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Wastewater treatment plants usually remove a significant amount of micropollutants by volatilization, sorption and/or biodegradation. Nevertheless, secondary effluents still contain various pharmaceutical compounds and pesticides at very low concentrations up to few micrograms per liter. Most of these compounds are photoactive, either due to their chemical structure able to absorb UV irradiation, or due to a reaction with intermediates (metabolites) formed after reactions with organic matter and nitrates, under UV irradiation. This technical report deals with the transformation of organic micropollutants under sun light exposure in planted discharge area. We first remember the main mechanisms that drive photodegradation in surface water. Then, we present an innovative on-site experimental protocol to investigate the contribution of photodegradation process occurring in the water column of discharged planted areas. We studied 44 organic micropollutants (32 pharmaceuticals, 7 pesticides and 5 byproducts). Finally, we present the results drawn from 2 applications of the protocol in March and July 2015: the applied and transmitted light intensities, the efficient water depth, the contribution of each direct and indirect photolysis pathways, modelling.; Les stations de traitement des eaux usées éliminent une grande partie des micropolluants organiques par volatilisation, sorption et/ou biodégradation. Néanmoins, les effluents traités contiennent encore de nombreuses molécules pharmaceutiques et phytosanitaires à des concentrations faibles, mais atteignant parfois quelques microgrammes par litre et ayant un impact sur l’environnement. Plusieurs de ces molécules sont photoactives en raison de leurs structures chimiques capables de se modifier sous l’action des rayons ultraviolets (photolyse directe). D’autres molécules sont attaquées par des intermédiaires chimiques très réactifs produits à partir de la matière organique, ou des nitrates, en présence de rayons ultraviolets (photolyse indirecte). Ce rapport porte sur les processus de photodégradation de micropolluants organiques en présence de lumière naturelle en zone de rejet végétalisée de type bassin. Les différents mécanismes de photodégradation sont tout d’abord succinctement rappelés (éléments détaillés dans le rapport 2015 de synthèse bibliographique). Puis, nous détaillons la méthodologie de mesure des vitesses de photodégradation directe et indirecte, mise au point dans le cadre de ce travail, et appliquée en mars et juillet 2015. Nous avons étudié 44 micropolluants organiques (32 pharmaceutiques, 7 pesticides et 5 métabolites). Les résultats sont présentés avec, d’une part, les conditions expérimentales (l’intensité lumineuse incidente et celle transmise dans l’eau, la hauteur d’eau efficace), et d’autre part, la contribution des voies directe et indirecte de la photodégradation à l’élimination des micropolluants, et enfin la modélisation.

Wastewater treatment plants usually remove a significant amount of micropollutants by volatilization, sorption and/or biodegradation. Nevertheless, secondary effluents still contain various pharmaceutical compounds and pesticides at very low concentrations up to few micrograms per liter. Most of these compounds are photoactive, either due to their chemical structure able to absorb UV irradiation, or due to a reaction with intermediates (metabolites) formed after reactions with organic matter and nitrates, under UV irradiation. This technical report deals with the transformation of organic micropollutants under sun light exposure in planted discharge area. We first remember the main mechanisms that drive photodegradation in surface water. Then, we present an innovative on-site experimental protocol to investigate the contribution of photodegradation process occurring in the water column of discharged planted areas. We studied 44 organic micropollutants (32 pharmaceuticals, 7 pesticides and 5 byproducts). Finally, we present the results drawn from 2 applications of the protocol in March and July 2015: the applied and transmitted light intensities, the efficient water depth, the contribution of each direct and indirect photolysis pathways, modelling.; Les stations de traitement des eaux usées éliminent une grande partie des micropolluants organiques par volatilisation, sorption et/ou biodégradation. Néanmoins, les effluents traités contiennent encore de nombreuses molécules pharmaceutiques et phytosanitaires à des concentrations faibles, mais atteignant parfois quelques microgrammes par litre et ayant un impact sur l’environnement. Plusieurs de ces molécules sont photoactives en raison de leurs structures chimiques capables de se modifier sous l’action des rayons ultraviolets (photolyse directe). D’autres molécules sont attaquées par des intermédiaires chimiques très réactifs produits à partir de la matière organique, ou des nitrates, en présence de rayons ultraviolets (photolyse indirecte). Ce rapport porte sur les processus de photodégradation de micropolluants organiques en présence de lumière naturelle en zone de rejet végétalisée de type bassin. Les différents mécanismes de photodégradation sont tout d’abord succinctement rappelés (éléments détaillés dans le rapport 2015 de synthèse bibliographique). Puis, nous détaillons la méthodologie de mesure des vitesses de photodégradation directe et indirecte, mise au point dans le cadre de ce travail, et appliquée en mars et juillet 2015. Nous avons étudié 44 micropolluants organiques (32 pharmaceutiques, 7 pesticides et 5 métabolites). Les résultats sont présentés avec, d’une part, les conditions expérimentales (l’intensité lumineuse incidente et celle transmise dans l’eau, la hauteur d’eau efficace), et d’autre part, la contribution des voies directe et indirecte de la photodégradation à l’élimination des micropolluants, et enfin la modélisation.

International audience; A reliable identification of suspected organic micropollutants at trace levels in environmental samples requires integrated analytical workflows based on liquid chromatography coupled to high resolution mass spectrometry. Then the challenge for suspected screening strategy is to develop a systematic and generalizable workflow including i) the acquisition of general information on suspected compounds, with spectral and data chromatographic data, and ii) the confrontation of the acquired data to those in available libraries and software tools. A combined targeted and suspected screening strategy has been developed in our laboratory and applied to waters from different aquatic environment (waters collected in waste water treatment plants or in agricultural watersheds, both contaminated with organic micropollutants and metabolites). Analysis of parent and degradation products were performed on a Waters ACQUITY H-Class UPLC system coupled to a Xevo G2 S high resolution mass spectrometer using a QTOF technology. The separation was performed on a C18 HSS-T3 column after direct injection of the waters in order to avoid losses due to pre-treatments. Acquired raw data were processed quantitatively for parent compounds using TargetLynx and qualitatively for suspect compound identification using ChromaLynx applications manager for MassLynx 4.1 software. Such strategy allowed combining a classical targeted analysis with a quantitative approach and a retrospective database comparison for suspected screening of a wide range of compounds. The application of such a workflow needs the preselection of relevant compounds, i.e. suspected to be present in the studied aquatic environments and that are supposed to have an impact on the water quality. We present some examples of application to real samples, and also identify the current scientific gaps and research needs to progress in such suspected screening strategies.

La technologie de traitement des eaux usées domestiques par bioréacteurs à membranes (BRM) immergées se développe fortement en France pour équiper les stations de traitement des eaux usées domestiques. La présente étude vise à déterminer les avantages des BRM vis-à-vis de l’élimination des substances prioritaires et émergentes. Dans ce but, des campagnes d’échantillonnage ont été réalisées par temps sec sur trois installations équipées de bioréacteurs à membranes à fibres creuses ou bien à membranes planes. Des expérimentations en réacteur séparé (boues dopées en micropolluants placées en conditions contrôlées) ont permis de préciser les processus de sorption et de biodégradation des micropolluants, en vue d’une modélisation de l’élimination. Au total, 24 métaux et 66 substances organiques ont été analysés (hydrocarbures aromatiques polycycliques, alkylphénols, pesticides, substances pharmaceutiques et hormones) par des méthodes analytiques robustes et sensibles. Les rendements de la file Eau ont été déterminés pour 61 micropolluants : 43 micropolluants ont été bien à très bien éliminés de l'eau (> 70%, voire > 90%), dont le cuivre, le plomb, le chrome, le nickel, le zinc, ainsi que plusieurs HAP, alkylphénols, médicaments et hormones, soit par piégeage des matières en suspension et transfert dans les boues, soit par biodégradation. 26 micropolluants ont été partiellement à faiblement éliminés (< 70%, voire < 30%), dont l’arsenic et le cadmium, ainsi que plusieurs micropolluants organiques y compris 7 médicaments (propranolol, sotalol, roxithromycine, sulfaméthoxazole), fluoxétine, diclofénac, carbamazépine) et le diuron. La présente étude démontre que les BRM induisent une élimination supplémentaire pour 22 micropolluants par rapport aux procédés conventionnels comme les boues activées aération prolongée, mais ce gain d’élimination est faible (< 20%). Ce gain concerne certains des micropolluants généralement adsorbés aux matières en suspension (ex. certains métaux ou HAP), et quelques médicaments (i.e., sotalol, roxithromycine, propranolol, timolol). Pour 38 autres micropolluants (en particulier pour les hormones, les détergents et la majorité des pharmaceutiques d’origine domestique notamment le diclofénac), les performances d'élimination par les BRM sont similaires à celles des boues activées aération prolongée fonctionnant à charges massiques appliquées équivalentes (sous-chargées). Un modèle cinétique a été développé, et simule correctement les concentrations de 51 micropolluants dans les rejets de BRM. Nous estimons qu’une faible augmentation du rendement serait possible (jusqu’à 15 unités supplémentaires) pour 6 micropolluants seulement, ceci en augmentant la concentration en matières en suspension dans les BRM. Pour diminuer les concentrations des micropolluants les plus réfractaires (non adsorbables et/ou non biodégradables) dans les rejets, les actions de réduction à la source ou la mise en place de traitement complémentaire sont donc indispensables, même pour les STEU équipées de BRM.

International audience; A reliable identification of suspected organic micropollutants at trace levels in environmental samples requires integrated analytical workflows based on liquid chromatography coupled to high resolution mass spectrometry. Then the challenge for suspected screening strategy is to develop a systematic and generalizable workflow including i) the acquisition of general information on suspected compounds, with spectral and data chromatographic data, and ii) the confrontation of the acquired data to those in available libraries and software tools. A combined targeted and suspected screening strategy has been developed in our laboratory and applied to waters from different aquatic environment (waters collected in waste water treatment plants or in agricultural watersheds, both contaminated with organic micropollutants and metabolites). Analysis of parent and degradation products were performed on a Waters ACQUITY H-Class UPLC system coupled to a Xevo G2 S high resolution mass spectrometer using a QTOF technology. The separation was performed on a C18 HSS-T3 column after direct injection of the waters in order to avoid losses due to pre-treatments. Acquired raw data were processed quantitatively for parent compounds using TargetLynx and qualitatively for suspect compound identification using ChromaLynx applications manager for MassLynx 4.1 software. Such strategy allowed combining a classical targeted analysis with a quantitative approach and a retrospective database comparison for suspected screening of a wide range of compounds. The application of such a workflow needs the preselection of relevant compounds, i.e. suspected to be present in the studied aquatic environments and that are supposed to have an impact on the water quality. We present some examples of application to real samples, and also identify the current scientific gaps and research needs to progress in such suspected screening strategies.

