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The AQUAREF group of experts has been asked to take position on the use of passive integrative samplers (PIS) in a Water Framework Directive (WFD) context. The main objective of this 2015 present note is to complete (as much as possible) the 2014 report concerning the possibility of using PIS in comparison with current regulatory surveillance, for the WFD reporting in coastal and continental waters. The SBSE extraction technique was also taken into account for hydrophobic organic substances, as this technique limits the drawbacks of water samples transport (substance degradation in water samples, extra-cost induced by sample volume and weight) for remote sites like French overseas territories. The AQUAREF group took in consideration: on the one hand the priority substances from the EQS directive (2013/39/CE directive) for which an EQS (environmental quality standard) defined as an annual average concentration is mentioned for water samples; on the other hand the specific pollutants for the determination of ecological state (25/01/2010 and 07/08/2015 French decrees) and the substances of the Marine Strategy Framework Directive (2008/56/EC directive). The methodology consists in checking, for each substances, if the sampling and analysis techniques, both conventional (used in laboratories which fulfill official criteria for water samples) and possible (for laboratories with SBSE and PIS expertise) can meet with the regulatory WFD requirements (Limit of Quantification ≤ EQS/3). This report summarizes the available knowledge regarding this question. As a conclusion, regarding the relevant substances for the determination of the ecological state, this knowledge is still very fragmentary, limiting the relevance of a comparison between PIS and classical sampling performances. The project of an in situ demonstration exercise concerning EIP relevance for water monitoring (2016-2019) shall aim at gathering useful information to progress on this question.; Le groupe d’experts AQUAREF a été mobilisé pour statuer sur l’usage des échantillonneurs intégratifs passifs (EIP) dans le cadre de l’application de la Directive cadre sur l’eau (DCE). L’objectif de cette note 2015 est de compléter le rapport 2014 sur la possibilité du recours aux EIP par rapport à la surveillance réglementaire actuelle, pour ce qui concerne l’enjeu du rapportage DCE dans les Eaux littorales et continentales. Nous avons aussi considéré l’extraction des substances organiques hydrophobes par SBSE dans les échantillons ponctuels d’eau, qui permet de limiter les inconvénients du transport d’échantillons d’eau (dégradation des substances dans les échantillons d’eau, volume et poids des échantillons d’eau induisant un surcoût) pour les sites éloignés comme les Départements d’Outre-Mer. Dans ce travail, ont été prises en compte d’une part les substances prioritaires de la Directive fille NQE (directive 2013/39/CE) pour lesquelles une NQE MA (norme de qualité environnementale en moyenne annuelle) existe; d’autre part les polluants spécifiques de l’Etat Ecologique (arrêtés français du 25/01/2010 et du 07/08/2015) et celles de la Directive Cadre Stratégie pour le Milieu Marin (directive DCSMM 2008/56/CE). La méthode de travail consiste à vérifier, pour chaque substance, si les méthodes conventionnelles d’échantillonnage et d’analyse (pratiquées au sein des laboratoires agréés pour la matrice eau) et les méthodes nouvelles (pratiquées par des laboratoires experts pour les technique SBSE et les EIP) permettent de répondre aux exigences réglementaires DCE (Limite de Quantification ≤ NQE/3). Le présent rapport fait la synthèse des connaissances actuelles sur le sujet. Au final, pour ce qui concerne les substances pertinentes de l’Etat Ecologique ces connaissances sont aujourd’hui encore très parcellaires pour comparer les performances in-situ des EIP avec la surveillance classique par prélèvements ponctuels. Le projet d’un exercice in situ de démonstration de la pertinence des EIP pour la surveillance (2016-2019) se fixera notamment pour objectif de combler ce manque de connaissance.

International audience; This paper, based on the outcome of discussions at a NORMAN Network-supported workshop in Lyon (France) in November 2014 aims to provide a common position of passive sampling community experts regarding concrete actions required to foster the use of passive sampling techniques in support of contaminant risk assessment and management and for routine monitoring of contaminants in aquatic systems. The brief roadmap presented here focusses on the identification of robust passive sampling methodology, technology that requires further development or that has yet to be developed, our current knowledge of the evaluation of uncertainties when calculating a freely dissolved concentration, the relationship between data from PS and that obtained through biomonitoring. A tiered approach to identifying areas of potential environmental quality standard (EQS) exceedances is also shown. Finally, we propose a list of recommended actions to improve the acceptance of passive sampling by policy-makers. These include the drafting of guidelines, quality assurance and control procedures, developing demonstration projects where biomonitoring and passive sampling are undertaken alongside, organising proficiency testing schemes and interlaboratory comparison and, finally, establishing passive sampler-based assessment criteria in relation to existing EQS.

