Incidence des émissions d’origine agricole et industrielle sur la toxicité des métaux dans les Grands Lacs et le bassin de la rivière Grand

David Lean, professeur, Université d’Ottawa, 2001 - 2004
Enjeu

La contamination des poissons par le mercure est généralisée dans l’ensemble de la région tempérée du nord. En effet, selon les analyses réalisées sur les plus gros poissons, cette contamination dépasse actuellement les seuils des lignes directrices pour la consommation humaine. Les éléments nutritifs provenant de l’agriculture et des activités urbaines contribuent à créer des conditions favorables à la formation de méthylmercure (MeHg), une forme toxique de ce métal qui s’accumule dans les chaînes alimentaires. La réglementation sur les métaux de plus en plus suivie dans le cadre d’activités industrielles et agricoles repose actuellement sur des mesures de concentrations des métaux totaux. Toutefois, on a longtemps pensé que les niveaux de métaux « libres », ou facilement échangeables, étaient des prédicteurs plus fiables de la toxicité due au mercure. En déterminant la spéciation des métaux dans les eaux douces et en reliant ces données à l’enrichissement en éléments nutritifs, à la biodisponibilité et aux effets toxicologiques, ce projet s’est penché sur l’une des principales lacunes dans les connaissances nuisant actuellement à la mise en place de solides critères de qualité de l’eau. 

L'équipe de recherche a examiné (dans le réseau de la rivière Grand et du lac Érié) les facteurs qui influencent la biodisponibilité et la toxicité du cuivre, du nickel, du cadmium, du zinc et du plomb, et a évalué les effets de la présence de manganèse et de calcium sur la toxicité des métaux.  

Projet

L’étude a porté sur la capacité du carbone organique dissous (COD) à lier les métaux, en prenant des mesures à partir de la source de la rivière Grand jusqu’à son embouchure dans le lac Érié. Les résultats ont été intégrés à ceux d’autres études portant sur des zones allant du lac Supérieur jusqu’au fleuve Saint-Laurent. Les chercheurs se sont intéressés à l’incidence de l’agriculture sur la production de MeHg. Ils ont étudié la spéciation chimique du mercure dans l’eau, les sols et les sédiments à l’aide de nouvelles techniques, jusqu’à 1 000 fois plus sensibles que les autres méthodes disponibles.

On a trouvé des concentrations élevées de MeHg dans bon nombre de zones humides et de rivières dans l’est et le sud de l’Ontario. Les concentrations de MeHg et de mercure total dans les lacs et les rivières étaient souvent liées à celles du COD, mais, bien que ce lien ait été évident dans les rivières, on ne l’a pas observé dans les milieux humides. Dans les zones humides, la mesure des atomes liés au COD s’est avérée un meilleur prédicteur du taux de mercure, ce qui indique un effet protecteur contre la dégradation par les UV. Toutefois, des études de spéciation et de toxicité chimiques ont révélé que l’exposition aux UV réduisait considérablement les propriétés de liaison métallique du COD, ce qui donne à penser que les effets protecteurs sont de relativement courte durée.

Les chercheurs ont réalisé des bioessais – des procédés chimiques permettant de mesurer les effets d’une substance sur les organismes vivants – afin d’évaluer les effets du cuivre et du manganèse sur la productivité du phytoplancton. Selon les résultats, les recommandations canadiennes pour la qualité des eaux étaient suffisantes pour pallier les effets d’ajouts de cuivre dans des échantillons d’eau douce prélevés dans le lac Érié et la rivière Grand, mais on a constaté que le phytoplancton était très sensible à l’ajout de cuivre dans le lac Supérieur, probablement en raison des faibles niveaux ambiants de manganèse.

Produits
  • Le projet a donné lieu à la rédaction de six publications évaluées par des pairs.
  • La formation, qui représentait l’une des forces du programme de recherche, a profité à 16 professionnels hautement qualifiés : un boursier postdoctoral, deux étudiants au doctorat et treize étudiants à la maîtrise ès sciences.
  • L’équipe de recherche a activement diffusé les résultats de l’étude en participant à plusieurs conférences et ateliers.  Au cours de l’un de ces ateliers, organisé par la Commission mixte internationale, le professeur Lean a été invité à présenter un aperçu du problème des émissions de mercure dans le cadre d’un atelier réunissant plus de 300 participants. 
Résultats
  • La compréhension de l’incidence des espèces métalliques permettra de définir des contrôles réglementaires nécessaires pour la protection de l’environnement. Afin de les aider à mieux gérer l’exportation d’éléments nutritifs, les responsables du projet en ont communiqué les résultats aux industries suivantes : (i) mines et transformation des métaux; (ii) hydroélectricité; et (iii) agriculture.
  • Ils ont également partagé les résultats avec plusieurs gouvernements dans l’espoir de les aider à assurer un meilleur contrôle des effluents industriels, agricoles et municipaux en vue de protéger l’environnement contre les espèces toxiques.
  • La connaissance des répercussions de la qualité de l’eau sur l’environnement favorisera le développement industriel responsable et durable sur le plan écologique, ainsi que la croissance économique.
  • Le projet a également permis d’examiner les recommandations actuelles sur la qualité des eaux et de tester rigoureusement l’applicabilité des critères en la matière. Plutôt que de suivre la pratique actuelle consistant à classifier les métaux totaux comme toxiques, on a établi la qualité de l’eau en fonction de la toxicité réelle des espèces de métaux, ce qui permettra aux exploitants de réseaux d’eau de cibler les éléments nuisibles des métaux. De telles pratiques donnent lieu à une réglementation plus efficace de la qualité de l’eau, ce qui améliore ultimement la santé humaine et celle de l’environnement.
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Équipe de Recherche et Partenaires:

Équipe de Recherche

David Lean, professeur, Université d’Ottawa
Chuni Chakrabarti, professeur, Université de Carleton
Michael Twiss, professeur, Université de Ryerson

Partenaires

Conseil national de recherches du Canada
Ressources naturelles Canada
Inco ltée
Ontario Power Generation
Falconbridge ltée
ICI Canada Inc.