Une ligne directrice, six méthodes d’évaluation
La ligne directrice OCDE 301 regroupe six méthodes expérimentales reposant sur différents paramètres de suivi de la biodégradation :
- OCDE 301A – DOC Die-Away : suivi de la disparition du carbone organique dissous (COD).
- OCDE 301B – Évolution du CO₂ : mesure du dioxyde de carbone produit lors de la minéralisation de la substance.
- OCDE 301C – MITI (I) : suivi de la consommation d’oxygène et, selon les conditions, de la disparition de la substance.
- OCDE 301D – Flacon fermé (Closed Bottle) : mesure de la consommation d’oxygène dissous.
- OCDE 301E – Screening modifié de l’OCDE : évaluation de la disparition du COD dans des conditions définies.
- OCDE 301F – Respirométrie manométrique : mesure de la consommation d’oxygène par suivi respirométrique.
Le choix de la méthode dépend notamment des propriétés physico-chimiques de la substance : solubilité, volatilité, adsorption, concentration d’essai, composition et quantité théorique d’oxygène nécessaire à son oxydation.
Notre expertise : OCDE 301D et OCDE 301F
Notre laboratoire réalise les études de biodégradabilité facile selon les méthodes OCDE 301D et OCDE 301F, deux méthodes respirométriques complémentaires basées sur le suivi de la consommation d’oxygène. Cette spécialisation permet d’adapter le protocole aux caractéristiques de la substance et de disposer d’une mesure directe de son comportement vis-à-vis d’une population microbienne aérobie.
Une évaluation sur 28 jours
Les essais de biodégradabilité facile sont généralement conduits sur une période de 28 jours.
La biodégradation est suivie au cours du temps afin d’établir une courbe de réponse et de déterminer le niveau maximal de dégradation atteint.
Pour les méthodes respirométriques telles que les OCDE 301D et 301F, le critère de biodégradabilité facile correspond à une biodégradation d’au moins 60 % de la DThO.
Ce seuil doit être atteint dans la fenêtre de 10 jours, au cours de la période d’essai de 28 jours. La cinétique de biodégradation constitue donc un élément essentiel de l’interprétation du résultat.
Une substance qui atteint le seuil après cette fenêtre ne répond pas au critère de biodégradabilité facile, même si un niveau de biodégradation plus élevé est observé en fin d’essai.
Des contrôles indispensables à la qualité de l’étude
La fiabilité des résultats repose sur un ensemble de contrôles permettant de vérifier le bon fonctionnement du système expérimental.
Des témoins d’inoculum sans substance d’essai sont réalisés en parallèle afin de mesurer la consommation d’oxygène liée à l’activité endogène des microorganismes.
Un composé de référence est également utilisé afin de vérifier l’activité et la performance de l’inoculum.
La concentration de la substance, le milieu minéral, l’inoculum, la température, le pH et les conditions d’incubation sont contrôlés conformément aux exigences de la méthode.
La DThO (demande théorique en oxygène) est déterminée à partir de la composition de la substance et constitue une donnée essentielle pour le calcul du pourcentage de biodégradation.
Pourquoi choisir l’OCDE 301D ou 301F ?
Le choix entre les méthodes 301D et 301F dépend des caractéristiques de la substance et de la manière dont celles-ci peuvent influencer le déroulement de l’essai.
La 301D repose sur un dispositif simple en flacon fermé et sur la mesure de l’oxygène dissous. Elle constitue notamment une approche pertinente pour certaines substances nécessitant de limiter les pertes par volatilisation.
La 301F utilise un système de respirométrie manométrique permettant un suivi particulièrement précis de la consommation d’oxygène et de la cinétique de biodégradation.
Ces deux méthodes permettent ainsi d’obtenir une information complémentaire sur le potentiel de biodégradation aérobie d’une substance tout en respectant les critères normalisés de l’OCDE.
Une donnée essentielle pour l’évaluation environnementale
Les études OCDE 301D et 301F fournissent une donnée standardisée permettant de caractériser le potentiel de biodégradation d’une substance en milieu aquatique aérobie.
Elles contribuent à l’évaluation du devenir environnemental, à la constitution des dossiers réglementaires et à l’appréciation du potentiel de persistance des substances chimiques.
Notre expertise sur les méthodes OCDE 301D et 301F permet ainsi de proposer une approche analytique adaptée aux caractéristiques de chaque substance, avec un suivi rigoureux de la cinétique de biodégradation et une interprétation des résultats selon les critères de la ligne directrice OCDE.
OCDE 209 : évaluer l’impact des substances sur les microorganismes des stations d’épuration
L’essai OCDE 209 – Inhibition de la respiration des boues activées permet d’évaluer l’effet inhibiteur d’une substance chimique sur les microorganismes présents dans les boues activées d’une station d’épuration biologique.
Cette méthode permet de déterminer si une substance est susceptible d’altérer l’activité biologique indispensable au traitement des eaux usées, en mesurant son effet sur la consommation d’oxygène par les microorganismes.
L’OCDE 209 constitue ainsi un outil essentiel pour caractériser le potentiel d’inhibition des procédés biologiques d’épuration et identifier les concentrations susceptibles d’affecter le fonctionnement d’une station.
Un essai basé sur la mesure de la respiration microbienne
Le principe de l’essai repose sur la mise en contact d’une boue activée avec différentes concentrations de la substance à tester, en présence d’une alimentation synthétique représentative de la matière organique disponible pour les microorganismes.
