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Thèse Année : 2022

Study of contaminants transported by microplastics in the Lebanese marine environment

Étude des contaminants transportés par les microplastiques dans le milieu marin Libanais

Résumé

Anthropogenic activities are increasingly putting pressure on the environment of the Lebanese Mediterranean coast. One of the main emerging sources of pollution is plastics ending up in the marine environment and persisting as small (so-called microplastics, 1 µm - 5 mm) particles which become a vector for the transport of a variety of contaminants. The assessment of microplastics-related environmental risks requires the development of multi-scope analytical approaches targeting different classes of organic and inorganic pollutants.A comprehensive study of microplastic pollution of the Lebanese Mediterranean coast was performed. The samples were collected from the shoreline in 2020-2021, sieved and sorted into different sizes. The nature of the microplastics was investigated by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) revealing the predominant presence of polyethylene and polypropylene. For the study of adsorbed organic pollutants, solid-liquid extraction (leaching) procedures targeting polar and non-polar compounds were optimized. Metals were analyzed after the complete microwave assisted digestion of samples. Prior to quantitative analysis, the organic pollutants were screened according to their accurate mass, chromatographic behavior and fragmentation. In this way, the lists of compounds for the subsequent targeted analysis were established. This study produced the first ever LC-MS/MS and GC-MS data on microplastics-adsorbed organic pollutants present on Lebanese Mediterranean coast and demonstrated the persistency of several legacy pesticides, such as DDT prohibited for use more than 20 years ago and chlorpyrifos that was banned for use in Lebanon several years ago. Also, the presence of personal care products and pharmaceuticals, such as phenacetin and minoxidil, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH), different polychlorinated biphenyl (PCB) congeners prohibited long time ago due to their toxic effect on human health, and different additives incorporated in plastics was demonstrated. The quantification of metals was carried out by ICP-MS. The obtained data were discussed in the context of their possible environmental and anthropogenic sources and also their presence in pigments and additives added to plastics during the manufacturing process.The performed study clearly shows that microplastics are not only a source of pollution by themselves, but also transport organic and inorganic contaminants in the marine environment and therefore represent a threat to the marine organisms and as well as human health. It is therefore important to study different types of pollutants to have a global view on the harmful and oblivious effect of microplastics in the marine environment.Moreover, as microplastics are becoming important targets of environmental studies, the perspectives for future green methodologies reducing the use of organic solvents in sample preparation were highlighted. For example, liquid-extraction surface analysis (LESA) was investigated for the screening of pollutants sorbed on the surface of microplastics.
Les activités anthropiques exercent une pression croissante sur l'environnement de la côte méditerranéenne libanaise. L'une des principales sources émergentes de pollution est le plastique qui se retrouve dans le milieu marin et persiste sous forme de petites particules (appelées microplastiques, 1 µm - 5 mm) qui deviennent un vecteur pour le transport d'une variété de contaminants. L'évaluation des risques environnementaux liés aux microplastiques nécessite le développement d'approches analytiques multi techniques ciblant différentes classes de polluants organiques et inorganiques.Une étude approfondie de la pollution microplastique de la côte méditerranéenne libanaise a été réalisée. Les échantillons ont été prélevés sur le rivage en 2020-2021, tamisés et triés en différentes tailles. La nature des microplastiques a été étudiée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) révélant la présence prédominante de polyéthylène et de polypropylène. Pour l'étude des polluants organiques adsorbés, les procédures d'extraction solide-liquide (Lessivage) ciblant les composés polaires et non polaires ont été optimisées. Les métaux ont été analysés après une digestion complète des échantillons par micro-ondes.Avant l'analyse quantitative, les polluants organiques ont été sélectionnés selon leur masse précise, de leur comportement chromatographique et de leur fragmentation et les listes de composés pour une analyse ciblée ultérieure ont été établies.Cette étude a produit toutes les premières données LC-MS/MS et GC-MS sur les polluants organiques adsorbés par les microplastiques présents sur la côte méditerranéenne libanaise qui démontrent la persistance de plusieurs pesticides tels que le DDT interdit d'utilisation il y a plus de 20 ans et le Chlorpyrifos qui a été interdit d'utilisation au Liban il y a plusieurs années. Aussi, la présence de produits de soins personnels et pharmaceutiques, tels que la phenacetin et le minoxidil, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), différents congénères de biphényles polychlorés (PCB) interdits depuis longtemps en raison de leur effet toxique sur la santé humaine, et la présence de différents additifs incorporés dans les plastiques a été démontré. La quantification des métaux a été réalisée par ICP-MS. Les données obtenues ont été discutées dans le contexte de leurs sources environnementales et anthropiques possibles et aussi de leur présence dans les pigments et les additifs ajoutés aux plastiques au cours du processus de fabrication.L'étude réalisée montre clairement que les microplastiques ne sont pas seulement une source de pollution en eux-mêmes, mais transportent également des contaminants organiques et inorganiques dans le milieu marin et donc représente une menace pour les organismes marins et ainsi que pour la santé humaine. Il est donc important d'étudier différents types de polluants pour avoir une vision globale de l'effet nocif et inédit des microplastiques dans le milieu marin.De plus, comme les microplastiques deviennent des cibles importantes des études environnementales, les perspectives de futures méthodologies vertes réduisant l'utilisation de solvants organiques dans la préparation des échantillons ont été mises en évidence, par exemple l'analyse de surface par extraction liquide (LESA), a été étudiée pour le dépistage des polluants adsorbés à la surface des microplastiques.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04136839 , version 1 (21-06-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04136839 , version 1

Citer

Rim Elseblani. Study of contaminants transported by microplastics in the Lebanese marine environment. Analytical chemistry. Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2022. English. ⟨NNT : 2022PAUU3049⟩. ⟨tel-04136839⟩
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