Circulation du mercure entre les sédiments, l'eau et les macrophytes enracinés.

UNIVERSITE DU QUEBEC

, A

MEMOIRE DE MAITRISE

PRESENTE A

L'INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

INRS-Eau

par

Claude Leblanc

Circulation du mercure entre les sédiments,

l'eau et les macrophytes enracinés.

Au Dr. Pierre Couture, pour sa supervision éclairée et la richesse de sa pensée;

Au Dr. Peter Campbell, pour son précieux enseignement scientifique; .

Au Dr. Raynald Côté de l'UQAC, pour la critique du présent texte;

A Bertrand Dubreuil, Bernard Veilleux, Carole Guay, Michèle Bordeleau et Nicole Drouin, pour les analyses de laboratoire;

A Roger Beauchemin, Pierre Leblanc, Benoit Hamel et Marcel Gaucher, pour le travail de terrain;

A Lise Raymond, pour la dactylographie;

A André Parent, pour le graphisme;

A Marie-Paule, Benoit et Orange, pour leur encouragement constant.

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS ... i

TABLE DES MATIERES i i

LISTE DES TABLEAUX vi

LISTE DES FIGURES xi

LISTE DES ANNEXES xiii

LISTE DES ABBREVIATIONS ... xv RESUME ... xvi

INTRODUCTION ... xx

1. PROBLEMATIQUE 1

1.1 Transport et destin du mercure dans un système fluvial ... . 1

1.2 Une composante biotique intégratrice de la qualité du milieu:

les macrophytes ... 6 1.3 L'eau interstitielle: un compartiment important dans la

circulation du mercure des sédiments vers les plantes ... ... 8

1 1 1

2. PRESENTATION DU MILIEU ETUDIE 13

2.1 Situation géographique et géologie régionale ... . 13

2.2

2.3 Acti vi tés anthropiques ... . 15

3. 3.1 3.2 3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.4 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.6

4.

MÉTHODOLOGIE n'ÉCHANTILLONNAGE ET n'ANALySE

...

.

Calendrier et buts des campagnes d'échantillonnage ... . Choix des espèces étudiées . . . . Choix des stations ... . Méthodes d'échantillonnage et de conservation ... .. . . Campagne d'été 1984 ... . Campagne d'automne 1984 . . . . Campagne d'été 1985 ... . Comparaisons des méthodes ... . Méthodes d'extraction et d'analyse ... . Campagne d'été 1984 ... . Campagne d'automne 1984 . . . . Campagne d'été 1985 ... . Contrôle de la qualité . . . .

RESULTATS

Vérification des critères de sélection des stations en fonction

21 21 24 34 37 37 39 44 50 52 52 53 53 57 59 59 59

de la nature et de la qualité physico-chimique des sédiments... 69

4.1.3 Composition chimique de Potamogeton epihydrus ... 70

4.1.4 Relation entre les concentrations en mercure dans les sédiments et les plantes 75 4.2 Campagne d'automne 1984 ... ... 76

4.2.1 Eau interstitielle et de surface ... 76

4.3 Campagne d'été 1985 ... 82

4.3.1 Sédiments.. . . 82

4.3.2 Eau interstitielle et de surface ... ... 86

4.3.3 Plantes ... 97

5. TRAITEMENT DES RESULTATS ET DISCUSSION ... ... 105

5.1 Schéma initial de prise en charge du mercure par les plantes ... 105

5.2 Distribution du mercure dans les plantes ... ... .... 115

5.3 Influence de la qualité du milieu sur les concentrations en mercure dans les sédiments, l'eau interstielle et de surface 119 5.3.1 Sédiments-analyse de la qualité physico~chimique ... 119 5.3.2 5.3.3 5.4 5.4.1 5.4.2 5.5 Sédiments-variabilité temporelle Eau interstitielle et de surface

Influence de la qualité du milieu sur la prise en charge du mercure par les plantes aquatiques ...

Influence de la chimie des eaux de surface ...

Influence de la chimie des eaux interstitielles ...

Mobilité du mercure à l'intérieur des plantes ... .

iv 129 131 141 141 144 149

CONCLUSION . . . 158

ANNEXE . . . 161

BIBLIOGRAPHIE . . . 191

Tableau 1: Tableau 2: Tableau 3: Tableau

4:

LISTE DES TABLEAUX

Composés, facteurs ou processus impliqués dans la mise

en circulation du mercure ... ... 3

Influence des plantes aquatiques sur leur micro-environnement

Charges journalières théoriques en DBOs et en différents métaux pour les principales municipalités situées en amont du secteur étudié (kg/jour)

Calendrier des visites et des échantillonnages pour

10

17

l'ensemble de l'étude ... 25 Données abiotiques telles qu'observées et analysées à

partir des échantillons récoltés le 24 août 1984 et les

13 et 14 août 1985 aux stations 4,6 et 19 ... 38 Méthodes de préservation et délais d'analyse pour les

sédiments, les plantes et l'eau interstitielle lors des

campagnes d'été et d'automne 1984 ... ... 43 Combinaisons des échantillons d'eau en fonction des états

d'oxydation observés qualitativement

Préservatifs, méthodes d'entreposage et délais d'analyse pour les échantillons d'eau, de sédiments et de plantes

47

récol tés à l'été 1985 ... 48

Tableau 10: Types d'appareils, limites de détection et précision des

mesures pour les analyses de l'eau récoltée en 1985 ... 54 Tableau Il: Appareils utilisés, limites de détection et précision des

mesures pour les analyses de sédiments récoltés en 1985. 56 Tableau 12: Granulométrie des sédiments récoltés à l'été 1984

Tableau 13: Synthèse des résultats d'analyse granulométrique, de

%

%

Tableau 14: Résultats des analyses de variance à facteur unique (test de Kruskal-Wallis) effectuées à partir des résultats de

60

64

l'ensemble des stations . . . 66 Tableau 15: Résultats des analyses de variance à facteur unique (test

de Kruskal-Wallis) effectuées à partir des résultats des

stations 4, 6 et 19 . . . 67 Tableau 16: Composition chimique de

f.

House récolté à l'été 1984 71

Tableau 17: Composition chimique de

f.

et dans les parties vertes submergées et les rhizomes

72

chez P. epihydrus, récolté en 1984 . . . 74

Tableau 19: Relations observées entre les concentrations en mercure dans les plantes et dans les sédiments - revue de

li ttérature ... 77

Tableau 20: Qualité physico-chimique de l'eau interstitielle et de

surface récoltée à l'automne 1984 (station 4) . . . 79

Tableau 21: Résultats des analyses physico-chimiques effectuées sur

les sédiments récoltés à l'été 1985 . . . 83

Tableau 22: Résultats des tests de Mann-Whitney entre chaque sous-station pour les paramètres analysés dans les sédiments

récol tés à l'été 1985 . . . 85

Tableau 23: Comparaison de la qualité physico-chimique des sédiments

récoltés en 1984 et en 1985 . . . . . . . 87

Tableau 24: Concentrations en mercure dans l'eau interstitielle,

analysées par différents auteurs ... ... 95

Tableau 25: Profondeur de la zone anoxique et paramètres considérés

dans sa délimitation, dans les sédiments récoltés en 1985 98

Tableau 27: Concentrations en mercure analysées chez Sparganium sp.

récol té à l'été 1985 . . . 102

Tableau 28: Concentrations en mercure analysées chez différentes espèces de Potamogeton et de Sparganium par différents auteurs

Tableau 29: Facteurs de concentration pour l'assimilation du mercure par

R.

104

des sédiments ... 111

Tableau 30: Concentrations en mercure analysées chez

R.

souterraines de

R.

