Toxicity and ecotoxicity of main hydrogeological fluorescent tracers and their degradation products. - Archive ouverte HAL Access content directly
Journal Articles KARSTOLOGIA Year : 2011

Toxicity and ecotoxicity of main hydrogeological fluorescent tracers and their degradation products.

Toxicité et écotoxicité des principaux traceurs fluorescents employés en hydrogéologie et de leurs produits de dégradation

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Abstract

Chemicals used for tracing water in karst aquifers often don't resurface at the monitored water points (springs, wells, boreholes). For example, in the karstified chalk, which is the main French aquifer (70,000 km2 of outcrop), only half of the tracing tests had a successful breakthrough : the tracers reached the drinking water supply. They were then submitted to the water treatment, generally a chlorine disinfection. The other part of the injected tracers was probably adsorbed in the subsurface (on clays) or came out at unmonitored points, including springs or diffuse emergences. In this cave, the tracers join the rivers where they can be degraded by light (photolysis) or by the action of atmospheric oxygen. This paper presents the laboratory-scale degradation of three widely used fluorescent tracers in Norman chalk (and more generally in French karst), i.e. uranine, ti nopal and sodium naphtionate. Theses tracers have been diluted in water to obtain an initial tracer solution concentrated at 1 g/l : this concentration is intermediate between the concentrations poured in injection points (>100 g/l) and found at breakthrough points (< 7 mg/l). First, each tracer solution has been submitted to strong and fast laboratory breakdown by contact with gaseous chlorine : this is to simulate the tracer transit through the drinking water supply. Another set of the same tracers is then submitted to natural degradation substances, with UV and sunlight irradiations as well as a mixing with air. Because of their molecular structure (long carbon chains or aromatic cycles), the fluorescent tracers undergo significant changes and keep on degrading into sub-products (metabolites). These degradations have been highlighted by H PLC and the metabolites obtained have been analyzed by LC-MS : unfortunately, they were not able to be identified except one for tinopal. A bibliographic synthesis has then been realized to summarize the human and environmental impact of all tracers. Toxicity and ecotoxicity of degradation products of each tracer have been tested. Toxicity tests have been conducted by oral path on rats, and ecotoxicity tests by two complementary methods : one method with a small aquatic crustacean (Daphnia magna) to test their impact on aquatic fauna, the other method on micro-algae (Pseudokirchneriella subcapitata) to test their impact on aquatic flora. These laboratory tests show that at high concentration (10s higher than in breakthrough curve peaks), the degraded tracers have none acute toxicity and only a moderate ecotoxicity, except for sodium naphtionate. In conclusion, the fluorescent tracers studied do not exhibit significant toxicity to humans and aquatic environment, at levels generally observed at breakthrough points, both as tracers as their major metabolites.
Il est fréquent que les produits utilisés pour les traçages dans le karst ne sortent pas aux points d'émergence surveillés. Ainsi, dans la craie normande karstifiée, la restitution à un point de suivi (source ou forage) ne concerne que la moitié des traçages réalisés : les traceurs concernés parviennent alors dans le réseau d'eau potable et sont soumis au même traitement que l'eau, c'est-à-dire généralement à une désinfection au chlore. L'autre moitié des traceurs injectés reste absorbée dans le milieu souterrain ou ressort en d'autres points, notamment des sources non captées et des émergences diffuses. Les traceurs rejoignent alors les cours d'eau superficiels où ils peuvent être dégradés par la lumière (photolyse) ou par l'action de l'oxygène de l'air. Cet article présente tout d'abord la dégradation en laboratoire de trois traceurs fluorescents très utilisés soumis à une chloration, afin de simuler leur passage dans le système de traitement de l'eau destinée à la consommation humaine. Un autre lot de ces mêmes traceurs a ensuite été soumis à des agents de dégradation représentatifs du milieu naturel : illumination aux ultraviolets et à la lumière solaire avec barbotage d'air. Du fait de leur structure moléculaire, on constate que les traceurs fluorescents subissent une évolution importante et se dégradent en métabolites. Les essais de toxicité réalisés à partir des produits de dégradation montrent toutefois une absence de toxicité aiguë et une écotoxicité modérée, exceptée pour le naphtionate de sodium lorsqu'il est utilisé à forte dose. Il résulte de ce travail que les traceurs fluorescents étudiés ne présentent pas de toxicité significative pour l'homme et pour l'environnement aquatique, aux doses où ils sont généralement observés aux points de restitution, tant en ce qui concerne les produits traceurs eux-mêmes que leurs principaux métabolites.
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Dates and versions

ineris-00963331 , version 1 (21-03-2014)

Identifiers

Cite

Philippe Gombert, Jean Carré. Toxicité et écotoxicité des principaux traceurs fluorescents employés en hydrogéologie et de leurs produits de dégradation. KARSTOLOGIA, 2011, 58, pp.41-53. ⟨ineris-00963331⟩

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