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INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE LORRAINE
Ecole Nationale Supérieure d’Agronomie et des Industries Alimentaires
Ecole Doctorale Ressources, Procédés, Produits et Environnement
UR AFPA, USC INRA 340
THESE
Présentée en vue de l’obtention du grade de
Docteur de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
Spécialité : Sciences Agronomiques
Sophie LUTZ
Evaluation du risque de transfert des Hydrocarbures
Aromatiques Polycycliques du sol vers le lait
chez le ruminant laitier
Soutenue publiquement le 10 juillet 2006 devant le jury constitué de :
I. Déportes, Ingénieur ADEME Examinateur
C. Feidt, Maitre de Conférences HDR, ENSAIA-INPL Président
E. Lichtfouse, Chargé de Recherches HDR, INRA Rapporteur
F. Monteau, Ingénieur de Recherches, LABERCA Examinateur
G. Rychen, Professeur, ENSAIA-INPL Exa
C. Simoes Nunes, Directeur de Recherches, DSM RapporteurRemerciements
Cette thèse est le résultat d’un travail collectif et je tiens à remercier l’ensemble des personnes
m’ayant aidée à la réaliser. Mes premiers remerciements s’adressent à Monsieur le Professeur
François Laurent pour m’avoir accueillie au sein du Laboratoire de Sciences Animales.
Je remercie également Monsieur le Professeur Guido Rychen, Messieurs Cyril Feidt et Stefan
Jurjanz, Maitres de Conférences, qui ont tous trois dirigé ma thèse pendant ces années. Je suis
particulièrement reconnaissante pour le temps, la patience et l’attention qu’ils m’ont accordée
pour la réalisation de ce travail.
Je remercie Monsieur Carlos Simoes Nunes, Directeur de Recherches au CRNA, pour avoir
accepté de juger ce travail. Je le remercie également pour les conditions de travail très
favorables dont j’ai bénéficié au sein du laboratoire de recherches de DSM-Saint Louis.
Mes remerciements vont à Monsieur Eric Lichtfouse, Chargé de Recherche HDR INRA, pour
avoir accepté de juger ce travail, ainsi qu’à Madame Isabelle Déportes, Ingénieur ADEME,
pour avoir accepté de l’examiner.
Merci à Monsieur Fabrice Monteau, Ingénieur de Recherche au LABERCA, pour ses
nombreux encouragements, son implication dans ce travail et pour avoir accepté de
l’examiner. J’ai également bénéficié d’un appui technique et de conseils particulièrement
avisés de toute l’équipe du LABERCA. Je remercie à cette occasion Monsieur le Professeur
François André, Directeur du LABERCA, qui a toujours fait preuve de beaucoup de
disponibilité.
Je suis également reconnaissante à toute l’équipe du Laboratoire Sols et Environnement qui
s’est toujours intéressée à mon travail qu’elle a agrémenté de conseils judicieux et très
appréciés. Je remercie à ce titre Monsieur le Professeur Michel Schiavon, qui m’a permis
l’accès au matériel, Monsieur Florentin pour l’ensemble des informations relatives au sol, et
Richard, Samira et Stéphane.
Au cours des expérimentations effectuées au Domaine Expérimental de la Bouzule, j’ai
bénéficié d’une aide précieuse de la part de François Dugny dont les connaissances et les
conseils ont été particulièrement utiles pour le déroulement des essais.
2Merci à Yves pour les nombreux échanges que nous avons eu, ses conseils sur la pratique de
l’enseignement et des statistiques. Enfin, merci à l’ensemble du personnel du Laboratoire de
Sciences Animales qui y rendent les conditions de travail particulièrement favorables.
3Résumé
Les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) sont des composés organiques présents
dans de nombreux sols contaminés par les émissions d’activités anthropiques (voies routières,
usines à gaz de ville, aciérie…). La présence d’animaux sur ces sols de prairies est une voie
d’entrée majoritaire des polluants qui, du fait de leur propriété lipophile, vont s’accumuler
dans la chaîne alimentaire. Dans ce travail, les concentrations en HAP dans des sols situés aux
abords de sources émettrices ont été relevées. Afin de prédire les effets d’une exposition de
ruminants laitiers à des prairies polluées sur la qualité du lait, du sol contaminé par 4 HAP
(fluorène, pyrène, phénanthrène et benzo[a]pyrène) été administré quotidiennement à des
vaches laitières via des fistules ruminales.
Aucune augmentation de la concentration en molécules mères n’a été notée dans le lait. En
revanche, 2% des composés sont apparus sous leur forme de métabolite monohydroxylé (2-
OH fluorène, 3-OH phénanthrène et 1-OH pyrène) suite à cette exposition. Le dosage de
composés parents dans les fèces montre par ailleurs que moins de 5% sont directement
éliminés par cette voie. Combiné à l’apparition de métabolites dans le lait, ces résultats
témoignent de l’absorption et de la biotransformation de ces composés parents.
Pour préciser ces données, la réalisation d’un modèle in vitro simulant le rumen d’une vache
14laitière a permis d’évaluer l’extractibilité du sol de 2 HAP marqués au C (phénanthrène et
benzo[a]pyrène). Moins de 10% de la radioactivité a été mesurée dans le liquide ruminal
attestant d’un potentiel d’extraction limité. Les HAP semblent extraits du sol dans le tractus
digestif ; des essais complémentaires seraient cependant nécessaires afin de déterminer plus
précisément l’extractibilité de chaque compartiment du système gastrointestinal.
Mots-clés : hydrocarbures aromatiques polycycliques, sols, lait, transfert, extractibilité.
4Introduction générale.....................................................................................14
Synthèse bibliographique...............................................................................17
I. Les HAP, problématique actuelle ................................................................................... 18
1. P rop riété s gé nérales de s H AP ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 18
2. So u rce s et nive aux d ’é miss io n ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .... 21
2.1 . So urce s d’é m iss io n de s H AP ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... .. 21
2.2 . Niv e aux d’é missio n de s H AP ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... .... 22
3. Facteurs de variations des concentrations de HAP dans l’environnement ................................................. 23
3.1. Influe nce de la saison ...................................................................................................................... 23
3.3. Influence des compartiments terrestres sur la concentration en HAP................................................ 26
3.4. Influence du relief .......................................................................................................................... 26
II. Niveaux de contamination en HAP dans les différentes matrices environnementales27
1. Contamination de l’air ............................................................................................................................ 27
2. Contamination de l’herbe........................................................................................................................ 28
2.1. Voies de contamination des végétaux .............................................................................................. 28
2.2. Niveaux de contamination ............................................................................................................... 28
2.3. Prof ils en HAP dans l’herbe ............................................................................................................ 29
III. Devenir des HAP dans le sol ........................................................................................32
1. Contamination du sol.............................................................................................................................. 32
2. N iveaux de contaminatio n du so l ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... 32
3. Réglementation sur les teneurs limites en HAP dans les sols.................................................................... 35
4. De v e nir de s H AP du so l....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ....... ... 36
4.1. Pertes abiotiques des HAP du sol..................................................................................................... 36
4.2. Dégradation des HAP par les microorg