La technologie de traitement des eaux usées domestiques par bioréacteurs à membranes (BRM) immergées se développe fortement en France pour équiper les stations de traitement des eaux usées domestiques. La présente étude vise à déterminer les avantages des BRM vis-à-vis de l’élimination des substances prioritaires et émergentes. Dans ce but, des campagnes d’échantillonnage ont été réalisées par temps sec sur trois installations équipées de bioréacteurs à membranes à fibres creuses ou bien à membranes planes. Des expérimentations en réacteur séparé (boues dopées en micropolluants placées en conditions contrôlées) ont permis de préciser les processus de sorption et de biodégradation des micropolluants, en vue d’une modélisation de l’élimination. Au total, 24 métaux et 66 substances organiques ont été analysés (hydrocarbures aromatiques polycycliques, alkylphénols, pesticides, substances pharmaceutiques et hormones) par des méthodes analytiques robustes et sensibles. Les rendements de la file Eau ont été déterminés pour 61 micropolluants : 43 micropolluants ont été bien à très bien éliminés de l'eau (> 70%, voire > 90%), dont le cuivre, le plomb, le chrome, le nickel, le zinc, ainsi que plusieurs HAP, alkylphénols, médicaments et hormones, soit par piégeage des matières en suspension et transfert dans les boues, soit par biodégradation. 26 micropolluants ont été partiellement à faiblement éliminés (< 70%, voire < 30%), dont l’arsenic et le cadmium, ainsi que plusieurs micropolluants organiques y compris 7 médicaments (propranolol, sotalol, roxithromycine, sulfaméthoxazole), fluoxétine, diclofénac, carbamazépine) et le diuron. La présente étude démontre que les BRM induisent une élimination supplémentaire pour 22 micropolluants par rapport aux procédés conventionnels comme les boues activées aération prolongée, mais ce gain d’élimination est faible (< 20%). Ce gain concerne certains des micropolluants généralement adsorbés aux matières en suspension (ex. certains métaux ou HAP), et quelques médicaments (i.e., sotalol, roxithromycine, propranolol, timolol). Pour 38 autres micropolluants (en particulier pour les hormones, les détergents et la majorité des pharmaceutiques d’origine domestique notamment le diclofénac), les performances d'élimination par les BRM sont similaires à celles des boues activées aération prolongée fonctionnant à charges massiques appliquées équivalentes (sous-chargées). Un modèle cinétique a été développé, et simule correctement les concentrations de 51 micropolluants dans les rejets de BRM. Nous estimons qu’une faible augmentation du rendement serait possible (jusqu’à 15 unités supplémentaires) pour 6 micropolluants seulement, ceci en augmentant la concentration en matières en suspension dans les BRM. Pour diminuer les concentrations des micropolluants les plus réfractaires (non adsorbables et/ou non biodégradables) dans les rejets, les actions de réduction à la source ou la mise en place de traitement complémentaire sont donc indispensables, même pour les STEU équipées de BRM.

International audience; Among ecological processes, the decomposition of leaf litter is central to the functioning of lotic ecosystems. Chemical contamination counts as a widespread stressor in freshwater ecosystems. This is especially the case in rivers draining agricultural areas, where the diffuse pollution of pesticides to freshwaters can modulate the leaf litter decomposition processes. Then the determination of pesticide concentration in the different compartments (water, leaf litter) of the aquatic system is required. The analysis of trace of pesticides in complex matrix such as leaves requires efficient analytical techniques to reach appropriate sensitivity and especially specificity (to limit matrix effects). Prior analyzing complex samples, one or several sample preparation step(s) are mandatory to make the sample less complex thereby limiting matrix effects occurring in MS and hence facilitating both identification and quantification of the pesticides. In this work, QuEChERS conditions was optimized using an experimental design. The resulting extract was passed through a SPE cartridge (Solid Phase Extraction) to increase the selectivity of the sample preparation. Before injection into the chromatographic system, a filtration step was carried out to avoid column clogging. Despite this optimized sample preparation, severe matrix effects occurred when one dimensional liquid chromatography was hyphenated to MS-QTOF (RPLC-MS-QTOF) thereby leading to some undetected pesticides. With a view to limit both loss in sensitivity due to sample dilution and total analysis time affected by the numerous sample treatment steps, an on-line comprehensive two dimensional liquid chromatography approach (LC x LC-QTOF) was applied using Hypercarb and C18 columns in the first and the second dimension respectively. In addition to the advantages cited above, it was found that the resulting RPLC x RPLC separation offered much larger peak capacity than the 1D-LC one. This gain in peak capacity allowed to significantly reduce matrix effects in MS and hence to obtain unambiguous identification of pesticides. As a conclusion, LCxLC-QTOF approach seems to be very promising to deal with complex environmental matrices both for targeted and un-targeted objectives.

National audience; Conventional wastewater treatment plants (WWTPs) partially eliminate micropollutants present in domestic and industrial discharges (Martin-Ruel et al., 2010; Choubert et al., 2011). However, some molecules still occur in effluents of WWTPs at concentrations close to 0.1 μg/L for some pesticides (e.g. diuron) and pharmaceuticals (e.g., carbamazepine, sotalol, diclofenac). The potential hazard of these compounds requires the development of new processes (tertiary) to anticipate possible regulation changes. This poster focuses on study of 11 compounds (pesticides and pharmaceuticals) during degradation process in tertiary treatments such as ozonation or photodegradation. The aim of this communication is to present our analytical methodology to identify degradation products (DP) created under controlled conditions during lab-scale experiments. Both direct and indirect ozonation of spiked WWTP effluent at about 1 µg/L was driven on a lab-scale apparatus at two different O3 concentrations (4.3 and 9.5 gram per gram of dissolved organic carbon). Photodegradation was studied in laboratory with ultrapure water spiked at 10 µg/L using a light box equipped with a xenon lamp. Analysis of parent and degradation products were performed on a Waters ACQUITY H-Class UPLC system coupled to Xevo G2-S high resolution mass spectrometer using a quadrupole-time of flight technology. The separation was performed on a C18 HSS-T3 column (100mm x 2.1mm, 1.7µm) after direct injection. Acquired centroid raw data were processed quantitatively for parent compounds using TargetLynx and qualitatively for degradation products identification using ChromaLynx applications manager for MassLynx 4.1 software. Such strategy combined a classical targeted analysis with quantitative approach and a retrospective database comparison for suspected-target screening of more than 150 potentially DPs. Results and discussion are focused on criteria and clues to identify DP. Scoring of evidences is based on proposed identification confidence levels described by Schymanski et al. (2014).

National audience; Dans le but d’identifier, les procédés de traitement complémentaire des eaux usées et les procédés de traitement des boues les plus efficaces pour réduire, voire éliminer, les micropolluants, des analyses chimiques ciblées ont été réalisées. Les micropolluants ciblés ont été choisis parmi les micropolluants prioritaires et émergents en fonction de leur occurrence dans les effluents de traitement secondaire (Coquery et al., 20111 ; Martin Ruel et al., 20112), de leurs propriétés physico-chimiques, de leur toxicité, de la législation (certaines substances de la Directive Cadre sur l’Eeau ont été incluses) et de la disponibilité d’une méthode analytique fiable. Au total, 14 métaux et 170 molécules organiques appartenant aux classes des molécules pharmaceutiques (-bloquants, anti-inflammatoires, antidépresseurs, antibiotiques, anticancéreux, etc.), des hormones oestrogéniques, des alkylphénols (AkP), des plastifiants, des pesticides dont des organochlorés, des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), des polychlorobiphényles (PCB) et des polybromodiphényléthers (PBDE) ont été analysés. Selon leurs propriétés physico-chimiques, ils ont été recherchés dans la phase dissoute des échantillons d’eau (12 métaux et 136 molécules organiques) et/ou dans les échantillons de boues (12 métaux et 113 molécules organiques). En plus de caractériser l’efficacité des procédés, l'objectif est aussi d’établir une liste de micropolluants pertinents à analyser pour caractériser les procédés de traitement complémentaires des eaux et de traitement des boues. Les molécules organiques sont analysées par chromatographie en phase liquide ou gazeuse couplée à de la spectrométrie de masse simple ou en tandem (LC/MS/MS, GC/MS) après filtration à 0,7 μm et extraction par SPE (Solid Phase Extraction) ou SPME (Solid Phase MicroExtraction) pour les échantillons d’eau. Elles sont analysées par LC/MS/MS, GC/MS ou GC/ECD (chromatographie en phase gazeuse couplée à un détecteur à capture d’électrons) après lyophilisation, extraction par ASE (Accelerated Solvent Extraction) ou par micro-ondes et après purification par SPE ou sur micro-colonne pour les échantillons de boues. Les limites de quantification (LQ) varient entre 0,1 et 100 ng/L et entre 0,3 et 2000 μg/kg de matière sèche (MS) respectivement dans les eaux et dans les boues. Les métaux sont analysés par torche à plasma couplée à un spectromètre de masse (ICP/MS) après filtration à 0,45 μm et acidification pour les échantillons d’eau. Ils sont analysés par ICP/MS ou par DMA (Direct Mercury Analyzer) après lyophilisation et extraction par micro-ondes pour les échantillons de boues. Les LQ varient entre 10 et 5000 ng/L et entre 10 et 6700 μg/kg MS respectivement dans les eaux et dans les boues. Afin d’assurer la qualité des résultats d’analyse, des blancs de procédure (préparation et extraction) et d’analyse ainsi que des contrôles qualité (échantillons certifiés ou enrichis avec une quantité connues de micropolluants) sont analysés en parallèle des échantillons environnementaux. Afin de calculer des valeurs robustes de rendements d’élimination (R), les incertitudes analytiques et les limites de quantification associés aux résultats d’analyse, sont pris en compte en s’inspirant de la méthodologie décrite par Choubert et al. (20113) et en l’adaptant aux traitements complémentaires. En entrée des procédés de traitement des eaux, sur les 148 micropolluants analysés, 33 molécules organiques n’ont jamais été quantifiées parmi lesquelles l’ampicilline (un antibiotique) et l’éthinylestradiol (une hormone oestrogénique de synthèse), 18 ont été quantifiées seulement 1 à 2 fois. Les profils de contamination en entrée des procédés de traitement confirment i) la pertinence d’un échantillonnage moyenné sur 2h pour étudier les procédés choisis ; et ii) reflètent l’origine des eaux usées dans la STEU (rurales/urbaines, industrielles/domestiques). Globalement, avec des rendements d’élimination faibles (< 50%) ou nuls, les métaux ne sont pas éliminés par les procédés testés. En dehors de la lagune de finition, les concentrations en micropolluants organiques sont nettement diminuées par les procédés de traitement des eaux. Avec des rendements d’élimination généralement supérieurs à 70 %, les molécules pharmaceutiques sont particulièrement bien éliminées. Le NP1EC (acide nonylphénoxy acétique) et les pesticides (triazines et phenylurées) sont également bien éliminés (R > 70%) sauf par la lagune de finition. Les procédés d’oxydation avancée et le CAG (Charbon Actif en Grain) permettent d’éliminer en partie les AkP. En dépit de leurs bon rendement d’élimination (R> 70%, excepté procédé lagune de finition), l’aténolol, le sotalol, la carbamazépine et le NP1EC sont encore quantifiés à 97, 148, 95 et 178 ng/L respectivement, en moyenne en sortie des procédés de traitement complémentaires. Le bisphénol A et la théophylline sont aussi quantifiés en sortie des procédés de traitement (concentration moyenne de 155 et 81 ng/L et concentration médiane de 56 et 43 ng/L respectivement) ; leurs rendements d’élimination varient selon le procédé étudié. L’aspirine (aspirine + acide salicylique) est aussi quantifiée à plus de 80 ng/L en moyenne en sortie des procédés de traitement mais son rendement d’élimination n’a pratiquement jamais pu être calculé en raison de concentrations mesurées proches des LQ (30ng/L). Au final, nous proposons une liste plus ou moins restreinte (5, 10 ou 20 molécules) de micropolluants pertinents à analyser pour caractériser ces procédés. En amont des procédés de traitement des boues, sur les 125 micropolluants analysés, 31 molécules organiques n’ont jamais été quantifiées parmi lesquelles l’aténolol (β-bloquant) et le NP1EC (AkP), 17 ont été quantifiés seulement 1 à 2 fois. Le titane, le zinc et le cuivre sont les métaux les plus abondants avec une fréquence de quantification de 100% et une concentration moyenne supérieure à 300 mg/kg. Le DEHP (di(2-éthylhexyl)phtalate), la norfloxacine et la ciprofloxacine sont les molécules organiques les plus abondantes avec des fréquences de quantification de 100% et une concentration moyenne supérieure à 10 mg/kg. Ces micropolluants, métalliques et organiques, sont aussi les plus abondants dans les boues en aval des procédés de traitement avec une fréquence de quantification toujours égale à 100% et des concentrations dans les mêmes ordres de grandeur (supérieure à 300 mg/kg pour les métaux et supérieure à 6 mg/kg pour les molécules organiques). 1 Coquery M., Pomies M., Martin Ruel S., Budzinski H., Miege C., Esperanza M., Soulier C., Choubert J-M., 2011. Mesurer les micropolluants dans les eaux usées brutes et traitées. Protocoles et résultats pour l’analyse des concentrations et des flux. Tech. Sci. Méthodes 25-43. 2 Martin Ruel S., Choubert J-M., Esperanza M., Miege C., Navalon Madrigal P., Budzinski H., Le Menach K., Lazarova V., Coquery M., 2011. On-site evaluation of the removal of 100 micro-pollutants through advanced wastewater treatment processes for reuse applications. Water Sci. Technol. 63, 2486-2497. 3 Choubert J-M., Martin Ruel S., Budzinski H., Miège C., Esperanza M., Soulier C., Lagarrigue C., Coquery, M., 2011. Évaluer les rendements des stations d’épuration Apports méthodologiques et résultats pour les micropolluants en filières conventionnelles et avancées. Tech. Sci. Methodes 1-2, 44-62.

