Surveillance des substances prioritaires dans le biote - Retour d’expérience sur l’utilisation du poisson et propositions

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]BELCA [Relecteur_IRSTEA]Olivier Perceval (ONEMA)The project of directive n° 2011/0429 designed in application of the directive 2000/60, sets a list of priority substances, as well as environmental quality standards (EQS) for these substances in water and biota. Most of the proposed biota EQS are referring to fish as support of the EQS and sentinel species accordingly. When formally adopted, these provisions will require Member States to set chemicals monitoring programs based on biota. Based on the experience gained in France from the nationwide surveys of fish contamination in the context of PCB action plans (2008-2013), this study aims to design the characteristics of a freshwater fish monitoring program allowing to check the compliance of water bodies to (biota) EQS and identify contamination trends. Moreover, the study aims to outline an efficient strategy allowing one to overcome the difficulties inherent to a fish-only-based survey and leaned to other existing networks, e.g. sediment-based. It does not seem relevant to address all the priority substances having a biota-EQS in the future monitoring program design: hexachlorobutadiene was seldom detected (among 1730 samples from the whole country in 2009-2010), while polycyclic aromatic hydrocarbons are biotransformed by fish. Hexachlorobenzene exceeds the EQS in a few sites, most being related to historical pollutions (Ill, Rhine, Durance); therefore, this substance might not deserve a systematic monitoring. Conversely, due to its physicochemical properties, the pentachlorobenzene could rather be monitored in biota than in water. According to the available data, the case of mercury, which generally exceeds the EQS for biota, but not the regulatory threshold for food consumption, should be further discussed. There are no recent data concerning heptachlor and its epoxy derivative, hampering any evaluation for these compounds. Stemming from the experience gained with PCBs, the following recommendations are made concerning fish monitoring: 1.sampling of individuals; pooled samples should be avoided. 2.ideally, sampling should be realised at the end of the summer period, or the beginning of fall. 3.recommended species are the barbel (Barbus barbus), the chub (Squalius cephalus), and the river trout (Salmo trutta fario). Alternative recommended species include the common bream (Abramis brama) and the perch (Perca fluviatilis). 4.the minimal mass of individual fish sampled should be 200 g; large individuals should not be singled out when individuals of various sizes are caught; conversely, the selected samples should cover a range of sizes. 5.7 to 9 individuals of the same species should be collected, so as to warrant a probability to correctly estimate EQS exceedance of ≥80% with ≤ 20% error. 6.fish size, mass and age should be determined, as well as gender if possible. The analysis of isotopes (13C and 15N) is also recommended. 7.the same sampling program should be used for compliance checking and trend analysis. 8.for trend analysis, the implementation of specimen banks would help to optimize the allocated resources. Given that status report are to be provided every 6 years, such banks would allow more flexibility in the analytical programs. A tiered monitoring strategy seems a good compromise between the robustness and overall relevance of the results and resources allocated. In this study we propose a two-tiers approach (1-screening, 2-confirmation), with the first tier using alternative supports such as caged organisms, sediment or passive samplers. Depending on the support (invertebrates, sediment or passive sampler), various models would be involved to predict the compliance to EQS: trophic magnification factors (TMF) in the case of invertebrates, biota-sediment accumulation factors (BSAFs) in the case of sediment, and back-calculation of dissolved concentrations for passive samplers. In the latter case, the EQS would also be converted into an equivalent dissolved concentration, on the basis of bioaccumulation factors. A predicted exceedance of the EQS would trigger a tier 2 assessment, using fish sampling on the basis of the aforementioned technical recommendations. The implementation of such a strategy entails the following developments: a)to determine TMFs for at least polybromodiphenylethers (PBDE), hexabromocyclododecane (HBCDD) and perfluorooctanesulfonate (PFOS), and their variability. b)to improve the existing BSAF-based sediment threshold for PCBs. c)to study the relationship between the contamination of sediments and that of fish for PBDEs and HBCDD. d)to determine the distribution of BSAFs for PBDEs and HBCDD, and to derive BSAF-based sediment thresholds for these compounds. e)to draw up a thorough protocol for the deployment and operating of passive samplers, to specify the parameters to be used for interpreting the results. f)if several options were available for the same group of compounds at tier 1 (screening), to compare these options (technical aspects, costs). g) whatever the option and the tier and the priority substance, to determine the type II error rate (false negatives).Le projet de directive 2011/0429, en application de la directive 2000/60 pour l’eau, établit une liste de substances prioritaires, ainsi que des normes de qualité environnementale (NQE) pour l’eau et le biote. La majorité des NQE pour le biote concernent les poissons. Ces dispositions, lorsqu’elles seront formellement adoptées, induiront pour les états membres une obligation de surveillance du biote concerné venant s’ajouter aux dispositifs (réseaux) de surveillance déjà en vigueur. S’appuyant sur l’expérience acquise ces dernières années en France dans le