116

zone oxique ou anoxique des sédiments ... 118

Tableau 32: Coefficients de corrélation significatifs calculés avec les différents paramètres dans les sédiments, à partir des

données non transformées et transformées (10g10 ) . . . . . . 121

Tableau 33: Relations entre les concentrations en mercure dans les sédiments et la qualité physicochimique du substrat

-revue de littérature ... 122

Tableau 34: Corrélations significatives retenues entre les différents

paramètres dans les sédiments ... 127 Tableau 35: Résultats d'analyse de l'eau de surface, de l'eau

interstitielle oxique et de l'eau interstitielle anoxique 132 Tableau 36: Résultats obtenus sur la spéciation du Hg dans l'eau

interstitielle et de surface par le modèle MINTEQ

Tableau 37: Comparaison des rapports [Hg]/[Cl] et [Hg]/[Corg. d.] dans l'eau de surface avec les concentrations en Hg analysées dans les tiges et les feuilles chez

R.

Tableau 38: Comparaison des rapports [Hg]/[Corg.d.], [Hg]/[Fe] et

[Hg]1

concentrations en Hg analysées dans les parties souterraines chez P. epihydrus et Sparganium sp.

x

135

142

Figure 1: Figure 2: Figure 3: Figure 4: Figure 5: Figure 6a: Figure 6b: Figure 6c: Figure 6d: Figure 6e: Figure 7:

Localisation du secteur étudié et des stations

d'échantillonnage... 14

Morphologie des tiges et des feuilles chez ~. epihydrus Arrangement des rhizomes chez P. epihydrus

Types d'arrangement des rhizomes chez P. lucens en

27

29

croissance ... 30 Variation du pH, du fer et des sulfates dans l'eau

interstitielle et de surface récoltée à l'automne 1984

(station 4) . . . 81

Graphiques des résultats d'analyse de l'eau interstitielle

et de surface en fonction de la profondeur (pH et S04) .... 89

Graphiques des résultats d'analyse de l'eau interstitielle

et de surface en fonction de la profondeur (Cl et Corg.d.). 90

Graphiques des résultats d'analyse de l'eau interstitielle et de surface en fonction de la profondeur (Ca et Mg) .. ... 91

Graphiques des résultats d'analyse de l'eau interstitielle

et de surface en fonction de la profondeur (Fe et S2-) .... 92

Graphiques des résultats d'analyse de l'eau interstitielle et de surface en fonction de la profondeur (Hg) .... ... 93 Schéma simplifié de la prise en charge du mercure par

P. epihydrus ... 108

Figure 8: Schéma simplifié de la prise en charge du mercure par

Sparganium sp. ... 109 Figure 9: Sédiments oxiques, mercure en fonction de la granulométrie,

données transformées (10g10) 123

Figure 10a: Sédiments anoxiques, mercure en fonction de la

granulométrie, données non-transformées ... ... 124 Figure lOb: Sédiments anoxiques, mercure en fonction de la

granulométrie, données transformées (10g10) 124 Figure lIa: Sédiments totaux, mercure en fonction de la

granulométrie, données non-transformées ... ... 126 Figure lIb: Sédiments totaux, mercure en fonction de la granulométrie,

données transformées (10g10) 126

Figure 12: Schéma global de la prise en charge du mercure par

~. epihydrus ... . 154 Figure 13: Schéma global de la prise en charge du mercure par

Sparganium sp. ... 155

Annexe 1: Annexe 2: Annexe 3: Annexe 4: Annexe 5: Annexe 6: Annexe 7: Annexe 8: Annexe 9: Annexe 10: Annexe Il:

Concentrations en métaux traces chez différentes espèces de Potamogeton ... . Qualité de l'eau au pont-route 157, à Shawinigan (1985) Critères de qualité pour les métaux dans le milieu

162 165

aquatique ... 167 Notes et observations effectuées lors de la première

visite de terrain à l'été 1984 ... ... 169 Mesures et observations effectuées lors de la troisième

visite de terrain à l'été 1984 ... 171 Observations, lectures de potentiel redox et combinaisons

correspondantes effectuées sur les tranches de sédiment récolté en 1985

Modes de calcul des limites de détection et de précision

173

des mesures ... 175 Protocole de digestion des échantillons d'eau pour le

dosage du mercure sur de petits volumes 177 Protocole de digestion des sédiments pour l'analyse du

fer et du manganese ... 179 Protocole de digestion des sédiments et des plantes pour

l'analyse du mercure ... ... 181 Teneurs en carbone organique, minéraux, mercure et autres

métaux traces analysés dans les sédiments récoltés au

cours de l'été 1984 ... ... 183

Annexe 12: Annexe 13:

Qualité de l'eau interstitielle récoltée à l'été 1985 Concentrations analysées dans les sédiments oxiques et anoxiques et lorsque toute la colonne de sédiment est

187

considérée ... 190

abs. bourg.

DCO

demande chimique en oxygène

eau interstitielle

eau interstitielle anoxique

eau interstitielle oxique

eau de surface

feuille

plante entière

rhizome pour ~. epihydrus

racine pour Sparganium sp.

sédiment sédiment anoxique sédiment oxique moyenne écart-type

xv

RESUME

Lors d'évaluations d'état de la contamination de l'environnement, les plantes et les sédiments sont souvent utilisés comme indicateurs. Cependant, la qualité de ces deux types d'échantillons est souvent évaluée séparément. La présente étude propose une approche qui permet l'élaboration d'un schéma global du transport du mercure entre les sédiments, l'eau et les macrophytes enracinés. L'approche utilisée est systémique et se base essentiellement sur l'étude de la qualité du milieu et des relations entre les trois compartiments.

Les échantillons ont été récoltés sur la rivière Saint-Maurice, en face de la municipalité de Shawinigan. Les industries chimiques, les usines de pâtes et papiers et les eaux usées municipales sont les principales sources de contamination sur cette rivière. Les campagnes d'échantillonnage se sont déroulées en trois étapes au cours desquelles les opérations suivantes furent réalisées: i) choix des stations et des especes et pré-échantillonage (été 1984), ii) essai des dialyseurs en milieu lotique (automne 1984), iii) échantillonnage final des eaux, des sédiments et des plantes (été 1985). Les espèces étudiées sont Potamogeton epihydrus et Sparganium sp.

L'échantillonnage d'été 1984 a révélé que les sédiments de la rivière sont principalement constitués de sable fin et grossier, et contiennent des débris et des fibres de bois qui enrichissent les sédiments en matériel organique. Les concentrations en mercure dans les sédiments et les plantes sont

a une relation positive entre les concentrations en mercure dans les sédiments, les rhizomes et les parties vertes.

Les analyses d'eau de surface et interstitielle récoltée à l'automne 1984 ont démontré des concentrations en mercure supérieures à la limite de détection. Ces concentrations étaient toutefois très variables en fonction de la profondeur.

Ce sont principalement les données récoltées à partir de l'échantillonnage d'été 1985 qui ont servi pour l'élaboration du schéma de circulation du mercure. Le schéma initial proposé est basé sur l'hypothèse que le mercure analysé dans les parties souterraines provient des sédiments et que celui analysé dans les tiges et les feuilles provient de l'eau de surface. L'influence de la qualité physico-chimique du milieu sur la prise en charge du mercure par la plante de même que les phénomènes possibles de translocation du mercure ont ensuite été pris en considération.

Il ressort de l'étude que:

i) les plantes concentrent plus fortement le mercure là où les concentrations en mercure sont les plus élevées dans les sédiments et l'eau

interstitielle, et là ou les sédiments sont de granulométrie plus grossière;

ii) la proportionalité entre les concentrations en mercure dans les sédiments et les parties souterraines chez les deux espèces est meilleure dans la zone anoxique que dans la zone oxique;

iii) il n'y a pas de relation entre les concentrations en mercure dans l'eau interstitielle et les parties souterraines;

iv) les variabilités spatiale (1985) et temporelle (1984-1985) des

concentrations en mercure dans les sédiments sont liées statistiquement aux concentrations en manganèse (variabilité temporelle uniquement) et en fer dans les sédiments;

v) dans l'eau de surface, les concentrations en mercure dissous varient dans

le même sens que le pH et les concentrations en chlorures; tandis que dans l'eau interstitielle, ce sont le carbone organique dissous, le fer et les sulfures qui varient dans le même sens que les concentrations en mercure.

