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Impacts de l'activité humaine en milieu côtier des hautes latitudes : exemple de la station Jubany, Antarctique

Curtosi, Antonio (2009). Impacts de l'activité humaine en milieu côtier des hautes latitudes : exemple de la station Jubany, Antarctique. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 229 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : L'activité humaine a produit dans le passé et continue de le faire à l'heure actuelle, une grande variété de contaminants environnementaux qui représentent un haut risque pour la stabilité du biote et de la diversité des écosystèmes. Les écosystèmes polaires sont les moins atteints de façon directe par l'activité humaine, mais sont par contre les plus sensibles aux perturbations anthropogéniques. Sur le continent antarctique, qui ne compte aucune population humaine stable et permanente, la pollution de l'air et la contamination de l'eau sont causées par des foyers locaux (stations scientifiques et logistiques, activité de pêche et tourisme) et par le transport aérien global de longue portée, susceptible de mobiliser les polluants depuis les régions industrialisées du nord jusqu'aux régions aussi lointaines que l'Antarctique. Il s'avère que les études et monitorages visant à connaître le statut environnemental de ces régions, ainsi que les sources de pollution par divers composés et leur dynamique dans l'environnement, demeurent rares. Toujours est-il que cette connaissance devient essentielle si l'on veut prendre des mesures pour réduire l'impact des activités locales et en même temps comprendre la persistance et la dynamique de ces polluants dans l'écosystème. C'est pour cette raison que nous avons effectué une analyse de la présence des principaux composés toxiques ayant déjà été rapportés comme polluants des régions antarctiques: les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) , les métaux lourds, les composés de butylétain et les biphéniles polychlorés (BPC). Le terrain d'étude choisi est la base scientifique argentine Jubany. La station est active depuis 52 ans pendant toute l'année et peut être considérée comme un environnement modèle pour l'évaluation de l'impact causé par l'activité d'une base antarctique sur l'environnement terrestre et sur le bassin marin sur la côte duquel est située cette base. L'analyse des HAP dans des sols et des sédiments pendant deux années consécutives a indiqué que le secteur d'influence de la base Jubany présente en général un niveau très faible de pollution par ces composés, dont les HAP à 2 et 3 cycles sont les plus abondants. Le patron des HAP a montré que les processus locaux de combustion à basse température sont la principale source de pollution. La distribution verticale de ces polluants dans les sols a mis en évidence un gradient de concentrations en fonction de la profondeur, avec des valeurs maximales au niveau de la couche de permafrost, qui diminuent brusquement ensuite vers l'intérieur de cette couche. Ces résultats ont révélé que le permafrost agit comme une barrière à faible perméabilité pour la migration vers le bas des HAP. En plus, la comparaison des concentrations moyennes obtenues dans des sols pendant les deux périodes d'échantillonnage a mis en évidence une diminution d'un ordre de grandeur entre l'été 2004 et l'été 2005. Cette diminution a été accompagnée d'une croissance significative de la concentration de HAP dans des sédiments côtiers (notamment dans les sites d'échantillonnage 1 et 2 situés dans le secteur interne de l'anse) et corrélée avec un régime anormalement élevé de précipitations, et suggère que le déplacement des HAP du sol aux sédiments est dû à un phénomène de lessivage des sols. Le matériel particulaire en suspension dans l'eau de mer n'a pas présenté de niveaux significatifs de HAP, sauf dans le secteur de manoeuvre des bateaux, où le profil des HAP a clairement signalé que leur origine se trouve dans le déversement accidentel de combustible pour les moteurs. Le biote associé à l'anse a montré des valeurs faibles de HAP, conformes à leur environnement, quoique le tissu hépatique de Notothenia coriiceps s'est avéré enrichi en 7, 12-dimetylbenz( a)anthracène. La présence de ce composé cancérogène connu, qui n'est détecté qu'à des quantités traces dans l'entourage, est un sujet important et sa concentration, ainsi que son rapport au dommage hépatique chez les poissons antarctiques, devraient être suivi plus attentivement. La présence du composé antisalissure tribut yi étain (TBT) ou de ses dérivés mono et dibutylés, a été décelée de façon sporadique, aussi bien dans des sédiments que chez les organismes marins qui y sont associés. Si les niveaux trouvés ont été faibles, deux sites sur les neuf échantillonnés ont pourtant montré des concentrations décelables de TBT. Ces points correspondent au secteur d'ancrage des brise-glaces et d'autres navires polaires opérant dans le secteur ou cherchant un abri dans l'anse pendant les