The AQUAREF group of experts has been asked to take position on the use of passive integrative samplers (PIS) in a Water Framework Directive (WFD) context. The main objective of this 2015 present note is to complete (as much as possible) the 2014 report concerning the possibility of using PIS in comparison with current regulatory surveillance, for the WFD reporting in coastal and continental waters. The SBSE extraction technique was also taken into account for hydrophobic organic substances, as this technique limits the drawbacks of water samples transport (substance degradation in water samples, extra-cost induced by sample volume and weight) for remote sites like French overseas territories. The AQUAREF group took in consideration: on the one hand the priority substances from the EQS directive (2013/39/CE directive) for which an EQS (environmental quality standard) defined as an annual average concentration is mentioned for water samples; on the other hand the specific pollutants for the determination of ecological state (25/01/2010 and 07/08/2015 French decrees) and the substances of the Marine Strategy Framework Directive (2008/56/EC directive). The methodology consists in checking, for each substances, if the sampling and analysis techniques, both conventional (used in laboratories which fulfill official criteria for water samples) and possible (for laboratories with SBSE and PIS expertise) can meet with the regulatory WFD requirements (Limit of Quantification ≤ EQS/3). This report summarizes the available knowledge regarding this question. As a conclusion, regarding the relevant substances for the determination of the ecological state, this knowledge is still very fragmentary, limiting the relevance of a comparison between PIS and classical sampling performances. The project of an in situ demonstration exercise concerning EIP relevance for water monitoring (2016-2019) shall aim at gathering useful information to progress on this question.; Le groupe d’experts AQUAREF a été mobilisé pour statuer sur l’usage des échantillonneurs intégratifs passifs (EIP) dans le cadre de l’application de la Directive cadre sur l’eau (DCE). L’objectif de cette note 2015 est de compléter le rapport 2014 sur la possibilité du recours aux EIP par rapport à la surveillance réglementaire actuelle, pour ce qui concerne l’enjeu du rapportage DCE dans les Eaux littorales et continentales. Nous avons aussi considéré l’extraction des substances organiques hydrophobes par SBSE dans les échantillons ponctuels d’eau, qui permet de limiter les inconvénients du transport d’échantillons d’eau (dégradation des substances dans les échantillons d’eau, volume et poids des échantillons d’eau induisant un surcoût) pour les sites éloignés comme les Départements d’Outre-Mer. Dans ce travail, ont été prises en compte d’une part les substances prioritaires de la Directive fille NQE (directive 2013/39/CE) pour lesquelles une NQE MA (norme de qualité environnementale en moyenne annuelle) existe; d’autre part les polluants spécifiques de l’Etat Ecologique (arrêtés français du 25/01/2010 et du 07/08/2015) et celles de la Directive Cadre Stratégie pour le Milieu Marin (directive DCSMM 2008/56/CE). La méthode de travail consiste à vérifier, pour chaque substance, si les méthodes conventionnelles d’échantillonnage et d’analyse (pratiquées au sein des laboratoires agréés pour la matrice eau) et les méthodes nouvelles (pratiquées par des laboratoires experts pour les technique SBSE et les EIP) permettent de répondre aux exigences réglementaires DCE (Limite de Quantification ≤ NQE/3). Le présent rapport fait la synthèse des connaissances actuelles sur le sujet. Au final, pour ce qui concerne les substances pertinentes de l’Etat Ecologique ces connaissances sont aujourd’hui encore très parcellaires pour comparer les performances in-situ des EIP avec la surveillance classique par prélèvements ponctuels. Le projet d’un exercice in situ de démonstration de la pertinence des EIP pour la surveillance (2016-2019) se fixera notamment pour objectif de combler ce manque de connaissance.

International audience; An intercomparison exercise on passive samplers (PSs) was organized in summer 2010 for the measurement of selected metals in surface waters. Various PSs were used and compared at one river site and one marine lagoon. A total of 11 laboratories participated. We present the first outputs from this exercise, including discussion on quality control, the interlaboratory variability of field blanks for metals with DGT, time weighted average water concentrations and its variability, the representativity of DGT samples and the ability of PSs to lower limits of detection. These in situ intercomparison exercises should enable to progress on the harmonization of practices for the use of passive sampling, especially for priority chemical monitoring and regulatory programs in compliance with the WFD.

