Spéciation et biodisponibilité de métaux dans les eaux naturelles
Les recherches réalisées dans ce programme
visent à élucider les relations existant entre les formes de métal (c.-à-d. leur spéciation) et leurs effets biologiques. Le terme «spéciation» comprend à la fois les formes de métaux présentes dans les eaux naturelles, les espèces qui se forment à la surface des cellules biologiques, et la distribution des métaux dans le milieu intra- cellulaire. Il s’agit en effet d’un continuum entre la spéciation des métaux dans le milieu d’exposition (bio-disponibilité) → spéciation «extracellulaire» à la surface des cellules (uptake) → spéciation «intracellulaire» (détoxication).
Pour plusieurs métaux bivalents (ex. Cd, Cu, Pb, Zn) et pour des milieux artificiels étudiés au laboratoire, il existe beaucoup d’évidence à l’effet que la réponse biologique provoquée par le métal dissous dépend de la concentration de l’ion métallique libre, Mz+. Pour un organisme
aquatique donné, les effets biologiques d’un métal dissous vont également dépendre de divers autres facteurs environnementaux (ex. pH, dureté, [Ca], salinité, [matière organique dissoute]). Ces facteurs peuvent, en principe, agir de deux manières : directement sur l’organisme, en influant sur sa physiologie et donc sa sensibilité au métal et, indirectement, en influençant notamment la spéciation du métal dans le milieu. Le présent programme vise le développement d’un modèle général pour prédire la biodisponibilité des métaux traces chez les organismes aquatiques. Ce modèle devra tenir compte de la spéciation du métal ainsi que de l’influence directe de divers facteurs environnementaux : la matière organique dissoute, le calcium, la salinité et le pH.
Nos recherches comprennent des éléments de chimie analytique, de (géo)chimie environnementale et de toxicologie aquatique. D’abord, on vise le développement de méthodes analytiques fiables pour déterminer la spéciation de certains métaux traces dissous, aussi bien dans les eaux naturelles que dans les milieux synthétiques utilisés pour des bioessais; nous nous intéressons à des métaux essentiels (ex. Cu, Zn) ainsi qu’à des métaux non essentiels (ex. Al, Ag, Cd, Hg). L’application de telles méthodes analytiques à des eaux naturelles permet d’étudier le comportement géochimique de ces métaux et d’identifier/quantifier les facteurs qui contrôlent leur spéciation et leur mobilité. Finalement, on poursuit des recherches écotoxicologiques complémentaires sur ces mêmes métaux, dans le but d’élucider les relations existant entre les formes de métal présentes dans les eaux naturelles et leurs effets biologiques. Pour les métaux cationiques et leurs complexes hydrophiles, nous avons choisi comme point de départ le “Modèle du ligand biotique” (BLM ou
Biotic Ligand Model), compte tenu de sa capacité
indéniable de rationaliser la grande majorité des données toxicologiques obtenues au laboratoire,
dans des milieux artificiels. Il s’agit ici de tester les limites du BLM dans des conditions réalistes, notamment en ce qui concerne le pH, la salinité, la présence de ligands organiques naturels et la présence de métabolites assimilables, de poids moléculaire faible.
Cette validation du modèle fait appel à des expériences de prise en charge (uptake), où l’on suit de près la cinétique des réactions impliquées (adsorption à la surface biologique; transport à travers la membrane biologique; complexation intracellulaire) et à des bioessais. Les cibles biologiques sont exposées aux métaux, en contrôlant avec soin la spéciation du métal dans le milieu d’exposition. La manipulation de la spéciation des métaux dans le milieu externe permet d’explorer les limites du modèle et de le raffiner / CRSNG-Subvention à la découverte ; Chaire de recherche du Canada en Écotoxicologie des métaux / Coll.: C. Fortin, S. LeFaucheur, A. Boullemant et F. Maloney (INRS).