This work gives an in-depth overview of the chemical oxidation by ozone of selected xenobiotics present in effluents of conventional wastewater treatment plants. We performed a qualitative and quantitative overview of literature data describing the ozonation of 12 xenobiotics (pesticides and pharmaceuticals). In this aim, we built a database by compiling the results of experimental ozonation assays in lab and real scale found in the literature. Special attention was devoted to selecting the data and compiling reliable results relevant to removal efficiencies. We also included metadata such as experimental operating conditions and by-products information. We classified these 12 xenobiotics into 3 groups according to the range of their direct kinetic rate constants (kO3). Finally, we proposed best operating conditions for the elimination of xenobiotics by ozone., Ce travail se concentre sur l'oxydation chimique par ozone d'une sélection de micropolluants fréquemment rencontrés dans les eaux usées domestiques. Nous avons effectué une importante revue bibliographique sur l'ozonation d'une sélection de 12 micropolluants (pesticides et composés pharmaceutiques). Dans cet objectif, nous avons construit une base de données compilant les résultats expérimentaux d'ozonation à l'échelle du laboratoire et de la station qui ont été trouvés dans la littérature. Une attention particulière a été portée sur la la sélection des données et sur le recensement des différents rendements d'élimination. Nous avons également inclus dans la de données, les informations sur les conditions opératoires et l'identification possible de produits de dégradation. Nous avons classifiés ces 12 micropolluants en 3 groupes selon la valeur de la constante cinétique directe (kO3). Au final nous avons proposé les mailleurs conditions opératoires pour l'élimination de ces micropolluants par un traitement à l'ozone.

National audience; Dans le but d’identifier, les procédés de traitement complémentaire des eaux usées et les procédés de traitement des boues les plus efficaces pour réduire, voire éliminer, les micropolluants, des analyses chimiques ciblées ont été réalisées. Les micropolluants ciblés ont été choisis parmi les micropolluants prioritaires et émergents en fonction de leur occurrence dans les effluents de traitement secondaire (Coquery et al., 20111 ; Martin Ruel et al., 20112), de leurs propriétés physico-chimiques, de leur toxicité, de la législation (certaines substances de la Directive Cadre sur l’Eeau ont été incluses) et de la disponibilité d’une méthode analytique fiable. Au total, 14 métaux et 170 molécules organiques appartenant aux classes des molécules pharmaceutiques (-bloquants, anti-inflammatoires, antidépresseurs, antibiotiques, anticancéreux, etc.), des hormones oestrogéniques, des alkylphénols (AkP), des plastifiants, des pesticides dont des organochlorés, des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), des polychlorobiphényles (PCB) et des polybromodiphényléthers (PBDE) ont été analysés. Selon leurs propriétés physico-chimiques, ils ont été recherchés dans la phase dissoute des échantillons d’eau (12 métaux et 136 molécules organiques) et/ou dans les échantillons de boues (12 métaux et 113 molécules organiques). En plus de caractériser l’efficacité des procédés, l'objectif est aussi d’établir une liste de micropolluants pertinents à analyser pour caractériser les procédés de traitement complémentaires des eaux et de traitement des boues. Les molécules organiques sont analysées par chromatographie en phase liquide ou gazeuse couplée à de la spectrométrie de masse simple ou en tandem (LC/MS/MS, GC/MS) après filtration à 0,7 μm et extraction par SPE (Solid Phase Extraction) ou SPME (Solid Phase MicroExtraction) pour les échantillons d’eau. Elles sont analysées par LC/MS/MS, GC/MS ou GC/ECD (chromatographie en phase gazeuse couplée à un détecteur à capture d’électrons) après lyophilisation, extraction par ASE (Accelerated Solvent Extraction) ou par micro-ondes et après purification par SPE ou sur micro-colonne pour les échantillons de boues. Les limites de quantification (LQ) varient entre 0,1 et 100 ng/L et entre 0,3 et 2000 μg/kg de matière sèche (MS) respectivement dans les eaux et dans les boues. Les métaux sont analysés par torche à plasma couplée à un spectromètre de masse (ICP/MS) après filtration à 0,45 μm et acidification pour les échantillons d’eau. Ils sont analysés par ICP/MS ou par DMA (Direct Mercury Analyzer) après lyophilisation et extraction par micro-ondes pour les échantillons de boues. Les LQ varient entre 10 et 5000 ng/L et entre 10 et 6700 μg/kg MS respectivement dans les eaux et dans les boues. Afin d’assurer la qualité des résultats d’analyse, des blancs de procédure (préparation et extraction) et d’analyse ainsi que des contrôles qualité (échantillons certifiés ou enrichis avec une quantité connues de micropolluants) sont analysés en parallèle des échantillons environnementaux. Afin de calculer des valeurs robustes de rendements d’élimination (R), les incertitudes analytiques et les limites de quantification associés aux résultats d’analyse, sont pris en compte en s’inspirant de la méthodologie décrite par Choubert et al. (20113) et en l’adaptant aux traitements complémentaires. En entrée des procédés de traitement des eaux, sur les 148 micropolluants analysés, 33 molécules organiques n’ont jamais été quantifiées parmi lesquelles l’ampicilline (un antibiotique) et l’éthinylestradiol (une hormone oestrogénique de synthèse), 18 ont été quantifiées seulement 1 à 2 fois. Les profils de contamination en entrée des procédés de traitement confirment i) la pertinence d’un échantillonnage moyenné sur 2h pour étudier les procédés choisis ; et ii) reflètent l’origine des eaux usées dans la STEU (rurales/urbaines, industrielles/domestiques). Globalement, avec des rendements d’élimination faibles (< 50%) ou nuls, les métaux ne sont pas éliminés par les procédés testés. En dehors de la lagune de finition, les concentrations en micropolluants organiques sont nettement diminuées par les procédés de traitement des eaux. Avec des rendements d’élimination généralement supérieurs à 70 %, les molécules pharmaceutiques sont particulièrement bien éliminées. Le NP1EC (acide nonylphénoxy acétique) et les pesticides (triazines et phenylurées) sont également bien éliminés (R > 70%) sauf par la lagune de finition. Les procédés d’oxydation avancée et le CAG (Charbon Actif en Grain) permettent d’éliminer en partie les AkP. En dépit de leurs bon rendement d’élimination (R> 70%, excepté procédé lagune de finition), l’aténolol, le sotalol, la carbamazépine et le NP1EC sont encore quantifiés à 97, 148, 95 et 178 ng/L respectivement, en moyenne en sortie des procédés de traitement complémentaires. Le bisphénol A et la théophylline sont aussi quantifiés en sortie des procédés de traitement (concentration moyenne de 155 et 81 ng/L et concentration médiane de 56 et 43 ng/L respectivement) ; leurs rendements d’élimination varient selon le procédé étudié. L’aspirine (aspirine + acide salicylique) est aussi quantifiée à plus de 80 ng/L en moyenne en sortie des procédés de traitement mais son rendement d’élimination n’a pratiquement jamais pu être calculé en raison de concentrations mesurées proches des LQ (30ng/L). Au final, nous proposons une liste plus ou moins restreinte (5, 10 ou 20 molécules) de micropolluants pertinents à analyser pour caractériser ces procédés. En amont des procédés de traitement des boues, sur les 125 micropolluants analysés, 31 molécules organiques n’ont jamais été quantifiées parmi lesquelles l’aténolol (β-bloquant) et le NP1EC (AkP), 17 ont été quantifiés seulement 1 à 2 fois. Le titane, le zinc et le cuivre sont les métaux les plus abondants avec une fréquence de quantification de 100% et une concentration moyenne supérieure à 300 mg/kg. Le DEHP (di(2-éthylhexyl)phtalate), la norfloxacine et la ciprofloxacine sont les molécules organiques les plus abondantes avec des fréquences de quantification de 100% et une concentration moyenne supérieure à 10 mg/kg. Ces micropolluants, métalliques et organiques, sont aussi les plus abondants dans les boues en aval des procédés de traitement avec une fréquence de quantification toujours égale à 100% et des concentrations dans les mêmes ordres de grandeur (supérieure à 300 mg/kg pour les métaux et supérieure à 6 mg/kg pour les molécules organiques). 1 Coquery M., Pomies M., Martin Ruel S., Budzinski H., Miege C., Esperanza M., Soulier C., Choubert J-M., 2011. Mesurer les micropolluants dans les eaux usées brutes et traitées. Protocoles et résultats pour l’analyse des concentrations et des flux. Tech. Sci. Méthodes 25-43. 2 Martin Ruel S., Choubert J-M., Esperanza M., Miege C., Navalon Madrigal P., Budzinski H., Le Menach K., Lazarova V., Coquery M., 2011. On-site evaluation of the removal of 100 micro-pollutants through advanced wastewater treatment processes for reuse applications. Water Sci. Technol. 63, 2486-2497. 3 Choubert J-M., Martin Ruel S., Budzinski H., Miège C., Esperanza M., Soulier C., Lagarrigue C., Coquery, M., 2011. Évaluer les rendements des stations d’épuration Apports méthodologiques et résultats pour les micropolluants en filières conventionnelles et avancées. Tech. Sci. Methodes 1-2, 44-62.

