Milieu MHSM-1 MHSM-1 sans MHSM-1 sans C om pos ition (% ) 0 5 10 15 80 90 100 LaH(PO4)2 2-La3+ LaMES2+ LaSO4 -LaNO32+ autres
PO4 et AAP PO4, AAP et MES
[La]moyenne 10-8 10-7 10-6 % m ax im um 0 20 40 60 80 100 120 140 CE50 = 0,47 ± 0,07 µM [Ce]moyenne 10-9 10-8 10-7 10-6 % m ax im um 0 50 100 150 200 250 CE50 = 0,19 ± 0,07 µM Temps (j) 0 1 2 3 4 5 D ensité cellulair e m oy enne ( c/ m L) 104 105 Témoin 1x10-8 M 5x10-8 M 1x10-7 M 5x10-7 M 1x10-6 M 5x10-6 M
Évaluation de la toxicité de trois lanthanides sur l’algue verte Chlorella fusca
Institut national de la recherche scientifique, Centre Eau, Terre et Environnement. 490 rue de la Couronne, Québec, QC, Canada G1K 9A9. Auteur de correspondance: cedrick.beaubien@ete.inrs.ca
Cédrick Beaubien, Sébastien Leguay, Peter Campbell et Claude Fortin
Résumé: Les terres rares sont des éléments fortement convoités pour la fabrication d’appareils
électroniques, ce qui mènera à une plus grande exploitation minière dans le futur. Cependant, on retrouve peu de données écotoxicologiques sur ces éléments dans la littérature, ce qui ne permet pas d’effectuer une évaluation du risque environnemental. Puisque de nombreuses activités d’exploration et d’exploitation minière sont en cours au Canada, l’établissement d’une évaluation du risque environnemental est de plus en plus urgent. À pH et dureté constante, la toxicité d’un métal est normalement proportionnelle à la concentration de son ion libre. Toutefois, le lien entre la spéciation et la biodisponibilité n’a toujours pas été exploré pour les lanthanides. Dans ce projet, nous sommes intéressés à relier la spéciation de trois lanthanides (lanthane (La), cérium (Ce) et néodyme (Nd)) à leurs effets toxiques sur une algue verte. Comme les lanthanides ont une haute affinité pour les phosphates (PO43-), qui sont normalement utilisés dans les milieux de culture d’algue, les expositions
aux lanthanides doivent se faire en absence de phosphates. Nous avons donc utilisé l’algue verte
Chlorella fusca qui a la capacité de croître sur des réserves cellulaires de phosphore sur une période
de courte durée. Des expériences préliminaires d’expositions chroniques au lanthane et au cérium sur C. fusca ont permis de déterminer une CE50 de 0,47 ± 0,07 µM La et 0,19 ± 0,07 µM Ce. Des expositions au néodyme et à un mélange des trois lanthanides d’intérêts, dans différentes conditions de pH et de duretés sont planifiées.
Introduction
Méthodologie
Résultats
Conclusion et perspectives
≈10, 000 cellules mL-1 48 h 72 h 96 h 24 hMesure de la densité algale aux 24 h
120 h [REE] initiale déterminée Chlorella fusca Temps (j) 0 1 2 3 4 5 6 Den si té c ell ulaire moy en ne (c/m L) 104 105 106 Chlamydomonas reinhardtii Temps (j) 0 1 2 3 4 De nsi té c ell ulaire moy en ne ( c/mL) 104 105 106
Sans PO43- & oligo-élements
= Écart-type = Écart-type Filtration 2 µm, PC Algues Filtrat Lanthanide en solution Lavage EDTA 10-3 M Filtrat Algues Lanthanide extracellulaire Digestion Lanthanide intracellulaire Temps (j) 0 1 2 3 4 5 D ensité cellulair e m oy enne ( c/ m L) 104 105 Témoin 1x10-8 M 5x10-8 M 1x10-7 M 5x10-7 M 1x10-6 M 5x10-6 M
Lanthane
Cérium
La série des lanthanides est composée de 15 éléments. Le premier élément de la
série est le lanthane et le dernier le lutécium. Lorsque
l’on fait référence aux
lanthanides,
l’appellation terres rares (REE) est fréquemment utilisée. Contrairement à
ce que
l’on peut croire, les terres rares se retrouvent en quantité significative dans la
croûte terrestre. Le cérium, par exemple,
s’y retrouve en plus grande quantité que le
cuivre et le plomb. Les lanthanides sont utilisés dans différents produits et processus
industriels, mais ils sont plus connus pour leur utilisation dans les appareils
électroniques. Dû à leur grande utilisation, les terres rares sont considérées comme des
éléments critiques,
c’est-à-dire des éléments dont la production risque de ne pas
satisfaire la demande.
Un échantillonnage sur le terrain a permis
d’identifier les concentrations en terres
rares dans différents cours
d’eau. Ces résultats ont été utilisés pour mieux cibler les
concentrations en terres rares à tester pour les expositions en laboratoire.
Obtention de CE
50de
o 0,47 ± 0,07 µM pour le lanthane
o 0,19 ± 0,07 µM pour le cérium
À venir
o Vérification de la complexation des
lanthanides avec le tampon MES
o Calculs des CE
50en fonction de la
concentration de l’ion libre en solution
o
Exploration de la possibilité d’un effet
d’hormèse en présence de cérium
o Expositions
o Au néodyme
o À des mélanges de lanthanides
o Sous différentes conditions de pH et
de dureté
pH 4 5 6 7 8 9 [E spèc es] m ol/ L 10-22 10-21 10-20 10-19 10-18 10-17 10-16 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 La total La3+ LaOH2+ LaSO4+ La(SO4)2- LaHCO32+ La(CO3)2- LaCO3+ LaNO32+ LaMES2+ La2(CO3)3(s) pH = 7.64 Problèmeso Risque de précipitation des
complexes Lanthanide-Phosphate
o ↓ Biodisponibilité et toxicité
o Le phosphore est un élément essentiel aux algues
Solution
o Expositions en absence de phosphates et à pH = 5,5
Fig. 2 Espèces majoritaires de La en solution
à pH = 5,5 selon le milieu (La = 5x10-6 M)
Fig. 3 Spéciation du La (5×10-6 M) en fonction
du pH dans MHSM-1 sans PO43- et AAP
Fig. 4 Courbes de croissance de deux algues
selon le milieu de croissance utilisé
Fig. 5 Courbes de croissance de C. fusca
exposée à différentes concentration de La
Fig. 6 Courbes de croissance de C. fusca
exposée à différentes concentration de Ce
Fig. 7 Rendement de la culture
relativement au témoin
Fig. 8 Rendement de la culture
relativement au témoin La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Co n centrati o n d issou te en l anth ani d es (mo l. L -1 ) 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 VERENDRY ALDERMAC ARNOUX DUPRAT MARLON FOURCET MANITOU BOURLAMAQUE 4 BOURLAMAQUE 6 BOURLAMAQUE 7 LAFLAMMME 1 LAFLAMME 1 MASSAWIPPI 1 MASSAWIPPI 5 EUSTIS CAPEL MONTAUBAN 1 MONTAUBAN 2 MONTAUBAN 3 MONTAUBAN 4 MONTAUBAN 5
Fig. 1 Concentration dissoute en
lanthanides dans différents cours d’eaux
Crédits: Isabelle Lavoie & Sébastien Leguay