Until now, water quality monitoring is essentially based on grab sampling followed by laboratory analysis to determine pollutant concentrations. Despite reduced logistic and analytical costs, this procedure suffers considerable limitations in terms of temporal or spatial resolution, and sometimes compatibility with the requirements of the Water Framework Directive (WFD), especially in relation with particularly low environmental quality standards for some contaminants. WFD implementation allows the use of alternative methods by EU member states for the implementation of surveillance, operational and investigative monitoring programs. These techniques may complement monitoring already in place by providing additional information, or even replace them if they are proven to be more relevant or reliable. This document reports the state of knowledge on passive sampling techniques with the perspective of a potential application in the context of the WFD. The operating principles, application domains and benefits of these devices will be detailed. We will also discuss the already known limitations and knowledge still needed for their implementation. Finally, we will illustrate, through the results from different studies, the use of these techniques in addition to or instead of conventional monitoring.; Jusqu'à présent, le suivi de l’état chimique des masses d’eau est essentiellement basé sur des techniques d’échantillonnage ponctuel suivies par des analyses en laboratoire afin de déterminer les concentrations en polluant. En dépit de coûts logistiques et analytiques réduits, cette procédure souffre de limites considérables en termes de représentativité temporelle, voire spatiale, et parfois de compatibilité avec les exigences de Directive Cadre du l’Eau (DCE), notamment par rapport aux normes de qualité environnementale particulièrement basses pour certains contaminants. La mise en oeuvre de la DCE autorise l’utilisation de méthodes alternatives par les états membres de l'union européenne pour la réalisation des programmes de surveillance, de contrôle et d’enquête. Ces techniques peuvent ainsi compléter le suivi déjà en place en fournissant des informations supplémentaires, voire s’y substituer dans le cas où elles se révèleraient davantage pertinentes ou fiables. Ce rapport fait l’état des connaissances relatives aux techniques d’échantillonnage passif dans l’optique d’une application potentielle dans le cadre de la DCE. Les principes de fonctionnement, les domaines d’application et atouts de ces dispositifs seront détaillés. Nous aborderons également les limitations déjà connues et les connaissances encore nécessaires pour leur déploiement. Enfin, nous illustrerons, à travers des résultats issus de différentes études, l’utilisation de ces techniques en complément ou en remplacement des suivis classiques.

International audience; In the context of a scientific collaboration between expert laboratories, intercomparison exercises on passive samplers were organized in summer 2010. The main objective was to evaluate the usefulness of passive samplers for monitoring programs within the Water Framework Directive. More specifically, we wanted: (i) to evaluate comparability and variability of measurements with passive samplers, (ii) to evaluate validity of these samplers in various types of aquatic environments to sample different molecule families, and (iii) to allow the passive sampling technology transfer to water basin managers and routine laboratories. Sampling campaigns happened between April and July 2010 for the measurement of metals, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) and pesticides in continental and marine surface waters. The passive samplers used included POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler), SPMD (Semi-Permeable membrane Device), membranes (LDPE, silicone), chemcatcher, MESCO (Membrane-Enclosed Sorptive Coating) for organic contaminants; and DGT (Diffusive Gradient in Thin Film) for metals. Two continental surface water sites (Beillant, Charente maritime and Ternay, Rhône) and one marine surface water site (Thau, Hérault) were sampled. A total of 24 laboratories participated, whose 13 were not French. Exposure duration were set at 7 days for metals, 14 days for pesticides and 21 days for PAH. Passive samplers were exposed in triplicates to characterize the repeatability of sampling. To evaluate the usefulness and limits of passive samplers, referent laboratories were in charge of chemical analysis of grab water samples collected during the campaigns. Moreover, to better understand results on passive sampling, we also measured flow velocity, temperature and physico-chemical parameters of the surface waters. As for example, we will present results on: Quality Controls (QC) performed by all participants on standard solutions to evaluate accuracy of chromatographic analysis step for the 24 participants, Quantities of micropollutants accumulated per passive samplers, Time weighted average (TWA) concentrations of micropollutants in water obtained from passive samplers and comparison with water concentration from grab samples, Analytical and data treatment strategy followed by participants to obtain TWA water concentration, Micropollutants fingerprints obtained with the different passive samplers.