Les schémas globaux de circulation du mercure ont été construits en tenant compte des principaux sites de prise en charge, des facteurs qui régissent la prise en charge du mercure par les différentes parties de plantes et des principales voies de migration du mercure à l'intérieur des plantes.

Selon ces schémas, une partie du mercure absorbé chez

f.

partir des sédiments anoxiques serait ensuite transportée vers les feuilles. L'absorption du mercure par les tiges à partir de l'eau de surface serait

processus qui expliquerait les concentrations analysées dans les feuilles.

Chez Sparganium sp., une partie du mercure absorbé par les racines à partir des sédiments anoxiques serait transporté vers les feuilles. Ce transport acropète serait fortement impliqué dans l'état de contamination des feuilles puisque celles-ci absorberaient très peu le mercure à partir de la colonne d'eau.

INTRODUCTION

La partie des sciences environnementales qui traite spécifiquement des phénomènes de distribution et de bioaccumulation des contaminants dans l'environnement est une discipline assez récente. Les utilisateurs du milieu, les gestionnaires de l'environnement et la conscience environnementale croissante de notre société ont amené les chercheurs à élaborer des méthodes d'évaluation d'impact de divers contaminants dans l'environnement. Ceci a permis le développement de bioessais maintenant standardisés dans plusieurs pays.

Les tests toxicologiques pratiqués sur les organismes aquatiques sont utiles pour évaluer les effets potentiels des substances chimiques (Quevat, 1981). Ils sont nécessaires dans le processus d'évaluation des dangers que représentent les substances toxiques pour l'environnement. Ils aident à prévoir l'influence conjuguée de différents éléments ou de mélanges d'effluents sur les organismes testés (Aubert, 1981). Par contre, ces tests donnent peu d'indication sur les conséquences des rejets au niveau des fonctions et des structures des communautés indigènes. De plus, comme l'ont rapporté Lavallée et al. (1984), l'évaluation de la toxicité relative peut être biaisée par les effets d'acclimatation ou d'adaptation des organismes testés qui sont maintenus dans les milieux de culture contrôlés. Lorsque les tests toxicologiques sont pratiqués in situ ou lorsqu'ils reconstituent les chaines trophodynamiques du milieu, ces tests sont alors pratiqués dans une perspective écotoxicologique: les résultats obtenus ont une signification environnementale plus fiable que les tests toxicologiques.

on living organisms, especially on populations and communities within defined ecosystems; it includes the transfer pathways of those agents and their interactions with the environment".

François Ramade, auteur du volume didactique "Écotoxicologie" publié en 1977, nous rappelle, en 1985 (communication personnelle, congrès de l'ABQ, 22-24 nov. 1985), la nécessité et l'intérêt des études écotoxicologiques dans la recherche d'une meilleure compréhension de la dynamique des processus environnementaux.

De telles études ne sont pas couramment utilisées par les

gestionnaires du Québec pour l'évaluation des impacts reliés à une contamination. Une des principales difficultés reliées à la standardisation des tests écotoxicologiques réside dans le choix des paramètres utiles à la détection d'effets insidieux ou directs sur les communautés. Par exemple, Couture et al. (1987) ont conclu de leur étude portant sur les communautés

phytoplanctoniques in situ que les rapports P/B (P/B: production / biomasse (~g

carbone / ~g chlorophylle a/heure)) et ATP/AMP (adénosine triphosphate /

adénosine monophosphate) sont utiles pour identifier des changements

métaboliques alors que les résultats obtenus à partir des paramètres

structuraux de la communauté (diminution de la biomasse, modification de la structure de la communauté) ne peuvent être concluants étant donné la trop

courte durée de l'expérience par rapport au temps requis pour l'observation de ces paramètres.

Le ministère de l'Environnement d~ Québec, de par son mandat attribué au contrôle de la qualité des rejets municipaux et industriels, utilise cependant des bioessais en laboratoire. A l'aide,d'un réseau de surveillance de la qualité des rivières, il suit parallèlement la qualité des milieux récepteurs de ces effluents. En particulier, la contamination mercurielle des eaux naturelles au Québec fait partie de ce réseau de surveillance. Ce Ministère a élaboré des critères de qualité pour le mercure dans l'eau, les sédiments et le biota, dont les plantes aquatiques. Ces critères, élaborés à partir d'une revue de littérature et des connaissances de la qualité du milieu acquises lors de progammes dl échantillonnage, ne tiennent pas nécessairement compte des interrelations entre les plantes aquatiques et les sédiments pour ce qui est du transfert du mercure entre ces deux compartiments.

Plusieurs auteurs ont tenté de découvrir les relations qui existent entre les concentrations en mercure dans les sédiments et les plantes aquatiques. Mais aucun n'a considéré en même temps le compartiment intermédiaire, celui qui permet le transport du mercure des sédiments vers les parties souterraines: l'eau interstitielle.

L'objectif du présent mémoire est donc de proposer une approche systémique "in situ" qui permettra d'élaborer un modèle conceptuel de circulation du mercure contenu dans les sédiments vers deux espèces de macrophytes enracinés (plantes vasculaires supérieures aquatiques). Cette

méthode, élaborée dans une perspective écotoxicologique, permettra d'acquérir des données fiables sans qu'une connaissance de tous les procèssus chimiques et physiologiques impliqués n'ait été approfondie.

-1-Chapitre 1

1. PROBLEMATIQUE

1.1 Transport et destin du mercure dans un système fluvial

Il a souvent été démontré que le système fluvial favorise le

transport du mercure sous forme particulaire ou colloïdale (Jackson et al., 1978; CNRC, 1980; Hildebrand et al., 1980; Jackson et al., 1982; Rust, 1982; Lu et al., 1983), le métal pouvant former des complexes avec la matière organique

dissoute ou particulaire (Cline et al., 1973; Lindberg

&

& Harris, 1975; Jackson et al., 1978; Ramamoorthy & Rust, 1978; CNRC, 1980;

Kerndorff

&

aussi être adsorbé ou coprécipité avec les oxydes et/ou les hydroxydes de fer et de manganèse et les argiles (Lockwood et Chen, 1973; Reimers et Krenkel, 1974; Patrick et al., 1977; NRC, 1978) de même qu'avec les minéraux sulfurés,

principalement le FeS (NRC, 1978). Les métaux échangeables et les métaux

résiduels complètent la liste des formes de mercure particulaire ou colloïdal dans le milieu naturel.

En résumé, le mercure peut se retrouver sous les formes particulaires ou colloïdales suivantes:

i) adsorbé aux silicates, aux argiles et aux minéraux sulfurés par des

liaisons ioniques ou électrostatiques;

iii) complexé avec la matière organique dissoute ou particulaire;

iv) fortement lié à la phase cristalline des particules (ex.: le cinabre).

Puisque le mercure est principalement transporté avec les particules en suspension dans un système fluvial, il devrait suivre le même destin que ces particules. L'adsorption constitue donc un mécanisme de concentration du mercure dans les zones de sédimentation ou il se répartit entre la colonne d'eau, les sédiments et le biota (Buhl et McConville. 1984), les sédiments agissant comme principal réservoir (Rogers et al., 1981; Rust, 1982) .

Il est maintenant admis par plusieurs auteurs que la répartition du mercure dans ces trois compartiments est gouvernée par des facteurs physiques, chimiques et biologiques. La répartition des formes de mercure est due à certains processus ou facteurs qui modulent la solubilité du métal dans l'eau adjacente aux particules en suspension ou aux sédiments. Le tableau 1 résume les processus directement ou indirectement impliqués dans la solubilisation du mercure en eau douce.

