Mise en oeuvre de l'analyse non ciblée comme outil de caractérisation chimique des eaux : impact du rejet d'une station d'épuration sur le profil moléculaire d'une rivière - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Implementation of non-targeted analysis as a water characterization tool : Impact of the discharge of a wastewater treatment plant on the molecular profile of a river.

Mise en oeuvre de l'analyse non ciblée comme outil de caractérisation chimique des eaux : impact du rejet d'une station d'épuration sur le profil moléculaire d'une rivière

Résumé

The dispersion of micropollutants, especially from wastewater treatment plants (WWTP), has been a recurring topic for several years regarding the need of aquatic environments protection i.e. towards chemical quality and ecotoxicity considerations. The development of high-resolution mass spectrometry (UHPLC-HRMS) and the access to databases allowed the development of non-targeted analysis for environmental matrices such as WWTP water and surface water. The objectives of this PhD work were to develop a non-targeted analysis method and to apply it to water samples from wastewater treatment plants in order to characterize them. The possibly of tracing these waters close to river discharges has been studied. Relevant features and tracers of WWTP discharge were thus sought by the use of differential analyses.Two methods based on Mzmine 2 software (combined with the use of R 3.5.1 and Excel) and Compound Discoverer were developed. As a result of these developments, the use of Compound Discoverer software was favored for the rest of this work. The use of three injection replicas during the analyses by UHPLC-HRMS resulted in a reduction in the number of false positives. The matrix effect was also evaluated as well as the use of solid phase extraction which was generally positive. The application of non-targeted analysis on samples from WWTP influents and treated waters showed a decrease in the number of features detected in the treated water, especially in the case of features corresponding to apolar molecules and/or with a high molecular mass. However new features were also observed in these waters. From the differential analysis, 375 stable or increasing relevant features in treated waters were selected and a chemical structure was proposed for some of them. The study of the impact of the discharge of treated water highlighted the addition of new features in the river. Despite a decrease in the area values of the features immediately downstream, a return to the initial state of the upstream was not observed. 305 relevant features were selected on the basis of a downstream/upstream comparison whose a small number which were common with the relevant features list made from the analysis of WWTP samples. These results underline both the interest of the method and the difficulty of determining tracers that are really related to WWTP discharges. Analyses of suspects were also carried out in addition to the non-targeted analysis.
La diffusion des micropolluants et plus particulièrement de la diffusion par les rejets de stations d’épuration (STEP) est une problématique récurrente depuis de plusieurs années dans la nécessité de protéger les milieux aquatiques du point de vu de la qualité chimique et écotoxique. Le développement de la spectrométrie de masse haute résolution et de l’accès aux bases de données a permis l’essor de l’analyse non ciblée appliquée aux matrices environnementales dont les eaux de STEP et les eaux de surfaces. Les objectifs de ce travail de thèse ont été de développer une méthode d’analyse non ciblée, de l’appliquer sur des eaux de stations d’épuration afin de les caractériser et d’étudier l’impact du traitement des eaux usées et du rejet des eaux traitées dans la rivière Clain. Des signaux pertinents et traceurs du rejet de STEP ont également été recherchés par l’utilisation d’analyses différentielles.Deux méthodes se basant sur les logiciels Mzmine 2 (avec R 3.5.1 et Excel en complément) et Compound Discoverer ont été développées. À la suite de ces développements, le logiciel Compound Discoverer a été conservé pour le reste des travaux de thèse. L’usage de trois réplicas a montré une réduction du nombre de faux positifs. L’effet matrice a également été évaluée de même que l’utilisation de l’extraction sur phase solide qui s’est avérée globalement positive. L’application de l’analyse non ciblée sur des entrées et sortie de STEP a montré une diminution du nombre de signaux détectés en sortie, principalement des signaux plutôt apolaires et/ou de taille importante mais a montré aussi l’apparition de nouveaux signaux. À partir de l’analyse différentielle, 375 signaux pertinents stables ou augmentant en sortie ont été sélectionnés et l’annotation d’une partie d’entre eux a été effectuée. L’étude de l’impact du rejet des eaux traitées a mis en lumière l’apport de nouveaux signaux dans le Clain. Malgré une baisse des valeurs des aires en aval immédiat, il n’a pas été observé de retour à l’état initial en amont. Une sélection de 305 signaux pertinents a été effectuée donc un faible nombre sont communs avec la liste réalisée à partir des échantillons de STEP, témoignant à la fois de l’intérêt de la méthode mais également de la difficulté de déterminer des traceurs apparentés réellement aux rejets de STEP. Des analyses de suspects ont également été réalisées en complément de l’analyse non ciblée.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03516293 , version 1 (07-01-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03516293 , version 1

Citer

Solène Motteau. Mise en oeuvre de l'analyse non ciblée comme outil de caractérisation chimique des eaux : impact du rejet d'une station d'épuration sur le profil moléculaire d'une rivière. Chimie analytique. Université de Poitiers, 2021. Français. ⟨NNT : 2021POIT2265⟩. ⟨tel-03516293⟩
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