Dégradation des substances dans l’environnement

• Introduction
• Qui sont les précurseurs?
• Dégradation des précurseurs
  • Les fluorotélomères, 
    • Exemple des FTOHs
    • Exemple des FTSAs
    • Exemple du FTSaAm et du FTSaB
  • Dérivés des sulfonamides
    • Exemple du N-EtFOSE
  • Les polymères
• Dégradation des PFAAs

Dégradation des PFAS dans l’environnement

En général, les PFAS se dégradent en d’autres PFAS plus stables (souvent en PFAAs). Aussi, d’après Liu et Avendaño (2013)¹, le temps de demi-vie du composé, la cinétique de dégradation, la composition et la quantité finale des produits de dégradation varient en fonction :

• de la structure chimique du précurseur, où jouent :
  • la longueur de chaîne,
  • le type de liaison chimique reliant le groupement et la chaîne perfluorée,
  • le type de groupement,
  • la taille de la substance
• des conditions environnementales :
  • le sol,
  • les micro-organismes,
  • les paramètres physico-chimiques (T°, …)

Précurseurs

Ruan et al. (2015) ²propose une liste des précurseurs majeurs liés à leur mode de production (liste non exhaustive):

• les Fluorotélomères dont :
  • les n:2 FTOHs,
  • les n:2 FTIs,
  • les n:2 FTOs,
  • les n:2 FTSAs,
  • les n:2 FTSs,
  • les n:2 TBCs,
  • les n:2 PAPs (monoPAPs diPAPs),
  • le FTEO,
  • les n:2 FTACs
• les dérivés de sulfonamides :
  • les N-FOSAs
  • les N-FOSEs
  • les SAmPAPs
• les polymères fluorés

Les produits intermédiaires:

• Fluorotélomères :
  • le n:2 FTAL
  • le n:2 FTCA
  • le n:2 FTUCA
  • le x:3 acid
  • le 6:2 FTUI
  • les PFCAs
• dérivés de sulfonamide :
  • les FASAs
  • les FASAAs

Précurseurs rencontrés dans les AFFFs :

• dérivés de sulfonamide:
  • les PFASaAms
  • les FASAs
• fluorotélomères :
  • les FTSaB
  • les FTSaAm
  • les FtTHN
  • les FtBs
  • les FtTAoSs

Dégradation des précurseurs

Les fluorotélomères

Les FTOHs

Sous conditions aérobie la dégradation du 8:2 FTOH peut conduire à la formation de 8:2FTAL, 8:2 FTUCA et 8:2 FTCA qui peuvent ensuite être transformés en composés plus stables tels que le PFOA, PFHxA, PFHpA (voir schéma ci dessous). La formation de PFAAs résulte de la suppression d’un ou deux perflurocarbones ce qui suggère la partielle minéralisation de la chaine perfluorée³.

Sous condition aérobie, le 6:2 FTOH est dégradé suivant des processus similaire au 8:2 FTOH mais montre un plus grand potentiel de déflurination et conduit à la formation de produits différents dont du PFHxA, du PFPeA, du PFBA, des 5:3, 3:3 et 4:3 acides⁴.

D’après Ellis et al. (2004)[efn_note]Ellis, D. A. et al. (2004). Degradation of Fluorotelomer Alcohols:  A Likely Atmospheric Source of Perfluorinated Carboxylic Acids. Environmental Science & Technology, 2004, 38, 3316-3321.[/efn_note], les FTOHs ont une durée de vie de 20 jours dans l’atmosphère, ce qui est suffisant pour être diffusé dans tout l’hémisphère. Une estimation des flux de FTOHs dans l’hémisphére nord, d’une hauteur de 100 à 1000 t/an, leur permet d’évaluer la formation de PFCA, issue de la dégradation des FTOH, à une hauteur de 1 à 100 t/an.

Les FTOHs peuvent provenir des rejets industriels mais aussi de la dégradation microbienne d’autre PFAS tels que le 8:2 FTS, le 8:2 TBC, les monoPAPs, les diPAPs, le 8:2 FTAC et le 8:2 FTMAC⁵.