This original experience in the context of a planted discharge area allowed drawing conclusions on the proportion of direct and indirect phototransformation of 47 xenobiotics in real conditions. Moreover we have identified and quantified in some cases phototransformation products formed by the direct and indirect pathway. This work will assist in the design of planted discharge area by selecting effective water depth to phototransformation., Cette expérience originale dans le contexte d'une zone de rejet végétalisée détermine la proportion de phototransformation directe et indirecte pour une sélection de 47 micropolluants. Nous avons également identifié et quantifié dans certains cas des produits de phototransformation formés par voie directe et indirecte. Ce travail se concentre également sur la détermination de la profondeur optimale permettant la photodégradation.

This work gives an in-depth overview of the chemical oxidation by ozone of selected xenobiotics present in effluents of conventional wastewater treatment plants. We performed a qualitative and quantitative overview of literature data describing the ozonation of 12 xenobiotics (pesticides and pharmaceuticals). In this aim, we built a database by compiling the results of experimental ozonation assays in lab and real scale found in the literature. Special attention was devoted to selecting the data and compiling reliable results relevant to removal efficiencies. We also included metadata such as experimental operating conditions and by-products information. We classified these 12 xenobiotics into 3 groups according to the range of their direct kinetic rate constants (kO3). Finally, we proposed best operating conditions for the elimination of xenobiotics by ozone., Ce travail se concentre sur l'oxydation chimique par ozone d'une sélection de micropolluants fréquemment rencontrés dans les eaux usées domestiques. Nous avons effectué une importante revue bibliographique sur l'ozonation d'une sélection de 12 micropolluants (pesticides et composés pharmaceutiques). Dans cet objectif, nous avons construit une base de données compilant les résultats expérimentaux d'ozonation à l'échelle du laboratoire et de la station qui ont été trouvés dans la littérature. Une attention particulière a été portée sur la la sélection des données et sur le recensement des différents rendements d'élimination. Nous avons également inclus dans la de données, les informations sur les conditions opératoires et l'identification possible de produits de dégradation. Nous avons classifiés ces 12 micropolluants en 3 groupes selon la valeur de la constante cinétique directe (kO3). Au final nous avons proposé les mailleurs conditions opératoires pour l'élimination de ces micropolluants par un traitement à l'ozone.

This original experience in the context of a planted discharge area allowed drawing conclusions on the proportion of direct and indirect phototransformation of 47 xenobiotics in real conditions. Moreover we have identified and quantified in some cases phototransformation products formed by the direct and indirect pathway. This work will assist in the design of planted discharge area by selecting effective water depth to phototransformation., Cette expérience originale dans le contexte d'une zone de rejet végétalisée détermine la proportion de phototransformation directe et indirecte pour une sélection de 47 micropolluants. Nous avons également identifié et quantifié dans certains cas des produits de phototransformation formés par voie directe et indirecte. Ce travail se concentre également sur la détermination de la profondeur optimale permettant la photodégradation.

International audience; Method development and validation for the analysis of 20 hormones (including estrogens, androgens and progestagens compounds) in various aqueous matrices. During the last twenty years, consumption of hormones compounds (natural hormone or synthetic analogue) mainly for human medicine has considerably increased. Both androgens, progestogens and estrogens compounds are usually not entirely metabolized and reach aquatic environment mainly via effluents of wastewater treatment plants. All of them can be considered as endocrine disrupting compounds because of undesirable effects in biota. Hence, highly sensitive and selective analytical method is needed to identify and quantify these emerging contaminants in various environmental compartments. The aim of this communication is to show the different steps for development and validation of an analytical method for 20 hormonal compounds (estrone [E1], 17 estradiol [aE2], 17 estradiol [bE2], 17 ethynylestradiol [EE2], estriol [E3], androstenedione [ANDRO], androsterone [ANDROSTER], cortisone [CORT], cortisol [CORT-OH], dexamethasone [DEXA], dienestrol [DIEN], diethylstilbestrol [DES], drospirenone [DROSPI], epitestosterone [ETESTO], levonorgestrel [LEVO], medroxyprogesterone [MEDRO], megestrol acetate [MEGAC], norethindrone [NORET], progesterone [PROG], testosterone [TESTO]) in aquatic environments chosen because of their strong or potential endocrine-disrupting potency in river and wastewater. The sample pretreatment procedure that has been determined with a simple experimental screening design (Statgraphics software from SigmaPlus was used for data processing) consists of an extraction on polymeric based phase followed by purification on normal phase (Florisil). Eighteen stable isotope labelled compounds were used as surrogates to overcome matrix effects generated during whole analytical process. Ultra high performance liquid chromatography (UHPLC) coupled to electrospray (both positive and negative ionizations) tandem mass spectrometry is performed in the multiple reaction monitoring (MRM) mode, so molecule identity can be confirmed by two quantitation and confirmation transitions according to the EC Commission Decision (2002/657/CE). Accuracy and limits of quantification in intermediate fidelity conditions (intra-laboratory reproducibility) have been evaluated in accordance with the French standard (NF T90-210, 2009) on different aqueous matrices.