Ce tableau permet de bien visualiser la complexité des réactions chimiques et des processus biologiques qui contrôlent les équilibres thermodynamiques (impliquant le mercure) dans l'eau et les sédiments. Selon Patrick et al. (1977), il est difficile de prédire, par les modèles thermodynamiques, les équilibres de solubilité et la spéciation des métaux dans les sédiments et les eaux de surface étant donné la trop grande diversité qualitative et quantitative des réactions. Les phénomènes de méthylation,

-3-Tableau 1: Composés, facteurs ou processus impliqués dans la mise en circulation du

mercure. Composés, facteurs, ou processus impliqués Méthylation Matière organique Substances humiques Solides en suspension ou sédiments argileux Température Phénomènes observés Augmentation de la solubilité du Hg particulaire ou colloidal Augmentation de la méthylation du Hg dans les sédiments

Complexation du Hg

Augmentation de la capacité des sédiments à adsorber le Hg

Complexation du Hg et diminution de l'adsorption du Hg sur les solides en suspension

Méthylation du Hg par réaction chimique

Augmentation de la solubilité du Hg inorganique

Réduction (pot. réd.) des oxydes de fer et de manganèse

Adsorption du Hg

Augmentation de la méthylation du Hg avec la température

Influence le taux d'adsorption-désorption du Hg inorganique sur les solides en suspension

Auteurs Lexmond et al., 1976 Lexmond et al., 1976 Akagi et~ 1979 Cline et al., 1973 Reimer~Krenkel, 1974 Reimers et al., 1974 Patrick et al., 1977

Ramamoorthy

&

CNRC, 1980

Jackson et al., 1982

Langston

&

Ramamoorthy

&

Cline et al., 1973 CNRC, 1980

Kerndorf

&

1980 Jackson et al., 1980 Rogers et al., 1981 Lu et a~983 Nagase et al., 1984 Lu et al., 1983

Morgan

&

Reimers et Krenkel, 1974 Reimers et Krenkel, 1974 Reimers et al., 1974 Patrick et al., 1977 CNRC, 1980 Rogers et al., 1981 Jackson et al., 1982

Wright

&

mercure (suite). Composés, facteurs, ou processus impliqués pH Potentiel rédox Oxygène dissous Lumière (uv) Chlorure Oxydes et hydroxydes de fer et de manganèse Phénomènes observés Certains pH favorisent la méthylation biologique du Hg contenu dans les sédiments Modifie l'adsorption du Hg sur

les solides en suspensions

Modifie la spéciation du Hg dans le système eau-sédiment

Modifie la solubilité des

complexes Hg-substances humiques Modifie la solubilité du fer et du manganèse

Modifie la capacité d'adsorption des acides humiques pour le Hg

. Modifie l'état d'oxydation du Hg

Modifie l'affinité du Hg pour les oxydes et hydroxydes de fer et de manganèse et les substances humiques

Modifie la solubilité de Hg(O) et du Hg inorganique Favorise la photosolubilisation et la photométhylation du HgS Photoproduction de CH3Hg+ à partir de HgS Photodécomposition du HgS Augmentation de la solubilité du Hg par formation de complexes Diminution de la force

d'adsorption du Hg sur les sédiments Adsorption ou coprécipitation du Hg inorganique Auteurs Baker et al., 1983 Lu et al., 1983 Gambrell et al., 1976 Reimers et al., 1974 Gambrell et al., 1976

Kerndorff

&

1980 Jackson et al., 1980 Gambrell et al., 1976, 1980 -NRC, 1978 Gambrell et al., 1980 Reimers et al., 1974 Akagi et al., 1976 Akagi et al., 1976 Akagi et al., 1976 Jackson et al., 1978 Jackson et al., 1982

Lockwood

&

Patrick et al., 1977

Kerndorf~chnitzer,

1980

-5-Tableau 1: Composés, facteurs ou processus impliqués dans la mise en circulation du mercure (suite). Composés, facteurs, ou processus impliqués Sulfures, mercaptans et cyanures Métaux et minéraux sulfurés [Hg]tot. dissous

Cadmium, zinc, cuivre et mercure

Phénomènes observés

Complexation forte avec le Hg inorganique

Complexation forte avec CH₃Hg Forte capacité d'adsorption avec Hg inorganique

Influence la production de CH₃Hg+

Fluctuation de l'activité et de la diversité des populations microbiennes responsables de la méthylation du Hg Auteurs Reimers et al., 1974 Jackson et al., 1982 Jackson et al., 1982 NRC, 1978 Wright et Hamilton, 1982 Jackson et al., 1982 Jackson, 1984

d'adsorption-désorption, de complexation et de dissolution-précipitation sont les principaux processus de contrôle de la solubilité du mercure. Et c'est la

solubilité du mercure qui, à son tour, déterminera en grande partie sa

biodisponibilité face aux organismes vivants.

1. 2 Une composante biotique intégratrice de la qua l i té du milieu: les

macrophytes

Les divers processus de mise en solution du mercure ont une répercussion directe sur les plantes aquatiques enracinées qui colonisent et enrichissent (en carbone organique et en métaux) les zones localisées de

sédimentation. En effet, i l est bien connu que les macrophytes peuvent agir

comme réservoir et, par conséquent, comme source de métaux traces dans les zones de sédimentation (Buhl et McConville, 1984). Les travaux de Hutchinson et al. (1975), Cooley et Martin (1977), Boyd (1978), Dykyjova (1979), Mudroch (1980), Tessier et al. (1982), Buhl et McConville (1984), Miller et al. (1983) et Campbell et al. (1985) démontrent clairement la capacité des macrophytes enracinés à accumuler les métaux traces dans leurs tissus.

Plus particulièrement, la capacité d'accumulation des métaux par différentes espèces de Potamogeton a été étudiée par plusieurs auteurs (annexe

1) . Il a été rapporté par Ottawa River Project Group' (1979) et Buhl et

McConville (1984) que les plantes aquatiques jouent un rôle important dans le transport du mercure dans la chaine alimentaire, fournissant même une voie de transport direct vers la faune piscicole.

-7-Le choix d'une espèce de macrophyte pour l'étude de la circulation du mercure des sédiments vers les plantes doit tenir compte de critères tels que ceux élaborés par Tessier et al. (1982) dans leurs travaux portant sur l'évaluation des impacts des rejets miniers sur les organismes biologiques. Ces critères sont les suivants:

i) l'omniprésence et l'abondance;

ii) une tolérance pour les métaux traces;

iii) des caractéristiques anatomiques facilitant l'identification sur le terrain et la collecte des spécimens;

iv) un facteur de concentration élevé, une grande capacité de bioaccumulation; v) un système de tige et de feuilles peu ramifié afin de minimiser le rapport

surface/volume;

vi) un système racinaire et vasculaire développé, ayant une capacité d'assimilation des solutés a partir des sédiments et pouvant les transporter vers les parties supérieures de la plante.

Puisque la présente étude traite également du mercure dans l'eau de surface, nous considérons que la possibilité pour la plante d'accumuler le métal par les feuilles et/ou les tiges est également un critère de sélection.

Il a été démontré par plusieurs auteurs que les potamots sont des plantes qui, en général, concentrent fortement les métaux dans leurs tissus (Cowgill, 1973, 1974; Rayet White, 1976; Sharpe et Denny, 1976; Mclntosh et al., 1978; Welsh et Denny, 1980; Baudo et al., 1981; Gommes et Muntau, 1981; Wells et al., 1982). Plus spécifiquement, le mercure peut être accumulé par ~.

praelongus et

f.

f.

Donc, il est bien connu que l'accumulation du mercure par les macrophytes enracinés intègre les processus de mise en solution du mercure emmagasiné dans les divers réservoirs suite aux équilibres physico-chimiques et biologiques qui s'établissent entre les sédiments, l'eau interstitielle, l'eau de surface et les plantes.

