vendredi, 24 avril, 2026
HAP et hydrocarbures
La famille HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) compte dix-neuf molécules dans le catalogue IsoFind, organisées par nombre de cycles condensés et incluant les seize HAP prioritaires de l'EPA américaine, un HAP méthylé et deux HAP à six cycles particulièrement préoccupants. Cette page présente la structure de la famille, les seuils réglementaires très contrastés entre HAP légers et lourds, les voies de dégradation tabulées et les données CSIA disponibles, avec une note sur les hydrocarbures pétroliers qui restent à intégrer au catalogue.
Huit sous-familles par taille
Les HAP sont regroupés par nombre de cycles condensés, de 2 à 6. Cette classification par taille reflète les grandes tendances de comportement : solubilité, volatilité, toxicité et persistance évoluent avec le nombre de cycles. Deux sous-familles spéciales complètent le classement : les HAP méthylés et les cas hybrides 4-5 cycles.
| Sous-famille | Nombre | Molécules |
|---|---|---|
| HAP-2-cycles | 1 | Naphtalène |
| HAP-3-cycles | 5 | Acénaphtylène, acénaphtène, fluorène, phénanthrène, anthracène |
| HAP-4-cycles | 4 | Fluoranthène, pyrène, benzo[a]anthracène, chrysène |
| HAP-5-cycles | 4 | Benzo[a]pyrène, benzo[b]fluoranthène, benzo[k]fluoranthène, dibenzo[a,h]anthracène |
| HAP-6-cycles | 2 | Benzo[g,h,i]perylène, indéno[1,2,3-cd]pyrène |
| HAP 4-5 cycles | 1 | Benzo[j]fluoranthène |
| HAP 6 cycles (variant) | 1 | Dibenzo[a,l]pyrène (accès pro) |
| HAP méthylés | 1 | 5-Méthylchrysène |
Dix-huit des dix-neuf HAP relèvent de l'accès pro. Seul le naphtalène reste en accès gratuit, cohérent avec son rôle d'archétype introductif à la famille.
Seuils réglementaires extrêmement contrastés
Le contraste des seuils réglementaires entre HAP légers et lourds est l'un des plus marqués du catalogue. Il s'étend de 2,4 µg/L pour le naphtalène à 0,00082 µg/L pour les HAP à six cycles, soit presque quatre ordres de grandeur. Cette hiérarchie reflète la relation entre masse moléculaire, potentiel cancérogène et bioaccumulation.
| Catégorie de seuil | Valeur NQE-MA | HAP concernés |
|---|---|---|
| HAP léger mobile | 2,4 µg/L | Naphtalène |
| Fluoranthène seul | 0,12 µg/L | Fluoranthène (+ NQE biote 30 µg/kg) |
| HAP prioritaires standards | 0,10 µg/L | Anthracène |
| HAP 4 cycles cancérigènes | 0,05 µg/L | Benzo[a]anthracène, chrysène |
| HAP cancérigènes dangereux | 0,017 µg/L | Benzo[a]pyrène, B[b]F, B[k]F, B[j]F, Dibenzo[a,h]anthracène, Dibenzo[a,l]pyrène |
| HAP lourds 6 cycles | 0,00082 µg/L | Benzo[g,h,i]perylène, indéno[1,2,3-cd]pyrène (+ NQE biote 0,085 µg/kg) |
Le benzo[a]pyrène porte deux seuils distincts selon la matrice : 0,017 µg/L pour la NQE-MA (eau de surface, DCE 2013/39/UE) et 0,010 µg/L pour l'eau potable (Dir. 98/83/CE). Le seuil potable est plus strict. IsoFind normalise systématiquement en µg/L pour permettre la comparaison mais l'utilisateur doit choisir le référentiel cohérent avec la matrice analysée.
Les seize HAP prioritaires EPA
La liste des seize HAP prioritaires publiée par l'Environmental Protection Agency des États-Unis reste une référence dans le monde entier pour les dossiers de contamination. Elle est intégralement couverte par le catalogue IsoFind.