National audience; L'objectif général du programme de recherche ECHIBIOTEB («Outils innovants d'échantillonnage, d'analyses chimiques et biologiques pour le suivi de traitements avancés des eaux usées et de traitements des boues», financé par l'Agence nationale de recherche française, coordonné par Irstea) consiste à utiliser des outils innovants et complémentaires afin de mieux évaluer l'efficacité des traitements tertiaires des eaux usées et des traitements de boues. Pour atteindre cet objectif, plusieurs stratégies sont combinées : l'analyse chimique ciblée d'un large panel de molécules choisies à priori parmi les polluants prioritaires et émergents ; l'analyse chimique non-ciblée (screening) ; l’analyse biologique in vitro et in vivo ; et les échantillonneurs intégratifs. Dans notre présentation nous montrerons l’intérêt et les limites de ces outils au travers d’exemples choisis pour l’évaluation de traitements tertiaires. L’exposé disposera d’un caractère opérationnel fort compilant des résultats issus de différentes disciplines (chimie analytique, chimie environnementale, écotoxicologie, biologie cellulaire, traitement des eaux). Les outils chimiques et biologiques utilisés dans ECHIBIOTEB. - L'analyse chimique ciblée de micropolluants : 14 éléments traces métalliques et 170 molécules organiques appartenant aux classes des composés pharmaceutiques, des hormones oestrogéniques, des alkylphénols, des perturbateurs endocriniens, des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), des pesticides, des polychlorobiphényles et des polybromodiphényléthers ont été sélectionnés. Selon leurs propriétés physico-chimiques, ils sont mesurés dans la phase dissoute des échantillons d’eau et/ou dans les échantillons de boues. In fine, l'objectif est d’établir une liste de substances pertinentes à analyser pour caractériser les processus de traitements des eaux et des boues. - L'analyse chimique non-ciblée (screening) : Divers stratégies instrumentales telles que la GC-2D-MS/TOF (chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle couplée à un spectromètre de masse à temps de vol) ou la HRMS / TOF (Haute Résolution spectrométrie de masse) ont été appliquées afin d’identifier de nouveaux micropolluants organiques ou des produits de dégradation. L’objectif final est de compléter la liste précédente, celle obtenue à partir des analyses chimique ciblée, avec de nouveaux composés pertinents à analyser pour caractériser les processus de traitements des eaux et des boues. - Les analyses biologiques in vitro et in vivo: Elles permettent de relier la présence des micropolluants à leurs effets sur les récepteurs biologiques (tests in vitro) ou sur les organismes vivants (tests in vivo). Les récepteurs étudiés au cours des tests biologiques in vitro sont les récepteurs aux ½strogènes, aux androgènes, aux glucocorticoïdes, aux hormones thyroïdiennes et aux dioxines. La cytotoxicité et la génotoxicité des échantillons ont également été évaluées. Les analyses biologiques in vivo sont réalisées soit en laboratoire sur des échantillons prélevés sur site (eaux traitées, boues fraîches ou éluats de boues), soit directement sur site. Dans ce dernier cas, on parle d’une approche « in situ modifiée » car les eaux, avant et après traitement, sont déviées et les débits ainsi que la température et l’éclairage sont contrôlés. Les analyses biologiques in vivo en laboratoire comprennent des tests aquatiques et terrestres. Elles sont pratiquées sur des bactéries (toxicité aiguë, Microtox®), des micro-algues, des rotifères, des micro-crustacés et des plantes. Les analyses biologiques in vivo « in situ modifié » sont pratiquées sur des crustacés, des insectes et des embryons de poisson. - Les échantillonneurs intégratifs : Pour augmenter la représentativité de l’échantillonnage, des POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) et des SPMD (Semi-Permeable Membrane Device) sont utilisés respectivement pour le suivi de molécules organiques hydrophiles et hydrophobes dans l'eau. Leur utilisation est combinée avec les analyses chimiques ciblées et non ciblées et avec les analyses biologiques in vitro. - L’approche EDA (Effect directed analysis) : Le principe est basé sur une combinaison d'analyses biologiques (bioessais in vitro), de fractionnement chimique de l’échantillon et de méthodes d'analyse chimique. La réponse toxique guide le fractionnement chimique et l’identification des composés responsables des effets toxiques observés. - Les interactions de la matière organique dissoute (MOD) avec les micropolluants : l'influence de la MOD sur la toxicité et la biodisponibilité des contaminants est étudiée par des tests en microplaques petits et rapides, basés sur la compétition inhibitrice de la fluorescence. Les campagnes d'échantillonnage. De mai 2011 à septembre 2013, 13 campagnes d'échantillonnage d'eaux ont été menées. Elles sont réalisées, soit sur une courte durée (1 jour) soit sur une longue période (1 mois). Pendant les campagnes courtes, les analyses chimiques ciblées et non-ciblées, les analyses biologiques in vitro, certaines analyses biologiques in vivo pratiquées en laboratoire et les analyses de MOD sont réalisées. Pendant les campagnes longues, tous les outils ECHIBIOTEB sont utilisés, notamment les échantillonneurs intégratifs et les analyses biologiques in vivo « in situ modifié ». De plus, pour toutes les campagnes, les paramètres majeurs tels que le phosphore, l’azote ou les matières en suspension sont contrôlés afin d’avoir une indication sur les conditions de fonctionnement des traitements étudiés. Les procédés tertiaires étudiés sont les filtres garnis de charbon actif en grain (CAG), de zéolite ou d’argile expansée ; les procédés d'oxydation avancée (POA) comme l'ozone (O3) ou le peroxyde d’hydrogène (H2O2) couplé à de l’ozone ou à des UV ; une combinaison O3 + CAG; et enfin une lagune de finition. Ces traitements sont étudiés à pleine échelle ou à l’échelle pilote. Des exemples de résultats. - L'analyse chimique ciblée : Pour la plupart des composés et quel que soit le type de traitement, les concentrations des contaminants organiques en phase dissoute des échantillons d’eaux sont faibles après traitement tertiaires avancés. Les concentrations des produits pharmaceutiques par exemple, sont environ 100 fois plus faibles dans les effluents que dans les influents avant traitement tertiaire. Les rendements d’élimination de chaque substance au sein de chaque procédé ont été calculés selon des règles bien définies. À partir de ces rendements d’élimination, on peut évaluer l’efficacité des différents traitements étudiés mais on peut aussi sélectionner des molécules en fonction de leur aptitude à être plus ou moins bien éliminées de la phase dissoute tous traitements confondus. Dans notre présentation, nous discuterons de la pertinence des composés analysés et de l’établissement d'une liste plus courte de composés à cibler pour caractériser les processus de traitement des eaux. - L'analyse chimique non-ciblée : En recoupant les résultats du screening chimique de différents échantillons d’eaux par GC-2D-MS/TOF, une liste de molécules communes à l’ensemble des échantillons a pu être établie. Ces molécules sont susceptibles d’être sélectionnées en tant que micropolluants pertinents à quantifier dans les eaux de traitement tertiaire. Néanmoins, avant de les intégrer dans la liste des micropolluants pertinents, d'autres investigations sont nécessaires et en particulier la combinaison des résultats des analyses chimiques non-ciblées avec ceux des analyses biologiques (EDA) pour identifier les substances toxiques. - Les analyses biologiques in vitro : Une activité ½strogénique a été détectée dans les eaux en amont de divers traitements avancés, alors qu'elle n’était pas (ou peu) détectée dans l'effluent. Les composés responsables de cette activité toxique semblent être éliminés efficacement par le CAG. En outre, une faible activité de type HAP a été détectée dans les influents et les effluents des traitements avancés, liée aux faibles concentrations en HAP quantifiées dans ces échantillons d'eaux. Aucune activité de type dioxine ou thyroïdienne n’a été détectée dans les eaux analysées. - Les analyses biologiques in vivo : Une faible toxicité a été mesurée in situ et en laboratoire avant et après les traitements O3 + CAG et O3 seul. Néanmoins, la taille des larves du Medaka japonais (poisson) et la réussite des éclosions sont faibles avant ces traitements de pointe. - Les échantillonneurs intégratifs : L'utilisation des POCIS nous a permis par exemple de détecter 7 nouveaux produits pharmaceutiques dans les influents de traitements tertiaires et 4 dans les effluents des 2 premières campagnes longues. La détection d'un plus grand nombre de composés grâce aux échantillonneurs intégratifs devrait être utile pour expliquer certains résultats de toxicité.

National audience

The objective of action D of the project was to evaluate the fate of micropollutants through sludge treatment processes. Sampling campaigns were done on 9 sludge treatment facilities: a low temperature dryer, a high temperature dryer, a solar dyer, an anaerobic digestion followed by a tunnels composting unit, a compartments composting unit, a swath composting unit and two drying reed beds. 79 micropollutants were analyzed in the inlet sludge, treated sludge, green waste, screening waste, compost and condensates samples, selected according to their occurrence in sludge, their physicochemical properties, their toxicity and the legislation, but also their limit of quantification and the availability of reliable analytical techniques. A specific sampling protocol was developed in order to be able to follow a “batch” of sludge through the treatment. Mass balances were established to calculate micropollutants removal efficiencies and the fate of the substances through these facilities was evaluated. In order to limit the uncertainties due to sampling and analysis, strict rules were followed for the calculations.Some of the micropollutants were partly removed by sludge treatments: Solar drying seemed to allow a slight reduction of hormones concentrations in sludge, even if they were in low concentrations in the inlet sludge. The high temperature dryer seemed to allow a partial reduction of PAHs in sludge but it varied according to the PAHs concentrations in the inlet sludge. Sludge drying reed-bed operated with 14 weeks resting period has provided a partial removal of HAP The sludge treatment processes studied were able to degrade nonylphenol mono and di-ethoxylates. Composting and the sludge drying reed-bed (14 weeks resting period) were able to remove nonylphenols. Only drying (high temperature) was able to remove octylphenols. The compartment composting, and the sludge drying reed-bed (14 weeks resting period), were the most efficient process on DEHP, galaxolide, tonalide, di-butylphtalate and triclosan. However, bisphenol A accumulated in the sludge samples for composting. Sludge drying reed beds operated with 14 weeks resting period had much better removal efficiencies than the one operated with 14 days resting period. None of the sludge treatment evaluated was able to remove metals (except mercury that was partly removed by high temperature drying). None of the sludge treatment processes evaluated in this project was able to allow a removal of the global micropollutants load. Some micropollutants were removed from the sludge but others accumulated in the treated sludge, mainly because they were degradation products of other compounds, partly removed during the process.; L’objectif de l’action D du projet ARMISTIQ était d’évaluer le devenir des micropolluants à travers les procédés de traitement des boues. Des campagnes d’échantillonnage ont été faites dans neuf installations de traitement des boues : un sécheur thermique basse température, un sécheur thermique haute température, un sécheur solaire, une digestion anaérobie suivie d’un compostage accéléré en tunnels, une unité de compostage en casiers ventilés, une unité de compostage rustique en andains et deux lits de séchage plantés de roseaux. 79 micropolluants ont été analysés dans les échantillons de boue brute, de boue traitée, de déchets verts, de refus de criblage, de compost et de condensats. Ils ont été choisis en fonction de leur occurrence dans les boues de stations de traitement des eaux usées domestiques, de leurs propriétés physico-chimiques, de leur toxicité et de la réglementation mais également en fonction de leurs limites de quantification et de la disponibilité d’une technique analytique dans la matrice boue. Un protocole d’échantillonnage spécifique a été développé afin de suivre un « lot » de boue à travers le procédé de traitement. Des bilans matière ont été effectués afin de calculer des rendements d’élimination pour les 9 installations de traitement des boues en suivant des règles de calcul spécifiques permettant d’obtenir des données robustes malgré les incertitudes liées à l’échantillonnage et à l’analyse.Certains micropolluants sont partiellement éliminés grâce aux procédés de traitement des boues : Le séchage solaire semble permettre une réduction de la concentration en hormones dans la boue, même si les concentrations en hormones étaient très faibles dans les boues d’entrée. Le séchage thermique haute température semble permettre une réduction partielle des HAP dans les boues, mais le rendement a fortement varié selon la concentration en HAP en entrée. Les HAP ont également été partiellement éliminés par le lit de séchage planté de roseaux fonctionnant à 14 semaines de repos. Les procédés de traitement des boues évalués ont tous permis une dégradation des nonylphénols mono et diéthoxylates (en nonylphénols). Une unité de compostage et un lit de séchage planté de roseaux (faible rythme d’alimentation-repos) ont permis d’éliminer partiellement les nonylphénols. Le séchage thermique (haute température) a eu un effet d’élimination sur les octylphénols. Le compostage en casiers et le lit de séchage planté de roseaux (faible rythme d’alimentation-repos) ont été efficaces sur DEHP, galaxolide, tonalide, di-butylphtalate et triclosan. Par contre, le bisphenol A s’est accumulé dans les boues pour le compostage. Le lit de séchage planté de roseaux fonctionnant sous 2 semaines d’alimentation et 14 semaines de repos a montré de meilleures efficacités d’élimination que celui fonctionnant sous 2 jours d’alimentation et 14 jours de repos. Aucun des procédés étudiés n’a permis d’éliminer les métaux, excepté le mercure, partiellement volatilisé dans le sécheur à haute température. Aucun des procédés de traitement des boues étudiés dans ce projet n’a permis une élimination de la charge globale en micropolluants dans les boues. Certains micropolluants s’accumulent dans les boues traitées, principalement car ce sont des produits de dégradation d’autres composés, partiellement éliminés pendant le traitement.

