Use of passive samplers (POCIS and SPMD) for chemical and biological monitoring of wastewater advanced treatments
One of the main objective of the ECHIBIOTEB program (Innovating tools for sampling, chemical and biological analyses for the diagnostic of wastewater advanced treatments and sludge treatments, 2011-2014, financed by the French National Research Agency, coordinated by Irstea) is to study some advanced processes such as ozonation (O3) or Granular Activated Carbon (GAC) as example used to treat wastewaters in tertiary stage of wastewater treatment plants (WWTP). The challenges when studying such processes is first to be able to measure organic micropollutants at very low concentrations (sub ng/L level) and second to link the occurrence of contaminants to adverse biological effects. To achieve these goals, 2 strategies were combined: i) targeted chemical analyses on passive sampler (PS) extracts vs. water grab samples, and ii) biological analyses on the same PS extracts and water grab samples. Targeted chemical analyses were performed on POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) extracts for 119 hydrophilic compounds belonging to pharmaceutical, hormone, pesticide and alkylphenol classes and on SPMD (Semi-Permeable Membrane Device) extracts for 46 lipophilic compounds belonging to chlorine pesticides, PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbon), PCB (PolyChloroBiphenyl), PBDE (PolyBrominated DiphenylEthers) classes. PS extracts were also tested with in vitro bioassays using cell lines with different reporter genes or in order to evaluate oestrogenic and androgenic activities, HAP-like and dioxin-like disruptions and geno- and cytotoxicity. Two one-month-long sampling campaigns were carried out in a same WWTP (Normandie, France) using activated sludge and sand filter as secondary treatment. In the first one, conducted from September 20th to October 18th 2011, ozonation followed by GAC were studied as tertiary treatment. In the second one, from March 13th to April 10th 2012, we focused on ozonation process only. In both campaigns, POCIS were exposed in water during 14 days and SPMD during 28 days. In order to be able to compare these 2 campaigns and the molecule concentrations upstream and downstream the tertiary treatment, POCIS and SPMD were always immersed in an aquarium in the same controlled experimental conditions of flow (280 mL/min), temperature (20° C) and light. To insure quality of data, POCIS and SPMD were exposed in triplicate and field blanks were realized (i.e. PS exposed to the ambient air). In parallel, 2h composite water samples were collected at D0, D14 and D28. The average sampling time of 2h is reliable considering the water residence time in the secondary treatment. As examples of results concerning the use of POCIS to characterize the O3 + GAC process: By comparing the cumulated concentrations in POCIS, the O3 + GAC process was shown efficient to eliminate some organic micropollutants. Indeed, -blockers and more generally pharmaceuticals were very well removed with a concentration in the effluent a thousand times smaller than in the influent. The conclusions were the same with grab sampling. Moreover, the contamination profiles (or fingerprint) were compared between PS and grab sampling. As example, in case of -blockers they are equivalent. We have also compared the time weighted average concentration obtained with POCIS, with water concentrations from grab sampling. POCIS sampling also allowed to decrease limits of detection in tertiary effluent for some molecules. Indeed, 7 compounds were detected in POCIS extracts and not in grab water samples. As example atenolol, sotalol, propranolol, metoprolol, nordiazepam, amitryptilline and alprazolam were detected in POCIS extracts downstream the tertiary treatment and clenbuterol, gemfibrozil, imipramine and doxepine were detected in POCIS extracts upstream the process. As a consequence, POCIS appeared as an interesting tool to characterize tertiary stages of WWTPs with analysis of organic micropollutants at very low concentrations, near the ng/L range. From the biological point of view, oestrogenic, anti-androgenic as well as HAP-like and dioxin-like disruptions were observed in POCIS exposed before the O3 + GAC process. No more biological activity was detected in these POCIS exposed after the process. These biological results matched with the decrease of contaminant concentrations up and downstream the process. Both chemical and biological analyses were in accordance and revealed a good efficiency of the O3 + GAC advance treatment process.