| Molécule | Formule | Masse molaire | Statut IARC |
|---|---|---|---|
| Naphtalène | C₁₀H₈ | 128,17 | Groupe 2B |
| Acénaphtylène | C₁₂H₈ | 152,19 | Non classé |
| Acénaphtène | C₁₂H₁₀ | 154,21 | Groupe 3 |
| Fluorène | C₁₃H₁₀ | 166,22 | Groupe 3 |
| Phénanthrène | C₁₄H₁₀ | 178,23 | Groupe 3 |
| Anthracène | C₁₄H₁₀ | 178,23 | Groupe 3 |
| Fluoranthène | C₁₆H₁₀ | 202,25 | Groupe 3 |
| Pyrène | C₁₆H₁₀ | 202,25 | Groupe 3 |
| Benzo[a]anthracène | C₁₈H₁₂ | 228,29 | Groupe 2A |
| Chrysène | C₁₈H₁₂ | 228,29 | Groupe 2A |
| Benzo[a]pyrène | C₂₀H₁₂ | 252,31 | Groupe 1 (référence) |
| Benzo[b]fluoranthène | C₂₀H₁₂ | 252,31 | Groupe 2B |
| Benzo[k]fluoranthène | C₂₀H₁₂ | 252,31 | Groupe 2B |
| Dibenzo[a,h]anthracène | C₂₂H₁₄ | 278,35 | Groupe 2A |
| Benzo[g,h,i]perylène | C₂₂H₁₂ | 276,33 | Groupe 3 |
| Indéno[1,2,3-cd]pyrène | C₂₂H₁₂ | 276,33 | Groupe 2B |
Le benzo[a]pyrène sert de référence cancérogène pour tout le groupe : il porte un facteur d'équivalence toxique (TEF) de 1, et les autres HAP cancérigènes sont exprimés en équivalents BaP avec des TEF pondérés. Cette convention permet de calculer un BaP équivalent global même quand les concentrations individuelles sont toutes en dessous des seuils stricts.
HAP hors liste EPA
Trois HAP du catalogue vont au-delà de la liste EPA classique. Ils sont conservés pour des raisons spécifiques.
| Molécule | Rôle | Statut |
|---|---|---|
| Benzo[j]fluoranthène | Co-seuil DCE avec B[b]F et B[k]F | IARC Groupe 2B ; même NQE-MA 0,017 µg/L |
| Dibenzo[a,l]pyrène | Potentiel cancérogène supérieur au BaP | IARC Groupe 2A ; TEF estimé entre 1 et 10 ; accès pro |
| 5-Méthylchrysène | HAP méthylé, marqueur de combustion incomplète | IARC Groupe 2A ; Watch list HAP méthylés UE ; accès pro |
Voies de dégradation tabulées
Trois voies de dégradation sont actuellement tabulées pour les HAP, toutes biologiques et toutes aboutissant à une minéralisation possible. Elles concernent le naphtalène et le phénanthrène, les deux HAP les plus étudiés dans la littérature CSIA. Les HAP à quatre cycles et plus n'ont pas encore de voies tabulées faute de données exploitables suffisantes.
| Molécule | Voie | Environnement | t½ typique (j) | Métabolite primaire | Minéralisation |
|---|---|---|---|---|---|
| Naphtalène | Oxydation aérobie (naphthalène dioxygénase) | aérobie Eh +100 à +400 mV | 50 | Salicylate | oui |
| Naphtalène | Dégradation sulfato-réductrice anaérobie | anaérobie Eh −200 à 0 mV | 300 | 2-naphthoate | oui |
| Phénanthrène | Oxydation aérobie | aérobie Eh +100 à +400 mV | 100 | 1-hydroxy-2-naphthoate | oui |
Le contraste entre la voie aérobie et la voie anaérobie est frappant pour le naphtalène : la demi-vie passe de 50 jours à 300 jours, soit un facteur 6. Cette variation explique pourquoi la géochimie redox locale est déterminante pour l'interprétation d'un panache HAP. Les métabolites produits sont chimiquement distincts (salicylate aromatique vs 2-naphthoate carboxylé), ce qui offre des marqueurs diagnostiques utiles quand ils peuvent être mesurés.
Cascades de métabolites
Les relations parent-métabolite tabulées sont limitées aux trois voies connues. Les métabolites sont tous de stabilité intermédiaire (ni immédiatement dégradés ni persistants), et aucun n'est classé toxique dans la base, ce qui les distingue des cas PFAS où tous les métabolites restent persistants et toxiques.
| Parent | Métabolite | Formule | Rendement max | Stabilité |
|---|---|---|---|---|
| Naphtalène | Salicylate | C₇H₆O₃ | 0,60 | intermédiaire |
| Naphtalène | 2-naphthoate | C₁₁H₈O₂ | 0,70 | intermédiaire |
| Phénanthrène | 1-hydroxy-2-naphthoate | C₁₁H₈O₃ | 0,50 | intermédiaire |
Données CSIA pour les HAP
Quatre fractionnements isotopiques sont tabulés pour les HAP, tous sur le naphtalène et le phénanthrène. Le fait marquant est que δ²H apporte un fractionnement dix à cinquante fois supérieur à δ¹³C : c'est le signal diagnostique privilégié pour cette famille.
