, sorptionldesorption processes of the B7 -1450 on sediment were studied in different sali nit y and temperature conditions. The sorption and sequestration of B7 -1450 were assessed in these conditions using sorption models. Kinetic behaviours showed that sorption and desorption processes reached the equilibrium over short periods of time (16.4 h.). These results suggest that the diffusion process of the B7-1450 in sediment are retarded. The results indicate a less important desorption of B7-1450 by sediment at the initial sorption time comparatively to the equilibrium. This behaviour suggests that the B7 -1450 may access to different sorption sites available on sediment. Koc and Ki values ranged from 3.2 x 104 to 6.0 x 104 mL/g and from 560 to 1100 mL/g in the range of salinities and temperatures tested. Sorption coefficients, Koc and Ki, increase with the salinity and decrease when the temperature increases. Otherwise, the B7-1450 entrapment on the sediment is more important in the low salinity medium than in the high salinity medium. The results showed also higher sorption coefficients at low B7-1450 concentrations under all tested experimental conditions. Thus, heptachlorobomanes could be more entrapped by the SPM in low salinity medium or in cold marine medium. Finally, the sorption/desorption of the B8-1413 and the B9-1679, used as model compounds of the octachlorobomanes and nonachlorobomanes, were studied on marine sediment. Equations were established, validated and applied to determine correctly sorption parameters of B8-1413 and B9-1679 congeners like for B7 -1450 congener. The study showed a similar sorption/desorption behaviours of the B8-1413 and the B9-1679 on the sediment. The Koc values determined over a gradient of concentration ranged from 1.5 x 105 to 2.1 x 105 mL/go These values indicate an important sorption of B8-1413 and the B9-1679 on sediment. However, results showed that the B8-1413 and the B9-1679 were entrapped on the sediment twice less than the B7-1450 which is a toxaphene congener known to be present in sediment matrix. Results suggest that octachlorobomanes and nonachlorobomanes could be more available in the aqueous phase than the heptachlorobomanes.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Gagné, Jean-Pierre
Co-directeur(s) de mémoire/thèse: Lebeuf, Michel
Informations complémentaires: Thèse présentée à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de doctorat en océanographie. Publié aussi en version papier.
Mots-clés: Toxaphene Chloropesticide Sorption Desorption Congenere Matiere Particulaire Milieu Marin
Départements et unités départementales: Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 08 févr. 2011 14:40
Dernière modification: 08 févr. 2011 14:40
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/110

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