1.3 L'eau interstitielle: un compartiment important dans la circulation du mercure des sédiments vers les plantes

Plusieurs études ont été menées dans le but d'établir des relations entre les teneurs en mercure dans les sédiments et/ou l'eau et les plantes aquatiques. Plusieurs d'entre elles ne permettent pas de conclure clairement à

de telles corrélations tandis que d'autres semblent beaucoup plus concluantes. Il a été mentionné à la section 1.1 que la géochimie du mercure fait intervenir des réactions et des équilibres extrêmement complexes. Il apparait dès lors évident que des mesures de concentration de mercure total seules dans les sédiments ne sont pas adéquates pour déterminer les quantités de mercure directement disponibles aux plantes, soit le mercure dissous sous forme principalement méthylée.

L'importance de la chimie des eaux interstitielles sur la mobilité et le destin du mercure dans les sédiments a été mise en évidence par Lindberg et

-9-Harris (1974) et Katsaounis (1977). Baudo et al. (1981) montrent l'importance de l'eau interstitielle dans le transfert des métaux, des sédiments vers les macrophytes enracinés. Bricker et al. (1974) suggèrent également que la qualité des eaux interstitielles influence directement le transport par diffusion des métaux jusqu'à l'eau de surface.

Plusieurs auteurs ont élaboré des modèles de prédiction de la spéciation du mercure à partir de calculs thermodynamiques (NRC, 1978; Jenne et Luoma, 1977). Le pH, le potentiel rédox, le pCl, de même que la concentration et la nature d'autres ligands sont très importants pour la modélisation de la

spéciation du mercure. Ces modèles sont toutefois inadéquat·s pour intégrer

tous les facteurs physico-chimiques et biologiques impliqués (Patrick et al.,

1977) . Les modèles thermodynamiques ne sont pas élaborés en fonction des

influences qu'exercent les espèces animales et végétales sur la physico-chimie de leur microenvironnement et ne tiennent pas compte de la cinétique de ces

réactions. En effet, les plantes aquatiques, en plus de modifier physiquement

leur microenvironnement, influencent grandement ses propriétés chimiques

(tableau 2), ce qui aura des répercussions directes sur la biodisponibilité du

mercure. Ainsi, les données thermodynamiques seules ne suffisent pas pour

expliquer la circulation du mercure des compartiments abiotiques aux plantes ni pour quantifier les concentrations de mercure disponibles à la végétation aquatique.

Pour améliorer nos connaissances dans ce domaine, la présente étude se propose d'élaborer un modèle de circulation du mercure entre l'eau de surface, les sédiments, l'eau interstitielle et les plantes aquatiques. Ce

Tableau 2: Influence des plantes aquatiques sur leur micro-environnement.

Phénomènes observés

1. Augmentation de

[Oz],

2. Oxygène relâché par les racines

- affecte la dégradation de la matière organique - favorise les processus

aérobies le jour dans la couche anoxique des sédiments avoisinant les racines

- affecte l'assimilation des nutrients par la plante 3. Modification du profil de pH, de potentiel rédox, de [Fe] et de [Mn] dans l'eau interstitielle Espèces Myriophyllum verticillatum Isoetes lacustris Auteurs Carpenter et al., 1983 Sand-Jensen et al., 1982 Sand-Jensen et al., 1982 Sand-Jensen et al., 1982 Tessenow et Baynes, 1978

-11-modèle sera construit à partir des relations observies entre les teneurs en mercure dans les divers compartiments et les donnies de qualiti physico-chimique des sédiments et de l'eau.

-13-Chapitre 2

, , ,

2. PRESENTATION DU MILIEU ETUDIE

2.1 Situation géographique et géologie régionale

La région choisie est située en Mauricie, a la limite du massif Laurentien et des Basses-Terres du Saint-Laurent. Le secteur étudié est localisé sur la rivière Saint-Maurice et est délimité par la centrale de Shawinigan au sud et les rapides des Hêtres au nord. Les stations d'échantillonnage font face à la municipalité de Shawinigan (72°45' Ouest et 46°32' Nord, figure 1).

La géologie régionale est caractérisée par une roche en place de la série Grenville principalement constituée de paragneiss Précambrien, de quartzites et de roches carbonatées. La roche-mère est recouverte d'une couche de till d'environ 5 m d'épais puis d'argile marine interlité de sable sur laquelle repose une mince couche de sable. Selon Landry et Mercier (1983), l'argile marine est en fait constituée d'un mélange d'argile, de silt et de sable fin.

2.2 Caractéristiques hydrologiques et climatiques du bassin versant

La rivière Saint-Maurice draine un bassin versant de 42 200 km2 et

est longue de plus de 395 km. La dénivellation de la rivière est 390 m avec une pente moyenne de 1,6 rn/km (Environnement Québec, 1985).

0

-""

Figure 1: Localisation du secteur étudié et des stations d'échantillonnage. Ministère de source: l'énergie et des ressources du Québec - service de la cartographie.

-15-Huit barrages installés directement sur la rivière Saint-Maurice et

neuf autres ouvrages répartis sur les tributaires régularisent le débit. Parmi

ces 17 ouvrages, 7 sont des centrales électriques (Hydro-Québec, 1978).

A la centrale de Shawinigan, le bassin versant couvre déjà une

superficie de 42 622 km2• Le débit annuel moyen de la rivière mesuré au barrage

de Grand-Mère est de 702 m3_{/s. La moyenne des débits mensuels la plus basse est}

observée en septembre (545 m3_{/s) et la plus élevée en mai (1490 m}3

) . Le minimum

mensuel est aussi mesuré en septembre (110 m3_{/s) et le maximum mensuel en mai}

(5 193 m3_{/s). Ces données sont compilées par la Direction des études du milieu}

aquatique (ministère de l'Environnement du Québec) et proviennent de l'ensemble des données de 1919 à 1985.

Dans la région de Shawinigan, la précipitation moyenne annuelle est de 1 067 mm avec 788 mm de précipitation pluviale et de 279 mm de précipitation nivale. La température moyenne annuelle est de 4,53° C. La température minimum du mois le plus froid est de -17,3° C (janvier) et la température maximale du mois le plus chaud est de 24,9° C (juillet) (données compilées de 1951 à 1980 par la Direction de la météorologie, Menviq).

2.3 Activités anthropiques

Les terres cultivées représentent moins de 1% de la superficie du territoire. Le bassin versant est couvert à 85% de terrains forestiers et à 10% de lacs et de rivières (SPE, 1979, non publié). Les essences résineuses

composent la plus grande partie de la forêt. Selon SPE (1979, non publié), les principales utilisations de la rivière Saint-Maurice sont l'hydro-électricité, la disposition des eaux résiduaires urbaines et industrielles et le flottage du bois.

La population du bassin est d'environ 177 000 habitants, dont 90% sont concentrés à Trois-Rivières, Cap-de-Ia-Madeleine, Shawinigan, Grand-Mère et La Tuque. La municipalité de Shawinigan compte à elle seule 22 300 habitants (Affaires municipales, 1986). Toutes les municipalités rejettent leurs eaux usées sans traitement dans la rivière ou ses tributaires. Le tableau 3 donne un aperçu des charges journalières théoriques en DBOs et en divers métaux.

L'industrie représente une activité importante sur la rive ouest de la rivière. De Shawinigan à La Tuque, en amont du secteur étudié, on retrouve un grand nombre d'industries de divers secteurs. Les industries passées et actuelles les plus importantes sont, de la plus rapprochée (Shawinigan) à la plus éloignée (La Tuque):

1. B.F. Goodrich Canada Limitée

2. Le Carbure Shawinigan lnc. 3. Electro MineraIs Canada 4. Société d'électrolyse et de

chimie Alcan Limitée 5. Shawinigan Chemical

polyvinyle chloré (PVC), résines, comporés organiques

carbure de Ca, gaz acétylène, noir de fumée carbure de silicium

première transformation des métaux

chlore et soude caustique, acide sulfurique, cyanure de sodium

-17-Tableau 3: _{Charges journalières théoriques en DBO s et en différents métaux pour} les principales municipalités situées en amont du secteur étudié (kgfjour)l.

