Chemical pollution in an increasingly populated and urbanized world / Etat de la pollution chimique dans un monde de plus en plus peuplé et urbanisé

Publié par Institut des Géosciences de l'Environnement IGE, le 18 juillet 2022   250

Version disponible en français ci-dessous

Article written by Romane Caracciolo, PhD student at the Institute of Environmental Geosciences

Chemicals are emitted by all the anthropic activities as part of our daily life via domestic and hospital wastewater, agriculture, industries, urban runoff, maritime activities, to cite only the few major sources. The unlimited consumption of man-made substances combined with the growth of the world population leads to the release of thousands of “novel entities” to the environment. The number of chemicals and chemical mixtures present on the global market was recently estimated to 350,000 [1] and chemical pollution (defined as the introduction of novel entities in the environment) is the fifth out of nine transgressed planetary boundaries [2,3].

Planetary boundaries (Azote for Stockholm Resilience Centre, https://www.stockholmresilienc...)

The consequences of this pollution are hardly quantifiable as it is impossible to know and monitor all the chemicals. This is the challenge of environmental chemistry: how to deal with so many chemicals? how to prioritize them?

Scientists from all over the world are developing increasingly sophisticated sampling and analytical techniques in order to grasp a part of the mystery and numerous studies have already revealed the ubiquitous presence of chemicals in the different environmental matrices (air, water, soil, biota).

To give an example, a group of organic chemicals has gained interest during the last decades: new or newly detected chemicals including pharmaceuticals and personal care products (PPCPs), industrial chemicals (ICs), plasticizers, new generation pesticides, among others. They are named contaminants of emerging concern (CECs) to differentiate from legacy contaminants (organochlorine pesticides, PCBs…) whose emissions have been phased out under legislation and whose fate in the environment have been studied extensively. To this day, only a few CECs are regulated even if many are suspected to have detrimental effects on environmental and human health. The interactive information graphic below presents a glimpse of some of the most commonly found CECs in surface water worldwide.

As part of my PhD project, I’m working on the identification of CECs in a tropical estuary under high urban pressure (Saigon River Estuary, Vietnam). The objective of the project is to document the presence, behavior and fate of CECs under a tropical climate and fill the data gap in those regions as compared to temperate areas. Caffeine, DEET, lidocaine, iopromide and PFOS were identified in the Saigon River along with other 107 CECs.

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Article écrit par Romane Caracciolo, doctorante à l'Institut des Géosciences de l'Environnement

Les produits chimiques sont émis continuellement par l'ensemble des activités anthropiques, en particulier par les eaux usées domestiques et hospitalières, l'agriculture, l'industrie, le ruissellement urbain, les activités maritimes, pour ne citer que les principales sources. La consommation sans limites de substances artificielles, combinée à la croissance exponentielle de la population mondiale, conduit à l'émission de milliers de "nouvelles entités" dans l'environnement. Le nombre de produits et de mélanges chimiques présents sur le marché mondial a récemment été estimé à 350 000 [1] et la pollution chimique (définie comme l'introduction de nouvelles entités dans l'environnement) est la cinquième des neuf limites planétaires déjà dépassées [2,3].

Limites planétaires (Azote for Stockholm Resilience Centre, https://www.stockholmresilienc...)

Les conséquences de cette pollution sont difficilement quantifiables car il est impossible d'identifier et d'analyser l'ensemble des produits chimiques. C'est le défi de la chimie de l'environnement : comment gérer un si grand nombre de potentiels contaminants ? comment les prioriser ?

Des scientifiques du monde entier développent des techniques d'échantillonnage et d'analyse de plus en plus sophistiquées afin de saisir une partie du mystère et de nombreuses études ont déjà révélé l'omniprésence de substances chimiques dans les différentes matrices environnementales (air, eau, sol, biote).

A titre d'exemple, un groupe de contaminants organiques regroupant des molécules nouvellement détectées dans l'environnement - produits pharmaceutiques et de soins personnels (PPCP), produits industriels (IC), plastifiants, pesticides de nouvelle génération - a suscité un intérêt grandissant au cours des dernières décennies. Ils portent le nom de contaminants d'intérêt émergent (CECs) pour les différencier des contaminants dits historiques (pesticides organochlorés, PCB...) dont l'usage a été limité par la législation et dont le devenir dans l'environnement est déjà bien connu. Très peu de CECs sont réglementés à ce jour et nombre d'entre eux sont suspectés d'avoir des effets néfastes sur l'environnement et la santé humaine. L'infographie ci-dessous donne un aperçu de quelques CECs parmi les plus couramment détectés dans les eaux de surface à l'échelle de la planète.

Dans le cadre de mon doctorat, je travaille à identifier des CECs dans un estuaire tropical soumis à une forte urbanisation (estuaire de la rivière Saigon, Sud du Vietnam). L'objectif du projet est de documenter la présence, le comportement et le devenir des CECs sous un climat tropical et de combler ainsi le manque de données dans ces régions par rapport aux zones tempérées. La caféine, le DEET, la lidocaïne, l'iopromide et le PFOS ont été identifiés dans la rivière Saigon avec 107 autres CECs.

Bibliography

[1] Wang, Z., Walker, G.W., Muir, D.C.G., Nagatani-Yoshida, K., 2020. Toward a Global Understanding of Chemical Pollution: A First Comprehensive Analysis of National and Regional Chemical Inventories. Environ. Sci. Technol. 54, 2575–2584. https://doi.org/10.1021/acs.es...

[2] Rockström, J., Steffen, W., Noone, K., Persson, Å., Chapin, F.S., Lambin, E., Lenton, T.M., Scheffer, M., Folke, C., Schellnhuber, H.J., Nykvist, B., de Wit, C.A., Hughes, T., van der Leeuw, S., Rodhe, H., Sörlin, S., Snyder, P.K., Costanza, R., Svedin, U., Falkenmark, M., Karlberg, L., Corell, R.W., Fabry, V.J., Hansen, J., Walker, B., Liverman, D., Richardson, K., Crutzen, P., Foley, J., 2009. Planetary boundaries: Exploring the safe operating space for humanity. Ecol. Soc. 14. https://doi.org/10.5751/ES-031...

[3] Persson, L., Carney Almroth, B.M., Collins, C.D., Cornell, S., de Wit, C.A., Diamond, M.L., Fantke, P., Hassellöv, M., MacLeod, M., Ryberg, M.W., Søgaard Jørgensen, P., Villarrubia-Gómez, P., Wang, Z., Hauschild, M.Z., 2022. Outside the Safe Operating Space of the Planetary Boundary for Novel Entities. Environ. Sci. Technol. 56, 1510–1521. https://doi.org/10.1021/acs.es...