International audience; Introduction. The general objective of the ECHIBIOTEB research program (“Innovating tools for sampling, chemical and biological analyses for the diagnostic of wastewater advanced treatments and sludge treatments”, 2011-2014, financed by the French National Research Agency, coordinated by Irstea) is to use innovative and complementary tools to better assess the efficiency of wastewater advanced treatments and sludge treatments. To achieve this goal, various strategies were combined: chemical analysis of a large panel of selected priority and emerging contaminants, non-target chemical analysis, in vitro and in vivo biological analysis and integrative samplers. Through various examples, our presentation will focus on the interest and also the limit of these tools to evaluate the efficiency of wastewater advanced treatments and sludge treatments. The chemical and biological tools tested in the program. -Chemical analysis of targeted contaminants: 14 traces metal and 170 organic molecules belonging to pharmaceuticals, oestrogenic hormones, alkylphenols (AkP), Endocrine Disruptor Compounds (EDC), Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH), pesticides, PolyChloroBiphenyl (PCB) and PolyBrominated DiphenylEthers (PBDE) were selected. According to their physico-chemical properties, they are measured in the dissolved phase of water and/or in sludge samples. After extractions by methods such as Solid Phase Extraction or Solid Phase MicroExtraction (SPME) for waters, and Accelerated Solvent Extraction or microwave extraction for sludge, molecules are analysed by gas (GC) or liquid phase chromatography (LC) coupled with single or tandem mass spectrometry. In fine, the aim is to select the relevant compounds to characterize such water and sludge treatment processes. -Non-target chemical analysis: Various instrumental strategies such as GC-2D-MS/TOF (two-dimensional gas phase chromatography coupled to Time Of Flight mass spectrometer), SPME-GC/TOF, HRMS/TOF (High Resolution Mass Spectrometry) are applied to identify new organic contaminants or degradation products. -In vitro and in vivo biological analysis: they are used to link the presence of contaminants to their effects on biological receptors (in vitro assays) or on living organisms (in vivo assays). Receptors studied by in vitro bioassays are estrogen, androgen, glucocorticoid, thyroid and dioxin receptors. Cytotoxicity and genotoxicity are also evaluated. In vivo bioassays are performed either in laboratory on effluents, fresh sludge samples and sludge eluates, or in a modified in situ approach with wastewaters deviated and flow controlled. In vivo laboratory bioassays include aquatic and terrestrial tests: bacteria (acute toxicity, Microtox®), micro-algae (growth), rotifers (reproduction), micro-crustaceans (reproduction) and plants (root elongation and early growth). In vivo modified in situ bioassays are realised on gasteropod (survival, growth, reproduction), crustacean (survival, alimentation rate, reproduction), insect (survival, growth) and fish embryos (survival, hatching, developmental abnormalities). -Integratives samplers: POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) and SPMD (Semi-Permeable Membrane Device), dedicated to water sampling of hydrophilic and hydrophobic organic molecules respectively, are used to increase the samples representativeness1. Their use are combined with target and non target chemical analysis and with in vitro biological tests. -Effect directed analysis (EDA): whose principle is based on a combination of biotesting (by in vitro bioassays), fractionation procedure and chemical analytical methods. The toxic response guide the chemical fractionation and identification of compound responsible for the observed toxic effects. -Interaction of Dissolved Organic Matter (DOM) with micropollutants: the influence of the DOM onto toxicity and bioavailability of contaminants is studied through fast and small microplate tests, based on inhibitive competition of fluorescence. Sampling campaigns. From March 2011 to October 2012, 13 sampling campaigns (10 for water and 3 for sludge) were conducted. Water campaigns were organized either on a short (1 day) or on a long period (1 month). During short campaigns, chemical analysis of targeted contaminants, non-target chemical analysis, in vitro bioassays, in vivo bioassays praticed in laboratory and DOM tests were implemented. During long campaigns, every ECHIBIOTEB tools were used, including integrative samplers and in vivo in situ bioassays. Moreover, global parametres like phosphorus, nitrate, pH and suspended particles were controlled in order to give an indication on the operational conditions of the treatment studied. The treatments used for advanced (or tertiary) water treatments were adsorbants like Granular Activated Carbon (GAC), zeolites or expanded clay, and advanced oxidation processes (AOP) like ozone (O3), ozone peroxide (H2O2), UV/H2O2 , O3 + GAC, and polishing pond ; they were studied in full scale or large scale pilot design, located at the outlet of secondary biological treatments. For sludge treatments, solar dryer, compost and reed-bed filter were tested. First results. - Chemical analysis of targeted contaminants: For most of the compounds and whatever the type of treatment, targeted analysis showed a significant reduction in contaminant concentration in the dissolved phase of water after treatment. Pharmaceuticals concentrations, as example, were reduced in effluents about 100 times lower than in influents. The evaluation and discussion on removal rates are presented in a parallel study (ARMISTIQ research program) and detailed in the abstract “Occurrence of selected micropollutants in treated wastewater and removal with optimised tertiary treatments”. In our presentation, we will discuss on the pertinence of these compounds and more precisely on the selection of a shorter list of targeted compounds to characterize water and sludge treatment processes. -Non-target chemical analysis of 3 different sludge samples allowed to obtain a list of 190 molecules of interest, among which some nitrogen heterocyclic compounds as potential new contaminants. Further investigations are needed, especially combining chemical with biological analysis (EDA), to determine which compounds among these 190 would be the most relevant to be considered for water or sludge treatment characterization. -With in vitro biological analysis, an oestrogenic activity was detected in the aqueous influent of various advanced treatments, whereas it was poorly or not detected in the effluent. Compounds responsible for this toxic activity seem to be efficiently removed by GAC. Moreover, low PAH-like activity was detected in aqueous influent and effluent of wastewater tertiary treament in link to the low PAH concentrations measured in water samples. No dioxin-like or thyroid activity was detected in wastewaters. Genotoxic and cytotoxic activities were detected in some aqueous influents. Genotoxicity was no longer detected in effluents whereas cytotoxic activites are still detected at significant level in the ozone effluent. -With in vivo biological tests, low toxicity was measured in situ and in the laboratory before and after the studied treatment (O3+GAC and O3). Nevertheless, the size of the Japanese Medaka larvae and the hatching efficiency were reduced before those advanced treatments. Regarding the reproduction of Ceriodaphnia dubia, atypical dose-response curves were observed before the O3+GAC treatment showing inhibitory effects at low concentrations and reproduction rates significantly higher than the control at high concentrations. No difference was observed on the sludge toxicity before and after the solar dryer. On the contrary, the composting of sludge reduces the toxicity of the samples in terrestrials tests and tests performed on sludge water extracts, Furthermore, the root elongation test on oat in contact with fresh sludge sample seems suitable for routine analyses because of this simplicity and fastness. -The use of POCIS as integrative samplers allowed us to detect and quantify more -blockers, as an example, than with grab sampling. Nevertheless, the decrease of -blockers concentrations after advanced water treatment is in the same order of magnitude with grab and passive sampling. Compared to grab sampling, POCIS allowed to detect 7 more pharmaceuticals in influent of tertiary treatments and 4 more in effluents. The detection of a greater number of compounds thanks to integrative samplers (i.e. concentration effect) should be helpful to explain some toxicity results.

Par ces développements et mise en oeuvre de technologies innovantes d'échantillonnage et de mesures chimiques et biologiques pour le suivi des procédés avancés de traitement des eaux usées urbaines et des boues, le projet ECHIBIOTEB vise à : - réaliser des évaluations techniques poussées des procédés optimisés étudiés ; - contrôler les émissions de substances dangereuses issues des procédés avancés des stations d'épuration des eaux urbaines ou contenus dans les boues prévues pour épandage ; - traduire l’amélioration des connaissances scientifiques en outils opérationnels destinés aux organismes et autorités chargées de la mise en place de mesures pour l’atteinte du bon état des eaux, notamment dans le cadre des SDAGE. Les outils innovants d'échantillonnage et de mesures chimiques et biologiques mis en oeuvre dans ECHIBIOTEB n'ont jamais été, à ce jour, appliqués à des procédés avancés de traitement des eaux ni à des procédés de traitement des boues. Par ailleurs, la mise en oeuvre d'un panel aussi large de ces outils innovants est en soi originale et devrait permettre d'améliorer les connaissances sur leurs domaines d'application comparés et leur complémentarité. Le projet permettra de caractériser finement les procédés tertiaires avancés et les procédés de traitement des boues. L’objectif est particulièrement ambitieux puisqu’il s’intéresse aussi bien aux procédés intensifs compacts (oxydation à l’ozone, aux rayons UV, adsorption sur charbon actif, osmose inverse) plutôt applicables aux collectivités de taille importante ou à forte pression foncière, qu’aux procédés extensifs autonomes et de taille moins ramassée (zones humides, écoulement sur milieu filtrant dans le sol naturel ou rapporté), procédés souvent rencontrés dans les petites collectivités, mais envisageables en sortie de traitement secondaires de boues activées conventionnelles de moyenne taille. La même volonté a guidé le choix des procédés étudiés de traitement de boues qui s'est porté sur le compostage (avec digestion anaérobie en amont), plutôt adapté aux grandes collectivités, et la rhizofiltration caractéristique de petites stations, pour les collectivités rurales par exemple. L’intégration des aspects environnementaux dans l’évaluation de ces procédés est aussi un aspect novateur et particulièrement important dans un contexte où les ressources énergétiques deviennent de plus en plus limitées. La conférence proposée décrit l'état des résultats à mi parcours du projet.

International audience; A comparative study has been carried out on two recent UPLC-MSMS by Irstea in collaboration with Waters. The performances of mass spectrometers Xevo TQ-S and Xevo G2 QTof coupled to ultra high performance liquid chromatography have been evaluated for the quantification of a selection of organic contaminants (pesticides, betablockers and estrogenic hormones) at realistic concentration levels in complex environmental matrices (sewage sludge, suspended particles). Sensitivity has been compared on the two systems. The triple quadrupole system leads to lower quantification limits. Matrix effects were observed with sludge samples on the two systems. The ability to quantify organic contaminants present in complex environmental matrices has also been tested and confirmed. With an hybrid system the confirmation of targeted compounds in such complex matrices is definitely easier and more certain than with a triple quadrupole MS.

International audience; A comparative study has been carried out on two recent UPLC-MSMS by Irstea in collaboration with Waters. The performances of mass spectrometers Xevo TQ-S and Xevo G2 QTof coupled to ultra high performance liquid chromatography have been evaluated for the quantification of a selection of organic contaminants (pesticides, betablockers and estrogenic hormones) at realistic concentration levels in complex environmental matrices (sewage sludge, suspended particles). Sensitivity has been compared on the two systems. The triple quadrupole system leads to lower quantification limits. Matrix effects were observed with sludge samples on the two systems. The ability to quantify organic contaminants present in complex environmental matrices has also been tested and confirmed. With an hybrid system the confirmation of targeted compounds in such complex matrices is definitely easier and more certain than with a triple quadrupole MS.

