Échantillonnage passif des substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) dans les eaux usées, les boues et les biosolides : techniques et environnement réglementaire

Introduction

Les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS), en raison de leur stabilité chimique remarquable et de leurs nombreuses applications industrielles, sont devenues un sujet de préoccupation croissante dans l’environnement. Leur usage extensif dans des domaines tels que les mousses anti-incendie, les revêtements antiadhésifs ou les textiles contribuent à leur occurrence répandue dans les eaux usées, boues d’épuration et biosolides. Comprendre leur comportement et leur concentration dans ces matrices repose sur des méthodes de surveillance performantes, dont l’échantillonnage passif, qui a gagné en importance ces dernières années.

Contexte réglementaire des PFAS

À l’échelle internationale, la prise de conscience des risques sanitaires et environnementaux liés aux PFAS a incité l’évolution rapide du cadre réglementaire. Aux États-Unis, l’Agence de protection de l’environnement (EPA) a introduit des limites strictes pour les PFAS dans l’eau potable et encourage la surveillance dans les stations de traitement des eaux usées. L’Union européenne a imposé des restrictions sur la fabrication et l’utilisation de plusieurs PFAS, ainsi que sur leur rejet dans l’environnement. Ce contexte réglementaire évolutif impose aux exploitants d’infrastructures de traitement de se doter d’outils de suivi fiables pour détecter les faibles concentrations de ces composés.

Principes de l’échantillonnage passif

L’échantillonnage passif permet une collecte intégrée et prolongée des contaminants dissous présents dans l’environnement. Contrairement à l’échantillonnage ponctuel, qui peut être biaisé par des fluctuations temporelles, cette approche permet d’obtenir une mesure temporellement représentative de l’exposition aux PFAS. Les dispositifs passifs sont placés dans les milieux cibles – eaux usées, boues, etc. – sur des périodes prolongées, de quelques jours à plusieurs semaines, absorbant graduellement les contaminants selon des mécanismes physico-chimiques spécifiques.

Dispositifs et techniques d’échantillonnage passif pour les PFAS

Types de dispositifs

• Polymères absorbants : Les polymères fluorés ou à base de polyéthylène sont couramment utilisés pour capter sélectivement les PFAS, grâce à leur affinité structurelle avec ces composés.
• Membranes échangeuses d’ions : Elles retiennent les PFAS anioniques en raison de leurs propriétés de charge, offrant de bonnes performances pour détecter les acides perfluorocarboxyliques et sulfonés.
• Composites multi-couches : Des dispositifs combinant différentes couches de matériaux optimisent la captation de divers PFAS.

Paramètres de performance

L’efficacité de l’échantillonnage dépend de facteurs comme la température, le débit d’eau, la composition de la matrice et les propriétés physico-chimiques des PFAS. La compréhension des cinétiques d’accumulation et le calibrage précis des dispositifs sont essentiels pour transformer les concentrations mesurées en concentrations environnementales fiables.

Applications dans les eaux usées, boues et biosolides

• Eaux usées : Le suivi des PFAS dans les stations d’épuration permet de cartographier les sources ponctuelles et diffuses, d’optimiser les procédés de traitement, et d’évaluer la performance de la filière par rapport aux exigences réglementaires.
• Boues d’épuration : Les PFAS, du fait de leur persistance et de leur hydrophobicité relative, tendent à s’accumuler dans les boues. L’échantillonnage passif favorise l’identification et le suivi des espèces majeures et émergentes.
• Biosolides : L’épandage des biosolides sur les sols agricoles pose un risque pour la santé humaine et les écosystèmes par transfert des PFAS vers la chaîne alimentaire. Le recours au prélèvement passif constitue une méthode robuste pour surveiller ces transferts.

Défis techniques de l’échantillonnage passif des PFAS

Différents facteurs compliquent la quantification précise des PFAS en échantillonnage passif :

• Besoins de calibration spécifiques pour chaque composé cible afin d’obtenir des facteurs de prélèvement fiables ;
• Matrice complexe : La présence de matière organique, de tensioactifs ou d’autres contaminants peut interférer avec l’adsorption des PFAS ;
• Faible concentration : Les niveaux de PFAS, souvent inférieurs au µg/L, requièrent des techniques analytiques sensibles après prélèvement (LC-MS/MS en particulier).

Avancées récentes et perspectives

Des recherches récentes ont permis d’améliorer la sélectivité et la sensibilité des dispositifs passifs pour les PFAS via l’intégration de nouveaux matériaux et la modélisation avancée des flux de contaminants. L’automatisation, la miniaturisation et le développement de kits standards vont favoriser une adoption à grande échelle et l’harmonisation des méthodologies.

À l’avenir, l’échantillonnage passif devrait s’imposer comme une méthode incontournable pour le suivi des PFAS dans les réseaux d’assainissement et les environnements récepteurs, dans le respect des exigences réglementaires renforcées. Il devient également un outil clé pour évaluer l’efficacité des technologies de dépollution et guider la gestion du risque environnemental lié aux PFAS.

Conclusion

Grâce à leur capacité d’intégrer la variabilité temporelle et spatiale des rejets, les techniques d’échantillonnage passif constituent une avancée majeure pour la surveillance des PFAS dans les eaux usées, les boues et les biosolides. Le cadre réglementaire international en pleine évolution accentue cette nécessité, imposant le recours à des méthodes précises, robustes et standardisées, adaptées au défi unique posé par les PFAS dans l’environnement urbain et industriel.

Source : https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653526001189?dgcid=rss_sd_all