(pp. 1, 27/06/2013)
UR MALY, IRSTEA, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, INERIS, ESE, UP11, CNRS
Les petits pélagiques dans l'estuaire de la Gironde : 30 ans de suivi d'abondance face à 30 ans de changements globaux
Les conséquences écologiques du changement global (changement climatique + pressions anthropiques) ont été montrées pour les communautés écologiques de l'estuaire de la Gironde dans plusieurs études récentes. La marinisation et le réchauffement de l'eau, principaux effets, entrainent de profondes modifications dans la structure et la dynamique des communautés ichtyologiques. Cependant, ces récentes études sur les poissons notamment, n'ont pas explicitement montré le lien entre les facteurs environnementaux et les réponses des communautés. Objectifs : caractériser explicitement les modifications de structure et de dynamique temporelle des poissons pélagiques et le lien avec les facteurs environnementaux.
(pp. 1, 19/06/2013)
UR EPBX, IRSTEA, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Removal efficiency of micropollutants from mass balances in sludge biological and thermal treatment facilities
Removal efficiency of micropollutants from mass balances in sludge biological and thermal treatment facilities.
(pp. 1, 16/06/2013)
UR MALY, IRSTEA, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Évolution à long terme de l'écosystème estuarien de la Gironde
Les estuaires font partie des écosystèmes les plus productifs de la planète. Ils constituent une zone d'importants échanges de matières et jouent à ce titre un rôle capital pour les cycles biogéochimiques. Du fait de leur position à l'interface entre domaines continental et marin, ils sont également un lieu de passage obligatoire pour de nombreuses espèces de poissons migrateurs ou encore de nourricerie et de refuge. Ces systèmes sont contraints par de nombreuses pressions de natures diverses dont certaines en lien avec les activités humaines locales (p. ex. pêcheries, transport maritime, dragages, pollutions accrues, etc.). Ces altérations viennent s'ajouter à la variabilité intrinsèque de ces systèmes naturellement complexes (variabilité spatio-temporelle de différents facteurs environnementaux ; c.-à-d. température, salinité, turbidité, etc.). Toutefois, une intensification de ces d'altérations, dont une partie est associée à la composante climatique des changements globaux, est observée depuis ces dernières décennies. Ces modifications avérées et leurs incidences sur les communautés biologiques constituent un enjeu en matière de gestion des écosystèmes estuariens. Cependant, par manque de chroniques de données continues suffisamment longues, peu d'études sur l’évolution à long terme de systèmes estuariens ont été réalisées à ce jour. Pour mes travaux, j'ai eu à ma disposition un ensemble de chroniques uniques - acquises depuis 35 ans - associées à plusieurs suivis écologiques de l'estuaire de la Gironde (notre site atelier). L'objectif général de cette thèse est de caractériser l’évolution globale du système dans son ensemble (physico-chimie et biologie) et d'identifier les forçages impliqués. L’originalité de ces travaux, par rapport aux études spécifiques déjà menées, consiste à analyser l’évolution de l’ensemble des descripteurs caractéristiques du fonctionnement d'un système modèle et de qualifier la part relative aux forçages globaux. L'étude des séries chronologiques, via une approche end-to-end basée sur des analyses multivariées, permet d'identifier deux changements abrupts d'état de l'écosystème de l'estuaire de la Gironde, associés à des fluctuations hydroclimatiques à large échelle (bassin Atlantique nord) mais aussi à une échelle plus locale (estuaire). Des hypothèses relatives aux possibles mécanismes impliqués, reliant les altérations climatiques à large échelle aux altérations observées à l'échelle des communautés biologiques estuariennes, sont discutées. Un deuxième volet de la thèse, au travers d’une approche modélisatrice basée sur le concept de niche d'Hutchinson, permet d'identifier un changement de répartition spatiale, longitudinale, des populations de copépodes estuariennes en réponse au réchauffement des masses d'eau et à la marinisation de l'estuaire. Enfin un troisième volet de mes travaux s'est consacré à l'étude spécifique d'une espèce de copépode invasive : Acartia tonsa. Suivant une double approche modélisatrice permettant d'estimer à la fois les niches fondamentale et réalisée de l'espèce, ces travaux illustrent l'importance relative des changements climatiques qui ont facilité la colonisation et l'essor de cette espèce dans l'estuaire.
