Determination of water quality criteria for the 16 polycyclic aromatic hydrocarbons

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons are ubiquitous, persistent organic contaminants of concern for aquatic ecosystems. Some PAHs are known to be genotoxic and carcinogenic but little is known about their ecotoxicity. In the aim to implement water quality protection policy, the French Water Agencies need to develop a Water Quality Criteria for each of the 16 PAHs from the so-called " EPA list ". A set of aquatic toxicity tests was then performed on each compound : an acute toxicity test towards Daphnia magna and two chronic toxicity tests using the invertebrate, Ceriodaphnia dubia and an algae, Pseudokirchneriella subcapitata. Ecotoxicity tests were all performed below theoretical water solubility limits of the compounds, trying to minimize the use of vehicles as much as possible. Tests concentrations were checked in order to evaluate the decrease of concentrations over time. These recalculated actual concentrations have been used in the determination of LC50 for the acute toxicity tests and EC10 for the chronic toxicity tests. Only 5 PAHs among the 16 compounds are toxic to Daphnia magna below their water solubility limit. The 16 PAHs are much more toxic towards algae and Ceriodaphnia with EC10 ranging from 0.08 to 514 µg.l-1. Toxicity of PAHs was found to be highly correlated for both species suggesting a narcotic mode of action. Besides these one-substance tests, similar ecotoxicity tests were performed on 3 mixtures of 2 PAHs in order to assess a possible interaction between substances. Results indicated sometimes an antagonistic interaction but most of the time the narcotic mode of action was supported by an additive mecanism. The first consequence of these results is that the toxicity of the PAHs could be predicted from their Kow. The second consequence is that the internal concentration could singlegly explain the toxicity. Therefore, taking into account the distribution of the toxicity for many species (data are obtained from the tests and a literature survey), it is possible to find out, for a specific proportion of affected organisms, the corresponding internal concentration of all the PAHs. As a result, the internal concentration that would be toxic for a maximum proportion of 5 % of exposed organisms could be calculated. Water Quality Criteria are finally derived from that argument. / Cette étude a permis de déterminer des seuils de qualité pour les 16 hydrocarbures aromatiques polycycliques de la liste de l'US EPA dans les hydrosystèmes. Des essais de toxicité chronique et de génotoxicité ont été réalisés au laboratoire. Une analyse bibliographique exhaustive a été opérée afin de recueillir les données de toxicité et de génotoxicité produites dans le monde entier et de prendre en considération les données éco-épidémiologiques. La démarche d'élaboration des seuils de qualité est basée sur la détermination la plus précise possible des concentrations d'effet protégeant 95% des communautés vivantes. La modélisation des effets toxiques à partir des données de laboratoire et la prise en compte de la disparition des HAP des milieux d'essais en cours d'expérience ont été mises à profit pour cette phase. Il s'est avéré qu'un mécanisme narcotique peut être envisagé pour tous les HAP et permettre d'améliorer la précision en intégrant tous les HAP dans un même mécanisme d'action toxique. Les données de génotoxicité et d'éco-épidémiologie ont permis de donner des indications sur les facteurs de sécurité à adopter pour protéger les écosystèmes vis à vis des HAP génotoxiques. Des expériences sur les effets conjoints de HAP ont permis de valider l'utilisation d'un modèle additif pour de tels mélanges. Des seuils ont ainsi été élaborés qui pourront être mis en place dans le cadre de la surveillance des hydrosystèmes en tant qu'objectifs de qualité pour les hydrocarbures aromatiques polycycliques.