Limon, Akoyire Williams
(2021).
« Comportements des isotopes stables du carbone du glyphosate et de l'acide aminométhylphosphonique (AMPA) au cours de divers processus de dégradation » Thèse.
Montréal (Québec, Canada), Université du Québec à Montréal, Doctorat en sciences de la Terre et de l'atmosphère.
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Résumé
Les herbicides à base de glyphosate (HBG) sont les plus vendus dans le monde, aussi bien dans le milieu agricole, que dans les milieux industriels et urbains (grandes cultures, foresterie, jardins municipaux et domestiques, terrains de golf, voies ferrées). De nombreuses études sur le suivi de la qualité des eaux dans les écosystèmes aquatiques indiquent clairement que les fréquences de détection et les quantités mesurées de glyphosate et de son métabolite principal, l’acide aminométhylphosphonique (AMPA) croissent considérablement au fil du temps. Sachant toutes les controverses qui existent autour du glyphosate et de l’AMPA quant à leurs effets néfastes ou non, sur les différentes espèces des écosystèmes aquatiques et sur la santé humaine, il semble alors crucial de s’intéresser au devenir de ces produits. À ces débats s’ajoute le fait que l’AMPA peut aussi provenir de la dégradation des aminométhylène-polyphosphonates (e.g. EDTMP, DTPMP, HEDP, HDTMP, NTMP) également très utilisés en milieux industriels et urbains (e.g. production de détergents, d’ignifugeants, de cosmétiques, d’agents d’inhibition de corrosion et du tartre dans les systèmes de refroidissement, dans les sites de traitement des eaux, dans l’industrie métallurgique et pétrolière, dans l'industrie textile et du papier…). Au regard de cette ubiquité du glyphosate, de l’AMPA et de l’EDTMP dans l’environnement, il semble important de chercher à comprendre la dynamique du glyphosate et de l’AMPA car bien que ces deux molécules soient très souvent associées aux activités agricoles, elles peuvent également provenir de la dégradation de l’EDTMP issu des activités industrielles et domestiques. C’est dans ce contexte que l’utilisation de méthodes basées sur les mesures de rapports isotopiques de composés organiques spécifiques lors de divers processus de dégradation dans les eaux de surface semblerait avantageuse (isotopes stables du carbone dans cette étude). Notamment par l’apport d’informations sur les sources potentielles de ces deux molécules (glyphosate et AMPA) dans l’environnement et dans certains cas permettre de déterminer l'élimination (mécanisme et vitesse de dégradation) à laquelle l’on pourrait s'attendre le long d’un transect (estimation des concentrations). Pour ce faire, cette étude a été divisée en trois volets. Le premier volet (Chapitre I) de ce projet de recherche a permis de démontrer, pour la première fois, la faisabilité de la mesure des valeurs de δ13C de glyphosate et d'AMPA dans les eaux de surface présentant des hydrofaciès contrastés (types carbonate et silicate de calcium ; rivière des Outaouais et fleuve Saint-Laurent). Une méthode de pré-concentration obtenue par lyophilisation a été testée avec succès et n'a montré aucun fractionnement isotopique associé à des facteurs de concentration de 500 et 50 pour le glyphosate et l'AMPA, respectivement. Le deuxième volet (Chapitre II) de ce projet de recherche a permis de suivre fractionnement des isotopes stables du carbone du glyphosate et de l’AMPA lors de processus de dégradations abiotiques : à l’exposition aux rayonnements ultraviolets (UV) de hautes et basses énergies ; (ii) aux rayonnements UV de basses énergies en milieu contrôlé et en milieu non-contrôlé ; (iii) au flux d’ozone. Ceci a permis de générer des facteurs d’enrichissement (ε) propre à chaque type d’exposition et à chaque type de matrice. De plus, il en est ressorti que le type de matrice joue un rôle important sur l’énergie d’activation des processus de dégradation. À cet effet, un temps d’activation, une énergie d’activation et un facteur d’enrichissement ont été émis pour le processus de dégradation du glyphosate dissous dans la matrice d’eau de la rivière des Outaouais exposée à un rayonnement solaire naturel. A cette étape, il est démontré pour la première fois que cette voie de dégradation est non négligeable dans les eaux de surface, donc elle doit être prise en compte. Le troisième volet (Chapitre III) de ce projet de recherche a permis aussi bien dans un premier temps l’observation de phases de formations de glyphosate et d’AMPA, que celle de leurs dégradations dans un second temps, grâce à des mesures de δ13C lors de la dégradation abiotique de l’EDTMP dans le cas d’une exposition : aux rayonnements UV de hautes et basses énergies ; (ii) à un flux d’ozone. Puis une comparaison a été faite entre les δ13C du glyphosate provenant de la dégradation de l’EDTMP versus celles des HBG et cela a montré que ces valeurs se chevauchent. En conclusion, cette thèse a permis de démontrer: qu’il est nécessaire de considérer la contribution du rayonnement solaire dans la dégradation globale du glyphosate et de l’AMPA dans les eaux surfaces, aussi bien en amont qu’en aval des stations d’épuration ; (ii) que suite à une étape de préconcentration, il est possible de mesurer des valeurs de δ13C de glyphosate et d'AMPA dans des eaux de surface ; (iii) qu’il est important d’effectuer des travaux supplémentaires sur la discrimination des sources de glyphosate dans l’environnement étant donné que les valeurs de δ13C du glyphosate formé lors de la dégradation abiotique de l’EDTMP chevauchent celles mesurées pour le glyphosate des HBG. Ainsi nos travaux pourront servir de base pour des applications futures, que ce soit directement en milieux aquatiques, ou dans des stations de traitement des eaux usées : suivre et quantifier les mécanismes de transformations de ces molécules dans l’environnement via les isotopes stables du carbone.
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MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : écosystèmes aquatiques, matrice d’eau, glyphosate, AMPA, EDTMP, rayonnements UV, ozonation, énergie d’activation
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