Municipalité Pop. 2 _DBO

s Pb Cu Fe

Ni

Zn

1 _{Ces valeurs ont été calculées à partir des charges théoriques données en} kgf jour fpersonne. Source: Pierre Lavallée. Évacuation des eaux usées en milieu urbain.

6 . 7 . 8 .

C o n s o l i d a t e d B a t h u r s t L i m i t é e Textile Weavers Limitée

C . I . P . - u s i n e L a T u q u e

pâtes et papiers t e x t i l e

p â t e s et papiers, revêtement

S u r 1 a r i v i è r e S a i n t - M a u r i c e , l e s i n d u s t r i e s d e p â t e s e t p a p i e r s o n t alimentées per le bois coupé principalenent en Haute-Mauricie. Le transport du b o i s s e f a i t p a r flottage. L e v o l u m e d e b o i s f l . o t t é s u r 1 ' e n s e m b l e d u b a s s i n p e u t v a r i e r d e 7 5 0 0 0 0 à 1 2 5 0 0 0 0 " c u n i t s " , s e l o n l e s a n n é e s ( S P E , 1 9 7 9 , n o n p u b l i é ) . P l u s i e u r s z o n e s d ' e n t r e p o s a g e d u b o i s s o n t d o n c n é c e s s a i r e s à l a r é g u l a r i s a t i o n d u t r a n s p o r t d u b o i s . L ' u n e d e s p l u s i m p o r t a n t e s s e t r o u v e à Shawinigan, à moins de 1 km en amont des stations échantillonnées. Le bois y s é j o u r n e , e n g é n é r a l , d u 1 e r a v r i l a u 3 1 o c t o b r e . L e b o i s f l o t t é n ' e s t p a s dépourvu de son écorce lors de la coupe. Dans un cours d'eau à débit rapide c o n m e 1 a r i v i è r e S a i n t - M a u r i c e , l e l e s s i v a g e d e s c o m p o s é s e x t r a c t i b l e s d e 1 ' é c o r c e d e s r é s i n e u x e s t u n p h é n o n è n e t r è s i m p o r t a n t . S e r o n t a L o r s l e s s i v é s d e s t a n n i n s e t d e s l i g n i n e s , d e s r é s i n e s , d e s h u i l e s e s s e n t i e l l e s , d e s m a t i è r e s g r a s s e s , des terpènes, des quinones, des hydrates de carbone, des glycosides, d e s a l c a l o î d e s e t d e s m a t i è r e s c o l o r a n t e s , t o u s s o l u b l e s d a n s 1 ' e a u . D e p 1 u s , La décomposition des écorces qui se détachent du bois pendant le transport p r o d u i t des acides humiques légèrement solubles dans lteau. Ces acides humiques i n f l u e n c e n t à l e u r t o u r l a q u a l i t é d e l t e a u p a r l e u r c a p a c i t é d e c o m p l e x e r l e s m é t a u x t r a c e s , e t p l u s p a r t i c u l i è r e m e n t l e m e r c u r e ( t a b l e a u 1 ) . L e s é c o r c e s e t l e s f i b r e s d e b o i s i n f l u e n c e n t é g a l e m e n t l a c o m p o s i t i o n d e s s é d i m e n t s d a n s l e s z o n e s d e s é d i m e n t a t i o n .

2 . 4 1 9 -Q u a l i t é p h y s i c o - c h i m i q u e g é n é r a l e d e 1 ' e a u e t d u b i o t a d a n s l a r i v i è r e S a i n t - M a u r i c e L a q u a l i t é g é n é r a 1 e de 1'eau de la rivière S a i n t - M a u r i c e e s t m a u v a i s e à l a h a u t e u r d e S h a w i n i g a n ( a n n e x e 2 ) . L e s é c h a n t i l l o n s d ' e a u o n t é t é r é c o l t é s à p a r t i r d u c e n t r e d e l a s e c t i o n d e l a r i v i è r e , à m i - c h e m i n e n t r e l a s u r f a c e e t 1 e f o n d d e 1 ' e a u , à u n e d i s t a n c e c o m p r i s e e n t r e 0 e t 3 7 5 m e n a v a l d e s s t a t j . o n s d e l a p r é s e n t e é t u d e . L a b a i s s e d e l a q u a l i t é d e I ' e a u e s t a t t r i b u a b l e e u x r e j e t s d ' é g o u t s m u n i c i p a u x , a u x r e j e t s i n d u s t r i e l s e t a u f l o t t a g e d u b o i s . D e s paramètres généraux comme 1a demande chimique en oxygène (DCO), le sodium, 1e m a g n é s i u m , 1 a t u r b i d i t é , l e s t a n n i n s e t l i g n i n e s , l e s c o l i - f é c a u x , l e s c o l i -totâux et les streptocogues fécaux augmentent dramont en aval de Shawinigan

( S P E , L 9 7 9 , n o n p u b l i é ) . C ' e s t d ' a i l l e u r s à S h a w i n i g a n q u e c e s p a r a m è t r e s s u b i s s e n t 1 a h a u s s e 1 a p l u s i m p o r t a n t e s u r 1 a r i v i è r e ( e x c l u a n t Trois-Rivières q u i est situé à l'embouchure de la rivière).

L ' e a u d e l a r i v i è r e S a i n t - M a u r i c e e s t n a t u r e l l e m e n t p e u alcaline e t t r è s d o u c e s e l o n 1 e s c r i t è r e s _{d e t { c N e e l e y g ! 41. (1980). En effet,} s e l o n B o b é e e t a I . _{( 1 9 7 7 ) , I a n a t u r e d e s r o c h e s e n p l a c e e x p l i q u e} b i e n c e t t e

caractéristique. Le bouclien canadien est composé en majeure partie de roches i g n é e s . L e s r o c h e s i g n é e s s o n t c r i s t a l l i n e s , d u r e s e t i m p e r m é a b 1 e s . C e s qualités reliées à 1a roche lui confèrent une influence moins grande sur 1es e a u x d e s u r f a c e ç I u e 1 e s r o c h e s s é d i r n e n t a i r e s . L e s e a u x s t é c o u l a n t s u r c e s r o c h e s s e r o n t d o n c p e u m i n é r a l , i s é e s à c a u s e d e 1 ' a l t é r a t i o n t r è s l e n t e d e I a roche. Les minéraux les pl,us solubles dans les roches ignées étant le sodium

e t l e p o t a s s i u m , l'eau sera donc très douce. La nature du couvert forestier e t d e l a r o c h e en place confère à 1'eau du bassin un pH naturel légèrement acide ( p H d e 6 , 4 e n a m o n t d e L a T u g u e ; s P E , L 9 7 9 , n o n p u b l i é ) . L ' e a u e s t a s s e z colorée et La moyenne annuelle en tannins et lignines est de 116 rlg/L. Les concentrations en tannins et lignines font que cette eau se situe à près de 9 O - c e n t i l e p a r repport à la qualité d e s e a u x d e l ' e n s e m b l e des rivières d u Q u é b e c ( G o u l e t , c o m m u n i c a t i o n p e r s o n n e l l e ) . S u r 1 ' e n s e m b l e d e la province, l a v a l e u r m é d i a n e d e s d o n n é e s des tannins et lignines ( 1 9 7 8 à 1980) était d e 0 , 9 n g / L .

Les teneurs en cadmium, cuivre, cyanure, mercure, plomb et zinc étaient presgue toujours en dessous des seuils de détection (Environnement Q u é b e c , 1 9 8 5 b ) . L e s s e u i l s d e d é t e c t i o n p o u r c e s n é t a u x s o n t d e 2 , 5 1 3 , 0 1 0 5 , 15 et 10 Ug/L respectivement. Cependant, les niveaux de contamination observés dans 1e biota indiquent que plusieurs métaux sont tout de même disponibles aux organismes aquatiques.

