1Plusieurs milliers de molécules organiques sont utilisées pour des applications diverses, industrielles ou de la vie courante. Ce sont autant de polluants qui peuvent se retrouver dans les compartiments aquatiques naturels et avoir un impact à court ou long termes sur les écosystèmes. Par ailleurs, comme ces ressources en eau sont utilisées pour produire l’eau potable et que certains polluants ne sont pas éliminés par les procédés de traitement, ils peuvent être présents dans les eaux distribuées. Des contrôles analytiques sont donc menés dans le cadre des différents programmes de surveillance.

2La qualité des eaux de surface et des eaux souterraines a globalement diminué ces dernières décennies en raison principalement des activités anthropiques issues notamment des activités agricoles et industrielles. La prise de conscience de cette dégradation de qualité a entraîné la mise en place de mesures de gestion et de protection avec, plus récemment, l’adoption des directives européennes cadre sur l’eau (DCE*, cf. VI.7). L’état de la contamination chimique des masses d’eau doit être évalué selon les critères inclus dans la directive fille de la DCE (2008/105/EC). Des normes de qualité environnementales (NQE) sont définies à ce jour pour 45 polluants, principalement organiques (dioxines et composés apparentés, pesticides*, biocides*, composés chimiques industriels, résidus de médicaments…). Cependant, les eaux naturelles, et particulièrement les eaux de surface, reçoivent une contamination qui peut intégrer des centaines de polluants organiques, auxquels il faut rajouter leurs produits de transformation dans l’environnement par diverses réactions, dont la transformation par la lumière solaire et la biodégradation.

Eaux destinées à la consommation humaine

3La réglementation européenne donne un cadre législatif pour la qualité des eaux destinées à la consommation humaine (Directive 98/83/EC, cf. IV.15). La transposition en droit français dans le code de santé public aux niveaux législatif et réglementaire a été complétée par des arrêtés d’application, fixant notamment les modalités du programme d’analyses du contrôle sanitaire des eaux distribuées. Actuellement, il existe des limites de qualité pour certains polluants organiques, comme ceux d’origine anthropique (pesticides, benzène, hydrocarbures aromatiques polycycliques, solvants chlorés), ceux d’origine naturelle (toxines algales), mais aussi pour les sous-produits de désinfection (trihalométhanes et composés halogénés adsorbables, nitrosamines*), et enfin, pour les contaminants libérés par certains réactifs ou revêtements de matériaux utilisés dans la production d’eau potable (chlorure de vinyle, épichlorhydrine*, acrylamide*).

Méthodes d’analyse

4Dans les différentes masses d’eau, les polluants organiques sont, dans la très grande majorité des cas, présents à l’état d’ultra-traces (de l’ordre du nanogramme par litre). Les instruments d’analyse, même si leurs performances se sont nettement améliorées depuis une dizaine d’années, présentent des limites dans ce domaine de concentrations. Les méthodologies analytiques les plus courantes font donc intervenir deux étapes distinctes : une étape de préparation d’échantillon (permettant d’extraire les polluants ciblés de leur matrice d’origine tout en augmentant leur concentration) et une étape d’analyse proprement dite, souvent réalisée par un couplage d’une technique chromatographique (permettant de séparer les différents polluants d’un mélange pour les analyser un à un) à un détecteur sensible et spécifique qui quantifie les polluants (principalement la spectrométrie de masse*). Un exemple d’analyse d’un mélange de pesticides par chromatographie* en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem est donné sur la figure ci-contre. Pour les polluants dissous mais volatils, l’étape de préparation d’échantillon consiste souvent en un prélèvement en phase gaz dans un flacon scellé. Pour les polluants dissous non volatils, les échantillons sont majoritairement préparés par extraction sur phase solide (SPE). Les techniques d’extraction SPE consistent en la rétention des polluants sur un solide poreux emprisonné en cartouche, puis en leur récupération par un faible volume de solvant organique. Elles ont permis l’automatisation des procédures autorisant ainsi la multiplication des analyses pour un coût maîtrisé. L’analyse par chromatographie est ensuite réalisée en phase gazeuse ou en phase liquide. Les appareils équipés des colonnes chromatographiques les plus performantes permettent la séparation d’une centaine de polluants en une analyse de moins d’une heure. La quantification est finalement réalisée par des détecteurs spécifiques suffisamment sensibles. Cependant, bien qu’extrêmement sensibles (limites de détection ≤ ng/L), ces techniques impliquent une sélection préalable des composés à rechercher.

Limitations actuelles

5Un décalage important existe entre le nombre de composés potentiellement présents dans les eaux (des milliers) et le nombre de polluants régulièrement surveillés (des centaines). Actuellement, une des difficultés rencontrées dans l'évaluation précise de la contamination organique des systèmes aquatiques est la présence en mélanges complexes des contaminants (plusieurs sources, plusieurs classes chimiques, produits de transformation) associée à la fois à de très faibles niveaux de concentration et à une variabilité spatiale et temporelle considérable. Pour ce qui concerne les eaux potables ou en cours de potabilisation, la fréquence et le type d’analyse sont consignés dans la réglementation. Seuls les polluants pour lesquels il existe un danger pour la santé humaine sont contrôlés, en relation avec les données toxicologiques et les scénarios d’exposition à disposition. L’échantillonnage est souvent ponctuel, à une fréquence définie, et les analyses sont réalisées par des laboratoires agréés par la Direction générale de la Santé.

Exemple d’analyse d’un mélange de pesticides par chromatographie en phase liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (superposition de chromatogrammes d’ions extraits ; chaque pic représente un pesticide), certains étant indexés à titre d’exemple). L’intensité du signal (en ordonnée), proportionnelle à la concentration des pesticides dans l’échantillon, est représentée en fonction du temps de rétention des composés (en abscisse)

6La qualité des masses d’eaux, notamment de surface, est difficile à suivre régulièrement sur le long terme. En effet, d’une part, il existe de très nombreux cours d’eau à surveiller, ce qui engendre nécessairement une multiplication des analyses et, d’autre part, les échantillons sont principalement issus de prélèvements ponctuels, qui peuvent donc encadrer un épisode de pollution sans l’échantillonner. Des travaux de recherche sont menés depuis quelques années sur le développement d’échantillonneurs passifs (cf. V.7) qui peuvent rester immergés dans le milieu sur une période fixée et ainsi donner une image moyennée dans le temps de la qualité de l’eau. La quantification des polluants d’intérêt peut être faussée.

7En effet, lors de l’étape de préparation de l’échantillon, d’autres composés chimiques peuvent se retrouver dans l’extrait à analyser et interférer avec l’analyse des polluants ciblés. Cet « effet de matrice » peut exalter ou inhiber le signal des polluants. Il existe deux techniques courantes pour pallier ce problème : l’utilisation de composés marqués isotopiquement ajoutés en concentration maîtrisée dans l’extrait à analyser (méthode par étalonnage interne), ou l’addition maîtrisée d’une quantité connue des polluants ciblés dans l’extrait (ajout dosé).

8Enfin, comme signalé plus haut, la bonne sensibilité des appareils analytiques nécessite une sélection a priori des polluants ciblés. L’apparition de la spectrométrie de masse à haute résolution a ouvert de nouvelles perspectives. Ces spectromètres peuvent en effet mesurer les masses exactes des composés organiques avec une bonne précision, permettant ainsi de détecter les polluants sans sélection initiale. Un étalonnage en concentration réalisé a posteriori permet ensuite d’évaluer le niveau de contamination.