International audience; This work has mainly targeted the study of various sampling strategies to assess water quality of rivers in relation to agricultural diffuse pollution. For that purpose, a panel of methodologies was implemented to provide additional knowledge on the dynamics of pesticide concentrations in several small rivers. One of our objectives was to compare the results obtained from spot sampling, automated integrated weekly sampling and passive sampling to evaluate the exposure of biofilms to various pesticides. These methods have involved the development of innovative, more reliable and less expensive sampling techniques for in situ estimates of the time-weighted average concentrations of pesticides. Several types of passive samplers were tested: Polar Organic Chemical Integrative Samplers (POCIS) for hydrophilic organic pesticides, Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) for hydrophobic organic pesticides and Diffusion Gradient in Thin-Film (DGT) for metals. First, the implementation of POCIS and SBSE required analytical developments and laboratory calibrations. Then, the three types of tools were deployed in 2009 and 2010 on several sampling sites on the Morcille and Ardières rivers (Beaujolais area near Lyon), as well as in the Ruiné creek, a sub-basin of the Charente River. These sites are characterized by different agricultural, hydrological, physicochemical and geological contexts, which allowed to study the performances and limitations of the different sampling techniques under various conditions. Furthermore, analytical methods for measuring pesticides and metals accumulated in the river biofilms were developed. Hence, we were able to evaluate the bioaccumulated contaminants and their likely impacts on the periphyton and to compare results with the exposure estimates derived from the different sampling techniques.

National audience; Le bassin versant de la Morcille, rivière du Beaujolais située au nord de Lyon, est occupé en grande majorité par des cultures viticoles. Les pratiques agricoles caractéristiques de la viticulture font appel à une utilisation intensive de traitements par les pesticides (herbicides, insecticides et fongicides) afin de lutter contre des organismes nuisibles. Lors des traitements par ces substances, la majeure partie atteint sa cible mais le reste est susceptible d'être entraîné dans l'environnement (sol et eau) par ruissellement. Cet entraînement est à l'origine de la pollution du milieu aquatique avoisinant. Des études menées au Cemagref de Lyon visent à décrire le transfert des pesticides et à mieux connaître l'évolution spatiale et temporelle de la contamination des milieux aquatiques dans le but de proposer des solutions pour la limiter. Afin de mieux appréhender cette problématique du transfert, nous nous sommes intéressés à la partition de molécules de pesticides de familles chimiques différentes entre la phase particulaire et la phase dissoute de l'eau. En effet, la part de molécules hydrophobes, telles que les insecticides en particulier, fixée sur les matières en suspension (MES) dans l'eau ne doit pas être négligée pour une évaluation complète de la contamination des cours d'eau. Ainsi, nous avons développé et validé une méthode de dosage de dix pesticides dans les MES. La méthode consiste en une récupération des MES par filtration, une extraction du filtre chargé en MES assistée par solvant sous pression (ASE) et l'analyse par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse de type trappe d'ions (GC/MS). Nous présenterons les résultats des expériences conduites lors de la mise au point de l'analyse chromatographique et l'intérêt de l'usage d'un protecteur d'analyte en injection « splitless ». Les performances de la méthode en terme de linéarité, d'efficacité de récupération, de justesse, de limite de quantification (LQ) et de spécificité, évaluées selon les plans d'expérience décrits dans la norme NF T90-210 (2009), seront exposés. En l'occurrence, les rendements obtenus varient entre 92% et 115% avec des dispersions relatives (coefficients de variation) comprises entre 10 et 17%. Les LQ sont comprises entre 1 et 30 ng/g pour une prise d'essai de 25 mg poids sec. La méthode développée a ensuite été appliquée à des échantillons réels de MES issus de prélèvements d'eau en période de crue. Les résultats des dosages sur ces échantillons sont mis en relation avec ceux obtenus pour la phase dissoute.

National audience; Le bassin versant de la Morcille, rivière du Beaujolais située au nord de Lyon, est occupé en grande majorité par des cultures viticoles. Les pratiques agricoles caractéristiques de la viticulture font appel à une utilisation intensive de traitements par les pesticides (herbicides, insecticides et fongicides) afin de lutter contre des organismes nuisibles. Lors des traitements par ces substances, la majeure partie atteint sa cible mais le reste est susceptible d'être entraîné dans l'environnement (sol et eau) par ruissellement. Cet entraînement est à l'origine de la pollution du milieu aquatique avoisinant. Des études menées au Cemagref de Lyon visent à décrire le transfert des pesticides et à mieux connaître l'évolution spatiale et temporelle de la contamination des milieux aquatiques dans le but de proposer des solutions pour la limiter. Afin de mieux appréhender cette problématique du transfert, nous nous sommes intéressés à la partition de molécules de pesticides de familles chimiques différentes entre la phase particulaire et la phase dissoute de l'eau. En effet, la part de molécules hydrophobes, telles que les insecticides en particulier, fixée sur les matières en suspension (MES) dans l'eau ne doit pas être négligée pour une évaluation complète de la contamination des cours d'eau. Ainsi, nous avons développé et validé une méthode de dosage de dix pesticides dans les MES. La méthode consiste en une récupération des MES par filtration, une extraction du filtre chargé en MES assistée par solvant sous pression (ASE) et l'analyse par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse de type trappe d'ions (GC/MS). Nous présenterons les résultats des expériences conduites lors de la mise au point de l'analyse chromatographique et l'intérêt de l'usage d'un protecteur d'analyte en injection « splitless ». Les performances de la méthode en terme de linéarité, d'efficacité de récupération, de justesse, de limite de quantification (LQ) et de spécificité, évaluées selon les plans d'expérience décrits dans la norme NF T90-210 (2009), seront exposés. En l'occurrence, les rendements obtenus varient entre 92% et 115% avec des dispersions relatives (coefficients de variation) comprises entre 10 et 17%. Les LQ sont comprises entre 1 et 30 ng/g pour une prise d'essai de 25 mg poids sec. La méthode développée a ensuite été appliquée à des échantillons réels de MES issus de prélèvements d'eau en période de crue. Les résultats des dosages sur ces échantillons sont mis en relation avec ceux obtenus pour la phase dissoute.

International audience; The goal of the European Water Framework Directive (WFD, European Commission, 2000) is to obtain a good biological and chemical status for European rivers by 2015. Consequently, the implementation of the WFD leads to an intensification of pollutant monitoring and requires reliable concentration estimates of organic contaminants such as pesticides. For this purpose different strategies can be developed : grab or automated sampling (fractioned, weekly averaged) and passive sampling. The main tools used for the latter strategy are polar organic chemical integrative samplers (POCIS) or semi permeable membrane device (SPMD). Stir bar sorptive extraction (SBSE) is a solvent free sample preparation technique described in the literature to extract organic compounds from aqueous samples by sorption into a thick film of polydimethysiloxane (PDMS) phase on a glass-coated magnet (David and Sandra, 2007). The aim of this work is to develop and validate, according to the French NF T90-210 standard (AFNOR, 2009), a reliable analytical method for the determination of pesticides in surface water. The 14 selected pesticides (azoxystrobin (AZS), chlorfenvinphos (CFV), diflufenican (DFF), dimetomorph (DMM), diuron (DIU), fenitrothion (FNT), isoproturon (IPU), linuron (LINU), norflurazon (NFZ), spiroxamine (SPX), tebuconazole (TBZ), procymidone (PCM), dichloroaniline (DCA) and 3-(3,4-dichlorophenyl)-1-methylurea (DCPMU)) were chosen because they are frequently detected in water samples from vineyard watersheds and because of their various physico-chemical properties. The sample treatment consists of an extraction on SBSE with addition of Sodium Chloride (NaCl) followed by a liquid desorption with a MeOH/ACN (50/50, v/v) mixture. Isoproturon-D6 was used as surrogate standard to overcome matrix effects during the quantification. Liquid chromatography coupled with electrospray tandem mass spectrometry is performed in the multiple-reaction monitoring mode and molecule identities are confirmed by two quantification and confirmation transitions according to the EEC decision 2002/657/CE. Firstly, conservation and stability of these compounds have been studied. The results show that SBSE must be freezed for one week before liquid desorption to improve recoveries. The final extract in organic mobile phase could be stored at 18°C for one month before analysis. These experiments also show that multiple steps of SBSE washing should be added after liquid desorption in order to re-use them without any contamination. Efficiency and repeatability have been evaluated in EvianÒ mineral water spiked at three contamination levels by quintuplet analysis. Recoveries higher than 60% and relative standard deviations lower than 15% have been obtained. Method reaches limits of quantification between 20ng/L and 1µg/L depending on the compound.

International audience; During the last fifty years, consumption of estrogenic compounds (natural hormone or synthetic analogue) for human medicine contraception, management of menopausal and post-menopausal syndrome, physiological replacement therapy in deficiency states and treatment of prostate and cancers) and animal farming (developers of single-sex populations of fishes in aquaculture) has considerably increased. Estrogenic compounds are usually not entirely metabolized and reach aquatic environment mainly via effluents of wastewater treatment plants. The lack of knowledge on toxicity of these compounds and their impact on ecosystems and human health has raised public concern about their occurrence in the environment. For this reason, highly sensitive and selective analytical method is needed to identify and quantify these emerging contaminants in various environmental compartments. The aim of this communication is to show the different steps for validation of an analytical method for five estrogenic compound in aquatic environments (estrone [E1], 17aestradiol [17a-E2], 17bestradiol [17b-E2], 17aethynylestradiol [EE2] and estriol [E3]) chosen because of their strong endocrine-disrupting potency in river and wastewater. The sample pretreatment consists of an extraction on Oasis HLB cartridges followed by purification on Florisil cartridges. Four stable isotopically labelled estrogenic compounds were used as surrogate standards to overcome matrix effects during the quantitation. Liquid chromatography coupled to electrospray tandem mass spectrometry is performed in the multiple-reaction monitoring mode and molecule identity is confirmed by two quantitation and confirmation transitions according to the EEC decision 2002/657/CE. Stability of these compounds in extracts from Oasis HLB (stored at ambient temperature during 3 days) or in mobile phase (stored at 18°C during 1 month) have been verified. Yields and repeatability have been evaluated in three kinds of matrices at two contamination levels by quintuplate analysis. Yields higher than 75% (except for 17a-E2 at low level: in the range of 60%) and relative standard deviation lower than 20% (except for E3 in influent: at 36%) have been obtained. Reproducibility has also been studied from real matrices. Method reaches limits of quantification around 1 ng/L in waters from rivers and wastewater treatment plants. Specificity has been statistically verified for the five analytes, thus we can consider that matrix effects are corrected by the use of deuterated surrogates.