Les microorganismes de la boue activée utilisent l’oxygène pour assurer leurs activités métaboliques, notamment l’oxydation de la matière organique et la nitrification.
L’ajout d’une substance inhibitrice peut entraîner une diminution de cette consommation d’oxygène. La mesure de la vitesse de consommation d’oxygène permet alors de quantifier l’effet de la substance sur l’activité respiratoire de la biomasse.
Une exposition réalisée dans des conditions contrôlées
Les différentes concentrations de la substance sont préparées dans un milieu contenant la boue activée et une alimentation synthétique.
Les mélanges sont maintenus sous aération forcée afin de garantir des conditions aérobies et de maintenir une concentration suffisante en oxygène dissous.
L’essai est généralement réalisé à une température de 20 ± 2 °C, avec un pH de 7,5 ± 0,5. La concentration en oxygène dissous est maintenue à un niveau suffisamment élevé afin de ne pas limiter l’activité respiratoire des microorganismes.
Après une période d’exposition généralement fixée à 3 heures, la consommation d’oxygène est mesurée. Une mesure complémentaire après 30 minutes peut être réalisée lorsque la substance est susceptible d’être rapidement dégradée ou transformée.
Mesurer l’oxydation du carbone et la nitrification
L’un des intérêts majeurs de l’OCDE 209 réside dans la possibilité de distinguer différentes composantes de la respiration microbienne.
La respiration hétérotrophe correspond principalement à l’oxydation de la matière organique par les microorganismes hétérotrophes.
La nitrification correspond quant à elle à l’oxydation biologique de l’ammonium, réalisée par des microorganismes nitrifiants. Cette activité est particulièrement importante dans les procédés biologiques de traitement de l’azote.
Afin de distinguer ces deux processus, l’essai peut être réalisé en présence et en absence de N-allylthiourée (ATU), un inhibiteur spécifique de la nitrification.
La comparaison des consommations d’oxygène permet alors de déterminer séparément :
- la respiration totale ;
- la respiration hétérotrophe, liée à l’oxydation du carbone ;
- la respiration liée à la nitrification.
Cette distinction permet d’identifier une éventuelle sensibilité particulière des microorganismes nitrifiants ou hétérotrophes vis-à-vis de la substance étudiée.
Une gamme de concentrations pour établir une relation dose-réponse
Afin de caractériser précisément l’effet inhibiteur, plusieurs concentrations de la substance sont testées selon une série de concentrations définie. La réponse biologique obtenue pour chaque concentration est comparée à celle des témoins afin d’établir une courbe concentration-réponse.
Cette approche permet notamment de déterminer une CEₓ, telle que la CE50, correspondant à la concentration provoquant une inhibition définie de la respiration.
Lorsque les conditions expérimentales le permettent, une CSEO (concentration sans effet observé) peut également être déterminée. Ces paramètres permettent de quantifier la sensibilité de la biomasse à la substance étudiée et d’identifier les concentrations susceptibles d’entraîner une perturbation du fonctionnement biologique.
Une attention particulière portée à la qualité de l’inoculum
La qualité et la sensibilité de la boue activée constituent des éléments essentiels de la fiabilité de l’essai. Un témoin est réalisé en parallèle afin de caractériser la respiration naturelle de la biomasse en l’absence de substance d’essai.
Un composé de référence inhibiteur permet également de vérifier la sensibilité de la boue activée utilisée et le bon fonctionnement du système expérimental.
Le suivi de la respiration permet ainsi de s’assurer que l’activité microbienne est suffisante et que les résultats obtenus sont interprétables.
Un outil pour l’évaluation des risques pour les stations d’épuration
L’OCDE 209 permet d’évaluer le risque qu’une substance puisse inhiber les microorganismes responsables du traitement biologique des eaux usées.
Les résultats sont particulièrement pertinents pour les substances susceptibles d’être rejetées vers les réseaux d’assainissement ou d’atteindre directement les installations de traitement.
L’essai peut également être utilisé pour identifier des concentrations non inhibitrices dans le cadre de certaines études de biodégradabilité.
Une approche adaptée aux substances complexes
L’OCDE 209 peut être appliquée à des substances présentant des propriétés physico-chimiques variées. La préparation de l’échantillon doit toutefois tenir compte de caractéristiques susceptibles d’influencer l’exposition des microorganismes, telles que la solubilité, la volatilité, l’adsorption ou la stabilité de la substance.
Ces paramètres sont importants pour distinguer un véritable effet inhibiteur d’une diminution apparente de l’activité liée, par exemple, à une mauvaise disponibilité de la substance dans le milieu d’essai.
Une donnée essentielle pour l’évaluation environnementale
L’essai OCDE 209 fournit une information directement liée au fonctionnement des procédés biologiques d’épuration.
En caractérisant l’inhibition de la respiration des boues activées et, lorsque nécessaire, en distinguant oxydation du carbone et nitrification, cette méthode permet d’évaluer avec précision le potentiel d’une substance à perturber l’activité des microorganismes d’une station d’épuration.
Les résultats constituent une donnée importante pour l’évaluation écotoxicologique, la caractérisation des substances chimiques, l’évaluation des rejets et l’identification des concentrations susceptibles d’affecter les procédés biologiques de traitement des eaux usées..
Biodégradabilité
Vous devez évaluer le devenir
ou l’impact d’une substance ?
Nos équipes vous accompagnent dans le choix des essais adaptés pour caractériser sa biodégradabilité et son potentiel d’inhibition des procédés biologiques d’épuration.
