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Une source de PCB localisée dans la Birse grâce aux échantillonneurs passifs

18. mai 2016, Catégorie: Ecotoxicologie aquatique, Ecotoxicologie des sédiments

Une source de PCB localisée dans la Birse grâce aux échantillonneurs passifs

Il y a quelques années, des teneurs en PCB très supérieures aux normes autorisées avaient été détectées dans les poissons de la Birse sans que l'on connaisse l'origine de cette contamination. Grâce à l'usage d'échantillonneurs passifs, il a été possible de localiser la source de la pollution dans une entreprise industrielle située au bord de la rivière. Des mesures adéquates ont alors pu être prises et le danger est maintenant écarté.

Ce fut un choc pour les autorités environnementales du canton du Jura lorsqu'en 2007, des teneurs en PCB (polychlorobiphényles) largement supérieures aux normes autorisées ont subitement été détectées dans les poissons de la Birse. Entre Choindez (Jura) et Münchenstein (Bâle-Campagne), des analyses avaient indiqué des concentrations atteignant 60 picogrammes d'équivalent toxique dioxine par gramme de poids frais dans la chair des poissons (60 pg WHO-TEQ/g de poids frais) soit presque 10 fois plus que le seuil de 6,5 pg/g de poids frais fixé pour les denrées alimentaires.

Les PCB sont des composés cancérigènes autrefois très utilisés dans l'industrie pour leurs propriétés isolantes et ignifuges, notamment en tant que fluides isolants dans les installations électriques ou que plastifiants dans les mastics ou les revêtements anticorrosion. Bien qu'ils soient interdits en Suisse depuis 1986, plusieurs centaines de tonnes de ces composés très persistants sont encore présents dans les anciens appareils et dispositifs et peuvent être libérés dans l'environnement à la faveur de conditions défavorables. En particulier, les décharges et les casses dans lesquelles les anciens appareils contenant des PCB sont entreposés sans précautions particulières peuvent constituer des sources ponctuelles de contamination. En 2010, l'Office fédéral de l'environnement publiait déjà un rapport sur la contamination aux PCB de la chair des poissons pêchés dans les eaux suisses rassemblant et commentant les données des 20 années précédentes [1].

PCB : une contamination venue du passé

Dans la Sarine (Fribourg) aussi, des poissons contaminés ont été capturés. Mais, alors que dans cette rivière, la source de pollution, l'ancienne décharge de la Pila, a rapidement été identifiée, l'origine des PCB de la Birse est longtemps restée un mystère. Lors des études engagées pour éclaircir la question, les autorités ont d'autre part constaté qu'il n'existait pas de méthode d'échantillonnage et d'analyse standardisée pour la mesure des PCB et des dioxines dans les sédiments et l'eau des rivières. Face à ce constat, l'Office fédéral de l'environnement a lancé un projet avec l'Eawag et l'Empa en 2009 pour déterminer et mettre au point des méthodes adéquates et localiser la source ponctuelle de PCB dans la Birse. « De telles méthodes doivent être mises à la disposition des cantons pour qu'ils puissent effectuer des prélèvements de façon standardisée dans les eaux de surface et pour qu'ils puissent comparer les résultats obtenus dans différents sédiments », estime Etienne Vermeirssen du Centre Ecotox (anciennement Eawag), qui a travaillé avec Markus Zennegg de l'Empa au développement des méthodes d'échantillonnage et d'analyse et a contribué aux recherches consécutives.

L'échantillonnage passif comme moyen d'enquête

Pour les prélèvements dans l'eau, les scientifiques ont utilisé des capteurs passifs en PDMS (polydiméthylsiloxane). Ils souhaitaient ainsi augmenter leurs chances de découvrir la source de pollution en s'assurant de ne manquer aucun rejet, aussi bref soit-il. L'échantillonnage passif se base sur la propriété qu'ont les composés peu solubles dans l'eau de se fixer sur la membrane du capteur et donc de s'y accumuler avec le temps. Le paramètre décisif est alors le coefficient de partage entre la phase aqueuse et le matériau dont est constitué le capteur. Ce système permet d'étendre les capacités de détection aux substances présentes à très faible concentration qui seraient très difficiles à appréhender par les méthodes classiques. Par ailleurs, l'échantillonnage passif livre une valeur cumulée sur plusieurs semaines alors que les prélèvements ponctuels ne donnent, par nature, que des photographies de la pollution et ne peuvent garantir la prise en compte des rejets sporadiques.