International audience; During the last fifty years, consumption of estrogenic compounds (natural hormone or synthetic analogue) for human medicine contraception, management of menopausal and post-menopausal syndrome, physiological replacement therapy in deficiency states and treatment of prostate and cancers) and animal farming (developers of single-sex populations of fishes in aquaculture) has considerably increased. Estrogenic compounds are usually not entirely metabolized and reach aquatic environment mainly via effluents of wastewater treatment plants. The lack of knowledge on toxicity of these compounds and their impact on ecosystems and human health has raised public concern about their occurrence in the environment. For this reason, highly sensitive and selective analytical method is needed to identify and quantify these emerging contaminants in various environmental compartments. The aim of this communication is to show the different steps for validation of an analytical method for five estrogenic compound in aquatic environments (estrone [E1], 17aestradiol [17a-E2], 17bestradiol [17b-E2], 17aethynylestradiol [EE2] and estriol [E3]) chosen because of their strong endocrine-disrupting potency in river and wastewater. The sample pretreatment consists of an extraction on Oasis HLB cartridges followed by purification on Florisil cartridges. Four stable isotopically labelled estrogenic compounds were used as surrogate standards to overcome matrix effects during the quantitation. Liquid chromatography coupled to electrospray tandem mass spectrometry is performed in the multiple-reaction monitoring mode and molecule identity is confirmed by two quantitation and confirmation transitions according to the EEC decision 2002/657/CE. Stability of these compounds in extracts from Oasis HLB (stored at ambient temperature during 3 days) or in mobile phase (stored at 18°C during 1 month) have been verified. Yields and repeatability have been evaluated in three kinds of matrices at two contamination levels by quintuplate analysis. Yields higher than 75% (except for 17a-E2 at low level: in the range of 60%) and relative standard deviation lower than 20% (except for E3 in influent: at 36%) have been obtained. Reproducibility has also been studied from real matrices. Method reaches limits of quantification around 1 ng/L in waters from rivers and wastewater treatment plants. Specificity has been statistically verified for the five analytes, thus we can consider that matrix effects are corrected by the use of deuterated surrogates.

National audience; Dans le contexte de l'évaluation des effets perturbateurs endocriniens dus à la présence de micropolluants organiques dans les eaux de surface, une étude a été conduite dans le bassin versant de l'Orge, associant une approche globale par mesures d'effets biologiques à une approche spécifique par détermination des concentrations en hormones dans les eaux. Les résultats obtenus confirment l'existence d'un effet estrogénique dans les eaux de surface et démontre la contamination de ce milieu par les rejets de la station d'épuration de Bris-sous-Forges. Les deux approches spécifique et globale présentent des résultats convergents et de même tendance, en considérant la concentration en E1 ou la somme des concentrations mesurées, ce qui permet notamment de suivre les effets de dilution de cette pollution par mélange des cours d'eau. Aucun effet perturbateur thyroïdien n'a pu être observé dans la phase liquide des échantillons mais l'analyse des matières en suspension révèle une activité agoniste thyroïdienne. Ceci peut s'expliquer par le caractère majoritairement hydrophobe des polluants identifiés comme perturbateurs thyroïdiens.

Les hormones prescrites en thérapeutique ou pour une contraception humaine ne sont pas complètement métabolisées dans l'organisme humain et sont rejetées sous leur forme originelle ou conjuguée de façon continue dans l'environnement via les eaux usées et les stations d'épuration. Compte tenu de leur effet actif sur les organismes vivants, elles constituent un danger pour les écosystèmes aquatiques. En effet, même si ces composés sont couramment retrouvés dans les milieux aquatiques à des teneurs relativement basses comparés à d'autres perturbateurs endocriniens, ils participent au dérèglement des cycles de reproduction des organismes aquatiques (féminisation des poissons mâles en rivières polluées par exemple). Compte tenu du peu de données environnementales sur le sujet et afin de mieux comprendre leur devenir une fois rejetés dans les eaux usées, il est nécessaire de développer des protocoles pour les analyser dans les différents compartiments de l'environnement. L'intérêt de cette communication est de présenter les résultats de la validation, selon la norme XPT 90-210, d'une méthode d'analyse de cinq hormones stéroïdiennes estrogéniques (estriol, 17α-estradiol, 17β-estradiol, estrone et 17α-éthinylestradiol) dans des eaux de surfaces, des influents et des effluents de stations d'épuration. En plus des paramètres classiques (limites de détection, rendements et répétabilité), la spécificité de la méthode et l'incertitude sur les résultats d'analyse sont évalués. L'influence du mode de conservation et son impact sur la stabilité des composés sont également présentés. Le traitement des échantillons se décompose en une étape de déconjugaison par hydrolyse enzymatique grâce à la β-glucuronidase (suc d'Helix pomatia), une étape d'extraction puis de purification sur deux phases solides successives (HLB et Florisil). Les extraits ainsi obtenus sont analysés par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse triple quadripolaire en tandem (mode multiple reaction monitoring). L'utilisation d'étalons internes deutérés permet de s'affranchir de certains effets de matrices et de contrôler pour tout nouvel échantillon l'efficacité de la méthode. Pour des effluents de station d'épuration par exemple, les rendements obtenus sont supérieurs à 72 % avec des coefficients de variation inférieurs à 16 %. Les limites de détection varient de 0,3 ng/L pour l'estrone à 1 ng/L pour la 17α-éthinylestradiol. La conservation au réfrigérateur d'échantillons d'effluents filtrés, testée pour des périodes allant de 1 à 7 jours après échantillonnage, est vérifiée pour des concentrations de l'ordre de 40ng/L.

National audience

Les hormones prescrites en thérapeutique ou pour une contraception humaine ne sont pas complètement métabolisées dans l'organisme humain et sont rejetées sous leur forme originelle ou conjuguée de façon continue dans l'environnement via les eaux usées et les stations d'épuration. Compte tenu de leur effet actif sur les organismes vivants, elles constituent un danger pour les écosystèmes aquatiques. En effet, même si ces composés sont couramment retrouvés dans les milieux aquatiques à des teneurs relativement basses comparés à d'autres perturbateurs endocriniens, ils participent au dérèglement des cycles de reproduction des organismes aquatiques (féminisation des poissons mâles en rivières polluées par exemple). Compte tenu du peu de données environnementales sur le sujet et afin de mieux comprendre leur devenir une fois rejetés dans les eaux usées, il est nécessaire de développer des protocoles pour les analyser dans les différents compartiments de l'environnement. L'intérêt de cette communication est de présenter les résultats de la validation, selon la norme XPT 90-210, d'une méthode d'analyse de cinq hormones stéroïdiennes estrogéniques (estriol, 17α-estradiol, 17β-estradiol, estrone et 17α-éthinylestradiol) dans des eaux de surfaces, des influents et des effluents de stations d'épuration. En plus des paramètres classiques (limites de détection, rendements et répétabilité), la spécificité de la méthode et l'incertitude sur les résultats d'analyse sont évalués. L'influence du mode de conservation et son impact sur la stabilité des composés sont également présentés. Le traitement des échantillons se décompose en une étape de déconjugaison par hydrolyse enzymatique grâce à la β-glucuronidase (suc d'Helix pomatia), une étape d'extraction puis de purification sur deux phases solides successives (HLB et Florisil). Les extraits ainsi obtenus sont analysés par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse triple quadripolaire en tandem (mode multiple reaction monitoring). L'utilisation d'étalons internes deutérés permet de s'affranchir de certains effets de matrices et de contrôler pour tout nouvel échantillon l'efficacité de la méthode. Pour des effluents de station d'épuration par exemple, les rendements obtenus sont supérieurs à 72 % avec des coefficients de variation inférieurs à 16 %. Les limites de détection varient de 0,3 ng/L pour l'estrone à 1 ng/L pour la 17α-éthinylestradiol. La conservation au réfrigérateur d'échantillons d'effluents filtrés, testée pour des périodes allant de 1 à 7 jours après échantillonnage, est vérifiée pour des concentrations de l'ordre de 40ng/L.

During the last five decades, the consumption of estrogens for human medicine (contraception, management of menopausal and post-menopausal syndrome, physiological replacement therapy in deficiency states and treatment of prostate and cancers) and animal farming (growth promoters, developers of single-sex populations of fish in aquaculture) has considerably increased. Estrogens are usually not entirely metabolized and they reach aquatic environments mainly via the effluents from wastewater treatment plants (WWTP). The lack of knowledge on the toxicity and level of exposition of these compounds and their impact on ecosystems and human health has raised public concern about their occurrence in the environment. Thus, efficient analytical protocols are needed to identify and quantify these emerging contaminants in various environmental compartments. In this study, we developed an analytical protocol for the determination of five estrogenic hormones (estrone [E1], 17aestradiol [17a-E2], 17bestradiol [17b-E2], 17aethynylestradiol [EE2] and estriol [E3]) including their conjugated forms in various aqueous matrices (rivers, WWTP influents, WWTP effluents) using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (LC-MS-MS). These 5 hormones were chosen because of their strong endocrine-disrupting potency in surface waters. The analytical protocol was validated according to the French standard NF XPT 90-210 (AFNOR, 1999). The procedure included the verification of linearity, the determination of limits of detection (LD) and quantification (LQ) and the evaluation of the specificity of the method (absence of matrix effects for various sample types). We also studied the recoveries and repeatability for the extraction and purification steps and for the hydrolysis of conjugated forms, and we evaluated preservation of wastewaters during 6 days.

International audience; Since the increase in interest in the presence of estrogens in the environment, several publications have been published. This article aims first to review the state-of-the-art analytical methods used to measure these compounds in environmental matrices, and second to scrutinize how these methods and their performances were validated. Our review will cover the methodologies used for quantification of total estrogens (i.e. free and conjugated estrogens) and verification of sample stability. The fundamental point for a good method validation is the use of a real matrix to estimate linearity, precision (including repeatability and reproducibility), specificity and, especially, sensitivity and recovery.

Les laboratoires de recherche en environnement spécialisés dans l'analyse de micropolluants, et souhaitant évoluer vers un système assurant la qualité des analyses, sont confrontés à : - la grande diversité des composés recherchés et des techniques de dosages associées - des matrices de natures différentes et complexes selon les échantillons - l'absence de guide nécessaire pour homogénéiser la démarche de développement analytique Au Laboratoire des Micropolluants Organiques du Cemagref de Lyon, il a été mis en oeuvre une démarche commune pour développer et valider toutes les méthodes de dosages. Ce processus s'appuie sur la norme NF XPT 90-210 (AFNOR, 1999) : « Protocole d'évaluation d'une méthode alternative d'analyse physico-chimique quantitative par rapport à une méthode de référence »

Analyse d’herbicides dans les boues de stations d’épuration valorisées en agriculture : validation et suivi analytique. 23èmes Journées Françaises de Spectrométrie de Masse

Herbicides and nonylphenol in sewage sludge: occurrence and ecotoxicological impacts. SETAC Europe 16th Annual Meeting