Les fluorotélomères d’acides sulfonique (FTSAs)

Lorsqu’ils sont soumis à une oxydation les FTSAs ayant une chaîne perfluorée de longueur n se transforment en PFCAs ayant une chaîne perfluorée de taille inférieure (<n)⁶. Ainsi, le 6:2 FTSA se transforme majoritairement en PFHxA mais aussi en PFBA et PFPA⁷. Le 6:2 FTAL peut aussi apparaître comme un produit intermédiaire lors de la dégradation. De même, le 8:2 FTSA conduit à la formation de PFOA, PFHpA, PFHxA, PFPeA.

Le 6:2 FTSaB et le 6:2 FTSaAm

Houtz et al. (2013)⁸, ont identifiés le 6:2 FTSaB et le 6:2 FTSaAm (composés présents dans les AFFFs) comme les précurseurs du PFHxS et PFHxA après oxydation.

Dérivés des sulfonamides

Exemple du N-EtFOSE (N-éthyl perfluorooctane sulfonamidoethanol)

Le N-EtFOSE se dégrade très bien sous condition aérobie. Le produit majeur de dégradation est le EtFOSAA qui se transforme lui-même en EtFOSA. Des études ont montré la formation de FOSA, FOSAA et de PFOS d’une part⁹ et de PFOA d’une autre part mais cela reste à vérifier.

Les polymères

Il est primordial d’étudier la dégrdation des polymères à ramifications fluorées car ils sont produits en grande quantité et peuvent conduire à la libérations de nombreux PFAS. Néanmoins, d’après Liu et Avendaño (2013)¹⁰, les études menées à leur sujet montrent de trop grandes différences pour êtres interprétées.

Dégradation des PFAAs

Dans l’environnement, les PFAAs sont adsorbés par le substrat et ne sont pas dégradés par les microorganismes. En revanche, en laboratoire, grâce à des catalyseurs, ces substances peuvent subir une dégradation enzymatique¹¹. Certaines peuvent également être dégradées par oxydation.

Hori et al. (2005)¹² suggèrent que les PFCAs peuvent être dégradés par oxydation et former des PFCAs de taille inférieure (ayant une chaîne perfluorée plus courte.

1. Liu, J. and Avendaño, S. M. (2013). Microbial degradation of polyfluoroalkyl chemicals in the environment: A review. Environment International, 2013, 61, 98-114.
2. Ruan, T. et al. (2015). Methodology for studying biotransformation of polyfluoroalkyl precursors in the environment. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2015, 67, 167 – 178.
3. Liu, J. and Avendaño, S. M. (2013). Microbial degradation of polyfluoroalkyl chemicals in the environment: A review. Environment International, 2013, 61, 98-114.
4. Liu, J. and Avendaño, S. M. (2013). Microbial degradation of polyfluoroalkyl chemicals in the environment: A review.Environment International, 2013, 61, 98-114.
5. Liu, J. and Avendaño, S. M. (2013). Microbial degradation of polyfluoroalkyl chemicals in the environment: A review.Environment International, 2013, 61, 98-114.
6. Buck, R. C. et al. (2011). Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances in the Environment: Terminology, Classification, and Origins. Integrated Environmental Assessment and Management, 2011, 7, 513-541.
7. Gomez-Ruiz, B. et al. (2017). Efficient electrochemical degradation of poly- and perfluoroalkyl substances (PFASs) from the effluents of an industrial wastewater treatment plant. Chemical Engineering Journal, 2017, 322, 196 – 204.
8. Houtz, E. F. et al. (2013). Persistence of Perfluoroalkyl Acid Precursors in AFFF-Impacted Groundwater and Soil. Environmental Science & Technology, 2013, 47, 8187-8195.
9. Rhoads, K. R. et al. (2008). Aerobic Biotransformation and Fate of N-Ethyl Perfluorooctane Sulfonamidoethanol (N-EtFOSE) in Activated Sludge. Environmental Science & Technology, 2008, 42, 2873-2878.
10. Liu, J. and Avendaño, S. M. (2013). Microbial degradation of polyfluoroalkyl chemicals in the environment: A review.Environment International, 2013, 61, 98-114.
11. Liu, J. and Avendaño, S. M. (2013). Microbial degradation of polyfluoroalkyl chemicals in the environment: A review. Environment International, 2013, 61, 98-114.
12. Hori, H. et al. (2005). Efficient Decomposition of Environmentally Persistent Perfluorocarboxylic Acids by Use of Persulfate as a Photochemical Oxidant. Environmental Science & Technology, 2005, 39, 2383-2388.