Markus Zennegg et Etienne Vermeirssen ont constaté que les capteurs passifs étaient faciles à utiliser dans les cours d'eau et qu'ils donnaient une indication fiable de la teneur moyenne en PCB sur plusieurs semaines. « Étant donné la faiblesse des concentrations de PCB dans les rivières suisses, il faudrait prélever plus de 10 litres par échantillon ponctuel pour en avoir une quantité analysable, explique Markus Zennegg. Cela demanderait un travail titanesque. » L'échantillonnage passif est alors une réelle alternative : les capteurs retiennent les polluants contenus dans l'eau qui passe à leur portée et ils peuvent ainsi « filtrer » plus d'une centaine de litres en à peine deux semaines. La capacité de détection est donc considérablement accrue. Pour l'étude, des capteurs passifs en PDMS ont été placés à 13 endroits de la Birse, répartis sur environ 60 km de son cours. A la fin du temps prévu, les capteurs sont retirés de la rivière et les PCB en sont extraits avec du méthanol puis analysés en chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse haute résolution (GC/HRMS). Dans l'étude de la Birse, les teneurs en PCB ont également été mesurées dans des sédiments prélevés sur le tronçon équipé d'échantillonneurs passifs.

Localisation de la source de contamination

En analysant les échantillons obtenus avec les capteurs passifs, Zennegg et Vermeirssen ont constaté que les concentrations de PCB présentaient un véritable pic au niveau de Courrendlin, en aval de Delémont (cf. Figure). La source principale devait donc se trouver dans cette zone. Pour la localiser avec plus de précision, un réseau dense de capteurs a été installé entre l'amont de Choindez et l'aval de Courrendlin. Les analyses ont alors démasqué le responsable des émissions : une usine de Choindez qui produit des tubes en fonte à partir de vieux métaux. L'entreprise prélevait de l'eau dans la Birse pour refroidir les gaz de fumée puis la restituait à la rivière après une épuration sommaire. En 2011, le canton du Jura, fort de ces résultats, a poussé l'industriel à prendre des mesures adéquates pour empêcher les rejets de PCB dans la Birse.

Pour vérifier l'efficacité des mesures prises, Markuss Zennegg a contrôlé les teneurs en PCB pendant plusieurs années à l'aide de capteurs passifs en PDMS placés au niveau de Choindez. En 2011 et 2012, il a observé une baisse de la contamination d'un facteur 20 ! Les données obtenues en 2014 et 2015 dans les poissons et dans la Birse indiquent que la rivière est aujourd'hui beaucoup moins contaminée par les PCB et que les normes y sont à nouveau respectées sans aucun problème. L'interdiction de pêche prononcée en 2009 a pu être levée au printemps 2014.

Il est étonnant de constater que, trente ans après leur interdiction totale en Suisse, des teneurs préoccupantes en PCB aient encore pu y être mesurées récemment dans la chair des poissons. Les nets dépassements des normes autorisées qui peuvent être constatés révèlent la présence de sources ponctuelles de contamination, comme celles identifiées au bord de la Birse ou de la Sarine. Pour éviter que les rejets de PCB dans les rivières se poursuivent, il est primordial que ces sources soient rapidement localisées et éliminées. Il est donc nécessaire de contrôler de façon ciblée les sites potentiellement émetteurs comme les sites contaminés, les industries et les sites de production installés à proximité des eaux superficielles. L'usage des capteurs passifs au PDMS a prouvé son intérêt dans un tel contexte.

Une méthode de choix pour la localisation des sources et les contrôles d'efficacité

L'analyse des sédiments livre une information sur la pollution en général et sur le stock de PCB en particulier. Elle se prête cependant assez mal à une identification des sources de PCB : étant donné que les sédiments peuvent être mobilisés et déplacés par le courant, il est difficile, sans connaissance précise de la dynamique alluvionnaire, de déterminer l'origine géographique de matériaux contaminés éventuels. Les capteurs passifs en PDMS, en revanche, ont prouvé leur valeur pour la localisation des sources ponctuelles de contamination, pour la vérification de l'efficacité des mesures prises pour juguler les émissions et pour la surveillance de la qualité de l'eau dans le cadre des monitorings. En dehors des PCB, ils conviennent à la détection d'autres polluants hydrophobes tels que les chlorobenzènes, les composés aromatiques polycycliques ou les produits ignifuges. En outre, les échantillonneurs passifs peuvent également être utilisés pour le screening de substances inconnues préoccupantes d'un point de vue écotoxicologique : les extraits obtenus peuvent être soumis à des bioessais pour déterminer leur toxicité puis, en affinant les tests, identifier la nature des substances responsables des effets observés.

[1] Schmid, P. et al. (2010) Polychlorierte Biphenyle (PCB) in Gewässern der Schweiz. Daten zur Belastung von Fischen und Gewässern mit PCB und Dioxinen, Situationsbeurteilung. Umwelt-Wissen Nr 1002 Bern: Bundesamt für Umwelt.

Rapport final du projet „Messung von PCB und Dioxinen in Fliessgewässern“ disponible prochainement sur www.centreecotox.ch/news-publications/rapports.

Figure : Concentrations de PCB mesurées sur les membranes en PDMS des capteurs passifs placés pendant 4 semaines à différents endroits du cours de la Birse.