| Molécule | Élément | ε (‰) | Plage | Étude | Référence |
|---|---|---|---|---|---|
| Naphtalène | C (aérobie) | -0,9 | [-1,5 ; -0,3] | laboratoire | Morasch et al., 2011 |
| Naphtalène | C (sulfato-réductrice) | -1,2 | [-1,8 ; -0,7] | laboratoire | Safinowski et al., 2006 |
| Naphtalène | H | -50,0 | [-80 ; -30] | laboratoire | Morasch et al., 2011 |
| Phénanthrène | C | -0,7 | [-1,2 ; -0,3] | laboratoire | Morasch et al., 2011 |
La note scientifique attachée au fractionnement δ²H du naphtalène dans la base est explicite : « δ²H beaucoup plus diagnostique que δ¹³C pour HAP ». Cette hiérarchie provient du nombre d'hydrogènes impliqués dans les étapes limitantes de la dégradation, et du fait que les liaisons C-H sont directement rompues au cours de la transformation. Sur un dossier HAP, mobiliser δ²H apporte significativement plus d'information que δ¹³C seul, quand les moyens analytiques le permettent.
Phénanthrène comme marqueur de source pétrolière
Le phénanthrène occupe une place particulière dans la famille. Le champ reglementation de sa fiche le décrit comme « marqueur sources pétrolières ». Il est inclus dans les 16 EPA prioritaires mais il n'a pas de NQE-MA DCE spécifique, ce qui limite son usage réglementaire direct. En revanche, son ratio avec l'anthracène (isomère de même formule C₁₄H₁₀) est un diagnostic classique de source.
| Ratio phénanthrène / anthracène | Interprétation usuelle |
|---|---|
| > 10 | Source pétrogénique (pétrole brut, produits raffinés non brûlés) |
| < 10 | Source pyrogénique (combustion, haute température) |
D'autres ratios diagnostiques classiques existent (fluoranthène/pyrène, benzo[a]anthracène/chrysène, indéno/benzo[g,h,i]perylène) ; ils sont détaillés dans la page dédiée aux ratios diagnostiques de la géochimie inorganique puisque le principe est analogue à celui utilisé sur les éléments traces.
Hydrocarbures pétroliers : périmètre actuel du catalogue
La page est intitulée « HAP et hydrocarbures » parce qu'elle a vocation à couvrir à terme aussi les hydrocarbures pétroliers aliphatiques et monoaromatiques : BTEX (benzène, toluène, éthylbenzène, xylènes), TPH (Total Petroleum Hydrocarbons), hydrocarbures indice C10-C40. Dans la version courante du catalogue, seuls les HAP polycycliques sont intégrés. Les BTEX et TPH sont gérés manuellement dans la vue Géochimie élémentaire d'un échantillon, sans liaison automatique au moteur CSIA ni au bridge Nexus.
L'extension du catalogue aux BTEX est à l'étude et sera cohérente avec les autres familles : seuils DCE (benzène 10 µg/L eau potable, toluène 700 µg/L, etc.), voies de dégradation aérobie et anaérobie documentées, fractionnements isotopiques riches sur δ¹³C et δ²H. La famille est bien couverte par la littérature CSIA et bénéficiera directement du couplage au moteur de simulation.
Accès via l'API
Les données HAP sont accessibles via les endpoints du module molécules, en filtrant sur la famille.
| Endpoint | Usage |
|---|---|
| GET /api/molecules/reference/catalogue?famille=HAP | Liste des 19 HAP de référence |
| POST /api/molecules/catalogue/seed/HAP | Pré-remplit le projet avec la famille HAP |
| GET /api/molecules/csia/Naphtalène/pathways | Liste les voies de dégradation tabulées pour le naphtalène |
| POST /api/molecules/csia/resolve | Résolution CSIA avec préférence pour l'élément H ou C |
| POST /api/molecules/csia/dual | Dual isotope δ¹³C / δ²H pour diagnostic mécanistique |
Pour aller plus loin
- Isotopie CSIA : principes du fractionnement composé-spécifique, utile pour comprendre l'avantage du δ²H sur les HAP.
- Voies de dégradation : ensemble des 50 voies tabulées.
- Ratios diagnostiques : ratios pétrogénique vs pyrogénique et autres diagnostics de source.
- Base de référence : structure détaillée du catalogue moléculaire.