cadre des plans d’actions PCB (polychlorobiphényles), la présente étude vise à déterminer les caractéristiques d’un programme de surveillance du poisson en eau douce permettant de vérifier la conformité aux NQE et l’analyse des tendances, et esquisser une stratégie efficiente pour la surveillance du biote qui permette de surmonter les difficultés inhérentes à une surveillance basée sur le poisson, et qui s’appuie sur les réseaux déjà en place (par exemple sur les sédiments). Dans un premier temps, il est important de consolider la liste des substances chimiques pour laquelle un suivi dans le poisson est approprié. Il ne paraît ainsi pas forcément pertinent de s’intéresser à toutes les substances prioritaires dotées de NQE biote : l’hexachlorobutadiène n’a que rarement été détecté (sur 1730 échantillons analysés dans les 6 bassins français en 2009-2010) sans jamais dépasser la NQE, tandis que les hydrocarbures aromatiques polycycliques sont métabolisés par les poissons, et ne devraient donc pas être suivis dans ce type d’organisme. L’hexachlorobenzène ne dépasse la NQE que dans quelques sites connus pour des pollutions historiques (Ill, Rhin, Durance), et pourrait donc ne pas être recherché systématiquement. A l’inverse, étant données ses caractéristiques physico-chimiques, le pentachlorobenzène devrait être considéré dans la surveillance du biote, quand bien même le projet de directive ne fixe pas de NQE pour cette matrice. Le cas du mercure, qui d’après les données disponibles dépasse systématiquement la NQE biote, mais rarement la limite réglementaire de consommation, mérite d’être discuté. Les données manquent pour apprécier le cas de l’heptachlor (et son dérivé époxyde). Concernant le poisson, les recommandations suivantes peuvent être formulées sur la base de l’expérience acquise au cours des plans d’actions PCB : 1.échantillonner des individus, éviter les échantillons composites. 2.idéalement, les pêches devraient être réalisées à la fin de l’été / début de l’automne. 3.les espèces recommandées en rivière sont le barbeau fluviatile (Barbus barbus), le chevaine (Squalius cephalus), et la truite fario (Salmo trutta fario). En substitution la brème commune (Abramis brama) et la perche (Perca fluviatilis) peuvent également être échantillonnées. 4.masse minimale des individus collectés : 200 g. Il convient de ne pas privilégier les gros individus quand la pêche produit différentes tailles ; au contraire, sélectionner un gradient de taille. 5.effectif optimal : 7 à 9 individus de la même espèce, de façon à ce que la probabilité de prédire le dépassement de la NQE soit ≥ 80% et le taux d’erreur ≤ 20%. 6.informations à recueillir systématiquement : taille, masse, âge. Si possible déterminer le sexe des individus. Recommandé : analyses isotopiques 13C et 15N (incluant 2 organismes filtreurs –mollusques - pour fixer la ligne de base). 7.s’appuyer sur le même programme d’échantillonnage pour la vérification de la conformité des masses d’eau par rapport aux NQE biote et, à terme, l’analyse des tendances. Dans le même ordre d’idée, le suivi des populations de poissons aux stations RCS (détermination de l’indice IPR à 3 reprises pendant un plan de gestion) pourrait contribuer à l’échantillonnage. 8.Pour cet objectif de suivi des tendances, la constitution et l’alimentation de banques d’échantillons permettraient d’optimiser les ressources allouées à l’échantillonnage. Sachant que les états des lieux sont produits sur une base de 6 ans, les banques d’échantillons permettraient en outre plus de flexibilité dans les programmes d’analyse. Une surveillance du biote reposant sur une approche graduée semble un bon compromis entre la pertinence recherchée pour les résultats et les ressources impliquées. La proposition formulée dans cette étude comprend deux étapes, une de dépistage et une de confirmation. L’étape de dépistage passe par trois options alternatives, selon la matrice utilisée pour l’analyse : (a) analyse d’organismes encagés (invertébrés), (b) analyse de sédiments fins, (c) analyse basée sur des échantillonneurs passifs. Selon l’option choisie, on utilisera différents moyens pour prédire si la NQE biote peut être dépassée ou pas : (a) facteurs d’amplification trophique (TMF), permettant d’extrapoler la concentration entre niveaux trophiques, (b) facteurs d’accumulation sédiment-biote (BSAF), permettant de convertir les concentrations mesurées dans les sédiments en teneurs dans les poissons, ou de déterminer un équivalent sédiment de la NQE biote, (c) conversion de la concentration mesurée par l’échantillonneur passif en équivalent dissous dans l’eau, et comparaison de celle-ci avec l’équivalent eau (fraction dissoute) de la NQE biote. En cas de dépassement, l’étape de confirmation serait enclenchée, et viserait le poisson, en suivant les recommandations ci-dessus. La mise en �uvre de cette stratégie passe par un certain nombre de développements : a)déterminer des valeurs de TMF en priorité pour les polybromodiphényl-éthers (PBDE), l’hexabromocyclododécane (HBCDD) et le perfluoro-octane sulfonate, et connaître leur variabilité. b)améliorer le seuil de dépistage pour les PCB dans le sédiment. c)étudier la relation entre contamination des sédiments et du biote par les PBDE et l’HBCDD. d)déterminer la distribution des BSAF pour PBDE et HBCDD, et en inférer des seuils de dépistage dans le sédiment pour ces groupes de substances. e)élaborer un protocole détaillé pour le déploiement d’échantillonneurs passifs et l’exploitation de leurs résultats, et préciser les paramètres utilisés pour l’interprétation. f)si plusieurs options sont disponibles pour un même groupe de substances à l’étape de dépistage, comparer ces options en termes techniques et économiques. g)pour chaque association substance (ou famille de substances) – option (ou étape), évaluer le taux d’erreur de type II (faux négatifs)