(14/06/2013)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Southern Hemisphere imprint for Indo-Asian summer monsoons during the last glacial period as revealed by Arabian Sea productivity records
Abstract. The monsoon is one of the most important climatic phenomena: it promotes inter-hemispheric exchange of energy and affects the economical prosperity of several countries exposed to its seasonal seesaw. Previous studies in both the Indian and Asian monsoon systems have generally suggested a dominant northern hemispheric (NH) control on summer monsoon dynamics at the scale of suborbital–millennial climatic changes, while the forcing/response of Indian and Asian monsoons at the orbital scale remains a matter of debate. Here, six marine sediment cores distributed across the whole Arabian Sea are used to build a regional surface marine productivity signal. The productivity signal is driven by the intensity of Indian summer monsoon winds. Our results demonstrate the existence of an imprint of suborbital southern hemispheric (SH) temperature changes (i.e. Antarctica) on the Indian summer monsoon during the last glacial period that is generally not recognized. During the last deglaciation, the NH played a more significant role. This suggests that fluctuations in the Indian monsoon are better explained in a bipolar context. The δ18O signal recorded in the Asian monsoon speleothem records could be exported by winds from the Indian summer monsoon region, as recently proposed in modelling exercise, explaining the SH signature observed in Asian cave speleothems. Contrary to the view of a passive response of Indian and Asian monsoons to NH anomalies, the present results appear to suggest that the Indo-Asian summer monsoon plays an active role in amplifying millennial inter-hemispheric asymmetric patterns. Additionally, this study confirms previously observed differences between Indian and Asian speleothem monsoonal records at the orbital-precession scale.
(Biogeosciences. vol. 10, n° 1726-4170, pp. 7347–7359, 11/06/2013)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, UWA, SHOM, IFPEN, IFPEN
Morphological evolution of Cap Lopez Canyon (Gabon): Illustration of lateral migration processes of a submarine canyon
Comparison of bathymetric data on short time scales (1959-2008) is used to provide new insights into the modem sedimentary dynamics of the Cap Lopez Canyon (Gabon, West Africa). The canyon head evolution is characterized by a north-eastward lateral migration of similar to 180 m between 1959 and 2008. The evolution of the coastline position over the same period highlights the strong relationship between the probable increase of the longshore transport related to the smoothing of the coast and the morphological evolution of the canyon head. Lateral migration of the thalweg from the inner bend to the outer bend is estimated between 77 and 190 m (or between 1.6 and 3.8 m/year), leading to an increase of the sinuosity (from 1-1.5 in 1959 to 13-3.6 in 2008). The migration of the thalweg is associated with strong erosion on the outer bends (up to 60 m) and sediment deposition on the inner bends (up to 25 m). Both the absence of overbank deposits and the developing point-bar morphology may reflect that equilibrium flows are the most frequent flows encountered in the Cap Lopez Canyon. Although erosion of the outer bends is the result of slope failures and steady erosional processes, our study suggests that erosion related to the transit of sediment gravity flows would be the predominant process.
(Marine Geology. vol. 340, n° 0025-3227, pp. 49-56, 01/06/2013)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Climate mediated size variability of diatom Fragilariopsis kerguelensis in the Southern Ocean
(Quaternary Science Reviews. vol. 69, n° 0277-3791, pp. 49-58, 01/06/2013)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Étude des effets et du rôle des herbiers à Zostera noltii sur la biogéochimie des sédiments intertidaux
Cette étude a été menée afin de mieux comprendre l’influence de l’herbier à Zosteranoltii du Bassin d’Arcachon, herbier affecté par une sévère régression depuis les années2000, sur la dynamique biogéochimique des sédiments intertidaux de cette lagune. Dans cet environnement côtier dynamique, il s’agissait de caractériser cette influence sur demultiples échelles spatiales (i.e. de la racine à l'écosystème) et temporelles (i.e. tidale, diurne, saisonnière et interannuelle). Des mesures par voltammétrie in situ de la composition des eaux porales des sédiments intertidaux non végétalisés ont montré que (i) les distributions verticales des espèces réduites variaient avec les marées et que (ii) la dynamique de l’oxygène dissous en réponse aux cycles tidaux et diurnes était contrôlée par l’activité photosynthétique et les migrations verticales du microphytobenthos. L’étude de l’influence de l’herbier sur cette dynamique via des pertes d’oxygène au niveau des racines a été initiée en mesurant les variations des concentrations en oxygène à l’intérieur