U n e r e v u e de littérature e f f e c t u é e p a r LebLanc (1985, non publié) démontre que les sédiments de 1a rivière Èaint-Maurice sont contaminés en chrome, cuivre, mercure, plomb et zine, que les plantes aquatiques ont des t e n e u r s e n c a d m i u m , nercure, c u i v r e e t p l o m b supérieures a u x c r i t è r e s d e qualité, guê certains poj.ssons benthivores et piscivores sont contaminés en c a d m i u m , mercure, z l n c ( p o i s s o n s p i s c i v o r e s u n i q u e m e n t ) et plomb (pour les c r i t è r e s u t i l i s é s , v o i r a n n e x e 3) . Ceci démontre clairement que ces métaux sont pris en charge par les organismes aquatiques, soit à partir de la colonne d t e a u , d e s s é d i m e n t s o u d ' a u t r e s _{o r g a n i s m e s c o n t a m i n é s ( a l g u e s , benthos ou} a u t r e s ) .

2 t

-Chapitre 3

3 .

uÉrHonoi,ocrE

D'ÉcinNtrtLoNNAcE

ET D'ANALysE

3 . 1 C a l e n d r i e r e t b u t s d e s c a m p a g n e s d ' é c h a n t i l l o n n a g e

Caqragne d'été 1984

L a p r e m i è r e é t a p e d e 1 a c a m p e g n e d ' é t é 1 9 8 4 a c o n s i s t é e n 1 ' o b s e r v a t i o n d e s p h o t o s a é r i e n n e s r é g i o n a l e s p o u r d é l i m i t e r I ' a i r e d ' é t u d e e t i d e n t i f i e r 1 e s z o n e s d e s é d i m e n t a t i o n ( p h o t o s n o Q82306-150 et Q82306-151). Le t r o n ç o n d e l a r i v i è r e q u i a êtê retenu mesure 7,25 km et est parsemé des iles d e s H ê t r e s , F r i g o n , M a r c h e s s e a u l t , M e l v i l l e e t B a n a n e . L t a b o r d d e c e s i l e s d e m ê m e q u e c e r t a i n s s e c t e u r s t r è s l o c a l i s é s d a n s 1 e s b a i e s p e u p r o f o n d e s f a v o r i s e n t l a f o r m a t i o n d e z o n e s d ' e a u c a l m e p r o p i c e à 1 a s é d i m e n t a t i o n e t à 1 a c r o i s s a n c e d e p l a n t e s a q u a t i q u e s . L a f i g u r e 1 l o c a l i s e l e s e c t e u r r e t e n u .

C e s e c t e u r d e l a r i v i è r e a r e ç u d r i m p o r t a n t e s q u a n t i t é s d e m e r c u r e p a r le passé. Trois usines utilisant l e n e r c u r e d a n s l e u r s p r o c é d é s r e j e t a i - e n t d i r e c t e m e n t l e u r s e f f l u e n t s d a n s l a r i v i è r e . C e s o n t l ' u s i n e d e c h l o r e e t d e s o u d e c a u s t i q u e _{( 1 9 5 9 - 1 9 6 9 ) , I ' u s i n e} d ' a l d é h y d e ( 1 9 2 7 - 1 9 7 0 ) e t 1 ' u s i n e d e c h l o r u r e d e v i n y l e ( L 9 2 7 - 1 9 7 0 ) de La Shawinigan Chemical Ltd. Ces rejets o n t c e s s é d e p u i s 1 9 7 0 m a i s u n e c e r t a i n e c o n t a m i n a t i o n d i f f u s e ( L e b l a n c , 1985, non p u b 1 1 é ) semble encore être amenée à la rivière. E n e f f e t , l e M i n i s t è r e d e 1 ' e n v i r o n n e m e n t d u Québec a inventorié 3 l i e u x d ' é l i m i n a t i o n d e d é c h e t s

toxiques (contenant entre autre du mercure) sur 1a rive ouest de 1a rivière, d a n s } e s e c t e u r é t u d i é ( E n v i r o n n e m e n t Québec, 1985a, non publié). C e s t r o i s lieux peuvent être à ltorigine dtune contamination diffuse en mercure dans la r i v i è r e . L e b u t d e l a p r e m i è r e v i s i t e d e t e r r a i n é t a i t d ' e f f e c t u e r d e s o b s e r v a t i o n s s u r l e s u b s t r a t e t d e l o c a l i s e r 1 e s c o l o n i e s d e p l a n t e s a q u a t i q u e s ( a n n e x e 4 ) . D e s 1 9 s t a t i o n s v i s i t é e s , s e u l e s 1 e s s t a t i o n s 4 , 6 1 1 5 , 1 6 e t 1 9 p r é s e n t a i e n t u n i n t é r ê t r e l i é à l a n a t u r e d u s u b s t r a t o u à l e u r l o c a l i s a t i o n . L e s s t a t i o n s d e v a i e n t ê t r e s i t u é e s s u r l e m ê m e c ô t é d e l a r i v i è r e , s u r l e s a b o r d s d e s i l e s o u d a n s 1 e s z o n e s d e s é d i m e n t a t i o n . C e s 5 s t a t i o n s o n t ê t 6 retenues compte tenu de la présence de Potamogeton epihydrus. Les raisons du c h o i x d e c e t t e e s p è c e s o n t e x p l i q u é e s à 1 a s e c t i o n 3 . 2 . L e b u t d e l a d e u x i è m e v i s i t e c o n s i s È a i t e n l a r é c o l t e d e s p l a n t e s p o u r 1'analyse d u m e r c u r e . L ' é c h a n t i l l o n n a g e d e s p l a n t e s e é t 6 l i m i t é à 3 s t a t i o n s s e u l e m e n t . L ' é t a t d e s é n e s c e n c e a v a n c é d e s p l a n t e s à q u e l q u e s s t a t i o n s e t l e b r i s m é c a n i q u e d e s t i s s u s o u l ' a r r a c h e m e n t d e s p l a n t s p a r l ' a c t i o n d e s b i l I e s d e b o i s o n t l i m i t é l - a r é c o l t e . La quatrième étape de des sédiments afin de connaitre des sédiments en fonction de e f f e c t u é e s l o r s d e c e t t e v i s i t e

l a c a m p a g n e d ' é t ê 1 9 8 4 a ê t 6 l ' é c h a n t i l l o n n a g e la granulométrie et la qualité physico-chimique

L a p r o f o n d e u r . L e s m e s u r e s e t o b s e r v a t i o n s s o n t é l a b o r é e s à l t a n n e x e 5 .

-23-L e c h o i x d e s s t a t i o n s d ' é c h a n t i l l o n n a g e a 6 t ê f o n c t i o n d e s o b s e r v a t i o n s e f f e c t u é e s l o r s d e s 3 é t a p e s p r é c é d e n t e s e t d e s r é s u l t a t s d e q u a L i t é des plantes et des sédiments. D'autres facteurs ont également été pris e n c o n s i d é r a t i o n ; i l s s o n t d i s c u t é s à 1 a s e c t i o n 3 . 3 .