Évaluation des risques écologiques des opérations minières à Chibougamau, Québec
La communauté Cree d’Oujé-Bougoumou s’inquiète des effets cumulatifs des opérations minières qui se déroulent sur son territoire traditionnel depuis environ 50 ans. Dans leurs discussions récentes avec le gouvernement du Québec, il a été convenu que l’on devrait réaliser une évaluation des risques posés par ces opérations minières sur la population humaine et sur l’écosystème (aquatique). Le présent projet ne concerne que ce second volet (évaluation des risques écologiques) et il implique une coordination des activités d’échantillonnage et d’analyse qui sont réalisées par Environnement Québec. / Grand Conseil des Cris / Coll.: D. Laliberté (Environnement Québec), P. Wertman (Grand Conseil des Cris), E. Neiboer (U. McMaster).
Biodisponibilité du mercure envers les micro-organismes aquatiques
Au Québec, les concentrations en mercure (Hg) chez les poissons piscivores de nos lacs tempérés et subarctiques dépassent régulièrement les normes émises pour la consommation humaine, représentant ainsi un danger pour la santé des utilisateurs de la ressource halieutique (oiseaux et petits mammifères piscivores, humains). Le processus clé entraînant une hausse de la neurotoxicité et de la capacité d’accumulation du mercure est sa méthylation en méthylmercure (MeHg) par les bactéries sulfato-réductrices. Afin d’être ainsi méthylé, le mercure doit tout d’abord franchir la membrane de la bactérie. Une fois le MeHg produit et excrété par les bactéries,
il doit à nouveau franchir les membranes des organismes à la base du réseau trophique, soit les producteurs primaires tels que les algues. Or, malgré des décennies de recherche soutenue dans le domaine, on ne connaît pas bien les formes chimiques de mercure capables d’effectuer ce transfert transmembranaire chez les bactéries et les algues. Cette information est nécessaire afin de pouvoir comprendre et prédire la disponibilité du mercure dans différents écosystèmes ayant différentes caractéristiques physico-chimiques.
La compréhension des voies de pénétration du Hg au sein des micro-organismes est nécessaire à la prédiction 1) du pouvoir de méthylation du Hg au sein d’un compartiment environnemental (sédiments, colonne d’eau, banc de neige, eau de fonte, etc.) et 2) du transfert du mercure entre le milieu ambiant et le premier maillon de la chaîne trophique (phytoplancton). Notre projet propose une approche innovatrice afin de résoudre cette problématique fondamentale et les résultats de cette recherche pourraient grandement accélérer les progrès au sein d’axes connexes, tels que l’évaluation du risque lié au Hg. / FQRNT – Équipes de recherche. / Coll.: M. Amyot et A. Poulain (Université de Montréal); C. Fortin, S. Le Faucheur et Y. Tremblay (INRS).
Expertise sur la géochimie aquatique et sur l’écotoxicité des éléments chimiques contenus dans l’effluent du projet d’usine de Goro Nickel dans le milieu marin du lagon de la Nouvelle-Calédonie
Le présent projet a pour objet la réalisation d’une expertise sur la géochimie aquatique et sur l’écotoxicité des éléments chimiques contenus dans l’effluent du projet d’usine de traitement hydrométallurgique de minerai de nickel et de cobalt de la société Goro Nickel dans le milieu marin du lagon de la Nouvelle-Calédonie. / Gouvernement de la Province du Sud, Nouvelle Calédonie / Coll.: J.-C. Massabuau (Université de Bordeaux), B. Roux (Université de Montpellier), C. Monnin (Université de Toulouse).
Expertise sur la restauration du lac Heney
Au début des années 1990, le gouvernement du Québec a autorisé l’implantation d’une pisciculture sur le lac Heney (Gatineau, Québec). Grâce aux apports en phosphate provenant de la moulée utilisée pour nourrir les poissons, le lac est rapidement devenu eutrophe. Les riverains ont réussi à faire annuler le permis d’opération de la pisciculture, et suite à un règlement hors cour, le Comité paritaire du lac Heney dispose d’un fonds pour restaurer le lac. Un plan de restauration a été préparé, mais avant de procéder, le Comité paritaire a décidé de faire évaluer le plan par des
experts externes. Ce projet consiste donc à analyser l’ensemble de données limnologiques disponibles sur le lac Heney et à statuer sur les chances de succès du plan de restauration proposé. / Comité paritaire du lac Heney. / Coll.: F. Pick (Université d’Ottawa), G. Nürnburg (Freshwater Research Inc.).