des lacunes aérifères de ces plantes. L’organisation des lacunes de Zostera noltii est présentée pour la première fois dans cette étude. La distribution verticale de nutriments dans les eaux porales de sédiments végétalisés et de sédiments nus a été caractérisée pendant la période de croissance de l’herbier. La présence de Zostera noltii a induit une zonation verticale marquée de cette distribution qui reflète l’évolution avec la profondeur de l’équilibre entre la production de nutriments résultant de l’exsudation de matière organique labile par les parties souterraines de la plante (source) et le pompage de ces nutriments par les racines (puits). L’existence d’un pompage de carbone inorganique dissous et de silice dissoute par les racines de l’herbier a été mise en évidence. Des mesures d’échanges benthiques d’oxygène dissous sur des sédiments nus et colonisés par Zostera noltii ont permis de caractériser la saisonnalité et l’hétérogénéité spatiale du métabolisme benthique (respiration et production primaire brute) en relation avec les distributions d’herbier et/ou de macrofaune benthique. Dans les sédiments végétalisés, la forte variabilité spatio-temporelle de ce métabolisme benthique était largement contrôlée par la biomasse de feuilles d’herbier. A l’échelle de la lagune, nos calculs ont montré que la regression de l’herbier à Zostera noltii entre 2005 et 2007 a induit une diminution significative des taux de respiration et de production de la zone intertidal de la lagune. L’évolution interannuelle de la biogéochimie de sédiments colonisés par Zostera noltii a été étudiée en 2006 et en 2010/2011 sur une zone située dans une partie du Bassin d’Arcachon particulièrement affectée par le déclin des herbiers (secteur de Cassy). Contrairement aux observations réalisées sur l’herbier bien portant en 2006, l’herbier en déclin augmenterait le relargage de nutriments dans les sédiments via la stimulation de la production d’ammonium ou de la dissolution du phosphore particulaire. La régression des herbiers fournirait un apport significatif de phosphore vers la colonne d’eau de la lagune, d’une magnitude comparable aux apports par les rivières ou à ceux liés au pompage tidal.
(21/05/2013)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Environmental concentrations of irgarol, diuron and S-metolachlor induce deleterious effects on gametes and embryos of the Pacific oyster, Crassostrea gigas
Irgarol and diuron are the most representative "organic booster biocides" that replace organotin compounds in antifouling paints, and metolachlor is one of the most extensively used chloroacetamide herbicides in agriculture. The toxicity of S-metolachlor, irgarol and diuron was evaluated in Pacific oyster (Crassostrea gigas) gametes or embryos exposed to concentrations of pesticides ranging from 0.1× to 1000×, with 1× corresponding to environmental concentrations of the three studied pesticides in Arcachon Bay (France). Exposures were performed on (1) spermatozoa alone (2) oocytes alone and (3) both spermatozoa and oocytes, and adverse effects on fertilization success and offspring development were recorded. The results showed that the fertilizing capacity of spermatozoa was significantly affected after gamete exposure to pesticide concentrations as low as 1× of irgarol and diuron and 10× of metolachlor. The offspring obtained from pesticide-exposed spermatozoa displayed a dose-dependent increase in developmental abnormalities. In contrast, treating oocytes with pesticide concentrations up to 10× did not alter fertilization rate and offspring quality. However, a significant decline in fertilization success and increase in abnormal D-larvae prevalence were observed at higher concentrations 10× (0.1 μg L(-1)) for S-metolachlor and 100× for irgarol (1.0 μg L(-1)) and diuron (4.0 μg L(-1)). Irgarol, diuron and S-metolachlor also induced a dose-dependent increase in abnormal D-larvae prevalence when freshly fertilized embryos were treated with pesticide concentrations as low as concentration of 1× (0.01 μg L(-1) for irgarol or S-metolachlor, and 0.04 μg L(-1) for diuron). The two bioassays on C. gigas spermatozoa and embryos displayed similar sensitivities to the studied pesticides while oocytes were less sensitive. Diuron, irgarol and S-metolachlor induced spermiotoxicity and embryotoxicity at environmentally relevant concentrations and therefore might be a threat to oyster recruitment in coastal areas facing chronic inputs of pesticides.
(Marine Environmental Research. vol. 89, n° 0141-1136, pp. 1-8, 09/05/2013)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Design and validation of an automated method to detect known adverse drug reactions in MEDLINE: a contribution from the EU-ADR project
(Journal of the American Medical Informatics Association. vol. 20, n° 1067-5027, pp. 446-452, 01/05/2013)
GReD, INSERM, UCA [2017-2020], CNRS, GReD, INSERM, UCA [2017-2020], CNRS, GEQA, INRA, INSERM, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, CHU Nantes, CHU Bordeaux, INSERM, LERTIM