Caupagne dtautome 1984

C e t t e c a m p a g n e a v a i t p o u r b u t d e t e s t e r l a p o s s i b i l i t é d ' u t i l i s e r l e s d i a l y s e u r s c o m m e i n s t r u m e n t d ' é c h a n t i l l o n n a g e d e 1 ' e a u i n t e r s t i t i e l l e e n rivière et de vérifier La présence de mereure dans ce compartiment. Les c a r a c t é r i s t i q u e s d e s d i a l y s e u r s p a r rapport a u x t e c h n i q u e s c o n v e n t i o n n e l l e s d ' e x t r a c t i o n d e 1 ' e a u i n t e r s t i t i e l l e s o n t d i s c u t é e s à l a s e c t i o n 3 . 4 . 2 . D e u x d i a l y s e u r s o n t d o n c é t é i n s t a l l é s l e 2 6 o c t o b r e ( s t a t i o n s 4 e t 2 0 ) , p u i s r e t i r é s l e 1 5 n o v e m b r e . Cargragne d'été 1985 L e s r é s u l t a t s d ' a n a l v s e é c h a n t i l l o n n a g e s e f f e c t u é s l o r s a q u a t i q u e s , 1 e s s ê d i m e n t s , 1 ' e a u é c h a n t i l l o n n é s d e f a c o n s i m u l t a n é e

servant à la prêsente étude proviennent des d e l a c e m p e g n e d ' é t é 1 9 8 5 . L e s p l a n t e s d e s u r f a c e e t 1 ' e a u i n t e r s t i t i e l l e o n t ê t 6 d a n s l a s e m a i n e d u 1 3 a o û t 1 9 8 5 . Sparganium p u i s q u e cette espèce comparaisons seront s p . a ê t é a j o u t é d a n s l ' é t u d e p o u r d e s fins comparatives é t a i t p r é s e n t e aux mêmes stations q u e P. epihydrus. Ces i n d i c a t r i c e s s e u l e m e n t p u i s g u e c e s d e u x e s p è c e s , b i e n q u e

c r o i s s a n t a u x m ê m e s s t a t i o n s , f o r m e n t d e s c o l o n i e s b i e n d i s t i n c t e s e t q u e 1es é c h a n t i l l o n s d ' e a u e t d e s é d i m e n t s o n t é t é r é c o l t é s à f i n t é r i e u r d e s c o l o n i e s d e t.epihydrus s e u l e m e n t . L ' é c h a n t i l l o n n a g e a e n c o r e ê t 6 l i m i t é à t r o i s s t a t i o n s à c a u s e d e l ' a b s e n c e d e P . e p i h y d r u s a u x s t a t i o n s 1 5 e t 1 6 . L ' e s p è c e é t a i t p r é s e n t e à ces stations e n 1 9 8 4 , l o r s d e l a p r e m i è r e v i s i t e d e t e r r a l n . L e c a l e n d r i e r c o m p l e t d e s v i s i t e s e t d e s é c h a n t i l l o n n a g e s e s t r é s u m é d a n s 1 e t a b l e a u 4 . 3 . 2 C h o i x d e s e s p è c e s é t u d i é e s D a n s I ' i n t r o d u c t i . o n , 6 c r i t è r e s p o u r la sélection d e s e s p è c e s d e nacrophytes ont été mentionnés pour réaliser ce type d'étude. ILs ont tous été c o n s i d é r é s p o u r l e c h o i x d e l ' u n e d e s e s p è c e s d e l t é t u d e , l t a u t r e e s p è c e a y a n t été récoltée pour des fins comparatives uniquement.

Prêsence et abondance de lteslÈce

La présence de P. g.ihlgg ver. ramosus (Peck) House (Hellquist & C r o w , 1 9 8 0 ) a é t ê i d e n t i f i é e à 1 1 s t a t i o n s s u r 1 8 s t a t i o n s v i s i t é e s ( v o i r a n n e x e 3 ) . M a l g r é s a q u a s i o m n i p r é s e n c e , s o n a b o n d a n c e n t é t a i t m a r q u é e q u t a u x s t a t i o n s 4 , 6 e t 1 9 , 1 à o ù l ' é p a i s s e u r d e l a c o u c h e o r g a n i q u e é t a i t l a p l u s i m p o r t a n t e s o i t d e 2 à 8 c m d t é p a i s e n v i r o n . A u x s t a t i o n s 4 e t 6 , 1 e s p l a n t e s f o r m a i e n t d e s c o L o n i e s s e r r é e s t a n d i s q u ' à l a s t a t i o n 1 9 r 1 e s p l a n t s é t a i e n t dispersés dans une colonie de Sparganium sp.

-25-v i s i t e s e t d e s é c h a n t i l l o n n a g e s p o u r I'ensemble de T a b l e a u 4 : C a l e n d r i e r d e s I ' é t u d e . 1 . 2 . Photointerprétation du secteur 1 è r e v i s i t e d e t e r r a i n ( 2 3 j u i l l e t 1 9 8 4 ) . v i s i t e d e 1 9 s t a t i o n s e t o b s e r v a t i o n d u s u b s t r a t . l o c a l i s a t i o n e t i d e n t i f i c a t i o n d e s h e r b i e r s a q u a t i q u e s 2 i è r n e v i s i t e d e t e r r a i n ( 1 3 août 1984) . r é c o l t e d e P . e p i h y d r u s à 3 s t a t i o n s 3 i è m e v i s i t e d e t e r r a i n ( 2 3 août 1984) . é c h a n t i l } o n n a g e d e s s é d i m e n t s à 5 s t a t i o n s 4 i è m e e t 5 i è m e v i s i t e s ( 2 6 octobre et 15 novembre 1984) . i n s t a l l a t i o n e t r e t r a i t d e s d i a l y s e u r s 6 i è m e v i s i t e d e t e r r a i n ( s e m a i , n e du 13 août 1985) . é c h a n t i l l o n n a g e d e l . ' e a u i n t e r s t i t i e l l e e t d e s u r f a c e , d e s s é d i m e n t s e t d e s p l a n t e s . 3 . 4 . 5 . 6 .

3. epihydrus a êtê observée dans 1es rivières du Chêne, Outaouais, M a s k i n o n g é , S a i n t - M a u r i c e , S h a w i n i g a n e t J a c q u e s - C a r t i e r ( C r o t e a u et a 1 . , 7 9 8 4 a ) . L a l a r g e r é p a r t i t i o n d e 1 ' e s p è c e d a n s l e s c o u r s d ' e a u q u é b é c o i s L a r e n d i n t é r e s s a n t e p o u r la présente étude, les observations t i r é e s d e c e t t e étude pouvant servir à une meilleure planification du réseau de surveillance de 1 a c o n t a m i n a t i o n m e r c u r i e l l e a u Québec. La présence simultanée de Sarganium sp. a p e r m i - s L a r é c o l t e d e c e t t e e s p è c e p o u r d e s f i n s c o m p a r a t i v e s . E n e f f e t , i l a s o u v e n t é t é r a p p o r t é q u e 1 e t a u x d ' a s s i m i l a t i o n d e s m é t a u x t r a c e s e s t d i f f é r e n t s e l o n 1 e s e s p è c e s é t u d i é e s .

Caractéristiques anatomiques et norphologiques de P. epihydrus

H e l l q u i s t e t C r o w ( 1 9 8 0 ) d e m ê m e q u e F a s s e t t ( 1 9 8 0 ) o n t a s s e z b i e n d é c r i t 1 a m o r p h o l o g i e d e s p a r t i e s v e r t e s d e P . e p i h y d r u s . L a f i g u r e 2 i l l u s t r e 1 a m o r p h o l o g i e d e s t i g e s e t d e s f e u i 1 l e s .

P . e p i h y d r u s v a r . r a m o s u s ( P e c k ) H o u s e s e c a r a c t é r i s e p a r :

i ) d e s f e u i l l e s s u b m e r g é e s l i n é a i r e s , à n e r v u r e s p a r a l l è l e s , 1 - 8 m m d e 1 a r g e , 5-7 nervtrres avec une portion réticulée évidente de chaque côté de la n e r v u r e c e n t r a l e g

i i ) d e s s t i p u l e s l i b r e s ;

i i i ) d e s f e u i l l e s f L o t t a n t e s l o n g u e s d e 2 - 7 , 5 c m e t l a r g e s d e 0 , 4 - 2 , 5 c m ; i v ) d e s f r u i t s d e 2 , 5 - 3 , 5 n m d e l o n g e t d e 2 - 3 m m d e l a r g e .

-27-p l a n t e entière (sans f e u i L l e , c . p o i n t e d e r h i z o m e ) , b . p o r t i o n d e l a f e u i L l e s u b m e r g é e . a . F i g u r e 2 : M o r p h o l o g i e d e s tiges et d e s f e u i l l e s c h e z P . e p i h y d r u s .