Until now, water quality monitoring is essentially based on grab sampling followed by laboratory analysis to determine pollutant concentrations. Despite reduced logistic and analytical costs, this procedure suffers considerable limitations in terms of temporal or spatial resolution, and sometimes compatibility with the requirements of the Water Framework Directive (WFD), especially in relation with particularly low environmental quality standards for some contaminants. WFD implementation allows the use of alternative methods by EU member states for the implementation of surveillance, operational and investigative monitoring programs. These techniques may complement monitoring already in place by providing additional information, or even replace them if they are proven to be more relevant or reliable. This document reports the state of knowledge on passive sampling techniques with the perspective of a potential application in the context of the WFD. The operating principles, application domains and benefits of these devices will be detailed. We will also discuss the already known limitations and knowledge still needed for their implementation. Finally, we will illustrate, through the results from different studies, the use of these techniques in addition to or instead of conventional monitoring.; Jusqu'à présent, le suivi de l’état chimique des masses d’eau est essentiellement basé sur des techniques d’échantillonnage ponctuel suivies par des analyses en laboratoire afin de déterminer les concentrations en polluant. En dépit de coûts logistiques et analytiques réduits, cette procédure souffre de limites considérables en termes de représentativité temporelle, voire spatiale, et parfois de compatibilité avec les exigences de Directive Cadre du l’Eau (DCE), notamment par rapport aux normes de qualité environnementale particulièrement basses pour certains contaminants. La mise en oeuvre de la DCE autorise l’utilisation de méthodes alternatives par les états membres de l'union européenne pour la réalisation des programmes de surveillance, de contrôle et d’enquête. Ces techniques peuvent ainsi compléter le suivi déjà en place en fournissant des informations supplémentaires, voire s’y substituer dans le cas où elles se révèleraient davantage pertinentes ou fiables. Ce rapport fait l’état des connaissances relatives aux techniques d’échantillonnage passif dans l’optique d’une application potentielle dans le cadre de la DCE. Les principes de fonctionnement, les domaines d’application et atouts de ces dispositifs seront détaillés. Nous aborderons également les limitations déjà connues et les connaissances encore nécessaires pour leur déploiement. Enfin, nous illustrerons, à travers des résultats issus de différentes études, l’utilisation de ces techniques en complément ou en remplacement des suivis classiques.

The Water European Framework Directive requires the implementation of programs to monitor the chemical quality of water bodies (freshwater, transition water and seawater), based on grab measurements of concentrations of various contaminants (metals, organic compounds). The results are limited by several analytical difficulties, and the poor representativity because of the temporal variability of contamination. The passive sampling techniques, which basically consist of concentrating substances on a submerged device for a given period, and analyzing accumulated substances, should improve the monitoring, by simplifying analytical issues (lower detection limits, analysis in a simpler matrix), and allowing time integration of the contamination. Here, we present two passive sampling techniques of contaminants that are validated in aquatic environments: the Diffusive Gradient in Thin film (DGT) for metals and the Semipermeable Membrane Device (SPMD) for hydrophobic organic compounds. Both systems allow estimating a timeweighted average concentration of labile contaminants, the most bioavailable ones. After a presentation of each tool, examples of applications in river, seawater and wastewater are proposed., La directive cadre européenne sur l'eau vise à la mise en oeuvre de programmes de surveillance de la qualité chimique des masses d'eau (continentales, de transition et marines), basés sur des mesures ponctuelles de concentrations de différents contaminants (métaux, composés organiques) présents souvent à l'état de traces. Les résultats des mesures sont cependant limités par les difficultés inhérentes à l'analyse de ces substances dans le milieu, et leur faible représentativité du fait de la variabilité temporelle d'une contamination. L'échantillonnage passif, qui consiste à concentrer les substances sur un dispositif immergé pendant une durée donnée et à analyser les substances accumulées, pourrait permettre d'améliorer ce suivi en levant en partie les verrous analytiques (baisse des limites de détection, simplification de la matrice) et en permettant une intégration dans le temps de la contamination. Nous présentons ici deux dispositifs d'échantillonnage passif validés dans les milieux aquatiques : la technique du gradient de diffusion en couche mince (DGT) pour la mesure des métaux et les membranes semi-perméables (SPMD) pour l'analyse des composés organiques hydrophobes. Ces deux systèmes permettent d'estimer une concentration moyenne dans le milieu en contaminants « labiles », les plus biodisponibles. Après une présentation de ces outils, différents exemples d'applications en rivière, en milieu marin et en eau usée sont proposés.