fortes tempêtes antarctiques. Dans cette situation, l'abrasion des glaces flottantes et le détachement de particules de peinture des coques des navires pourraient être à l'origine de la contamination au TBT. Cette hypothèse s'est vue confortée par les résultats de TBT dans le biote marin; en effet, il n'y a eu que quelques individus de Laternula elliptica présentant des niveaux significatifs de ce polluant, tandis que d'autres individus proches n'ont pas présenté de concentrations décelables. Les specimen du poisson N. coriiceps et du gastéropode Nacella concinna, des espèces non associées aux sédiments du secteur affecté, n'ont pas présenté de traces de TBT ou de ses dérivés. La présence des différents isomères de BPC n'a pas pu être détectée, ni dans les sédiments, ni dans les tissus du biote de l'anse. Bien que les travaux préalables mettaient en évidence un niveau de BPC dans l'Antarctique associé au transport global, ce phénomène n'a pas pu être validé sur la région étudiée dans le présent travail. Finalement, l'étude de sept métaux lourds (Fe, Zn, Cu, Mn, Cd, Pb et Cr) a révélé que, en général, les niveaux de ceux-ci sont notamment affectés par les caractéristiques géochimiques de la région, l'influence anthropogénique s'avérant peu significative. Dans le cas des sédiments, les sites 1 et 2 ont montré des niveaux de Pb significativement plus élevés que les autres et seraient liés à l'activité de la base Jubany. Les niveaux chez le bivalve L. elliptica ont montré des valeurs hétérogènes selon l'organe analysé; cependant, une tendance générale avec des niveaux des divers métaux est la suivante : Fe>Zn>Cu>Mn>Cd>Pb>Cr. Dans le cas du Cr, un seul individu de L. elliptica et un de N. con cinna ont présenté des niveaux détectables du métal. Ce résultat serait associé également à un phénomène d'incorporation aléatoire de particules de peinture utilisée pour l'entretien de la base Jubany, dans la composition de laquelle est inclus le Cr. En somme, ce travail a mis en évidence que les niveaux de pollution anthropogénique affectant les alentours de la base Jubany sont très faibles et ne constituent donc pas une menace environnementale significative. Cependant, plusieurs points importants issus de cette étude doivent être soulignés: 1) Les caractéristiques océanographiques de la région d'étude sont déterminantes pour la distribution des polluants; II) Le permafrost constitue une barrière importante pour la migration verticale de certains polluants, qui tendent à s'accumuler dans les premiers centimètres de celui-ci; III) Cette distribution des polluants pourrait être profondément atteinte par les effets locaux du phénomène de réchauffement mondial, qui pourrait mobiliser une masse impOliante des polluants retenus dans le permafrost vers le milieu marin côtier environnant, ce qui aurait des retombées écologiques adverses et imprévisibles; IV) Les caractéristiques géochimiques locales devient le principal facteur déterminant de la concentration des métaux lourds étudiés; V) Certaines activités liées au fonctionnement de la base Jubany sont à l'origine de la présence de niveaux décelables des quelques-uns des polluants étudiés. Les mesures proposées à l'heure actuelle par la communauté scientifique antarctique internationale et devant être mises en place sur le continent devraient conduire à réduire l'impact négatif de telles activités dans la région. -- ABSTRACT : Human activities produced in the past, and are still producing at the present days, a great variety of environrnental contaminants which represent a high risk for the biota of diverse ecosystems and could affect their stability. Polar ecosystems are less affected than others by human activities, but they are also considered among the most sensitive to the anthropogenic effects. On the Antarctic continent, where no permanent human settlements are present, air pollution and water contamination are caused by local sources (scientific stations, fisheries, tourism) and by the global atmospheric transport, which is able to move the pollutants from northem industrial areas to regions as far as the Antarctica. Studies and monitoring programs exploring the environrnental status of south polar regions as weIl as the sources causing the pollution and their dynamics in these severe environrnents are scarce. However, this knowledge is essential to take decisions and actions to reduce the impact caused by local activities as weIl as to understand the persistence of these contaminants in the southem environment. For these reasons, we carried out an exhaustive analysis about the presence of main toxic compounds previously reported as relevant Antarctic contaminants such as polycyclic aromatic hydrocarbons (PARs), heavy metals, butyltin compounds and polychlorinated biphenyls (PCB). Jubany station (Argentina), the terrestrial area around it and the Potter Coye basin were selected as the study area. The station has been active during 52 years and is considered as a model site for the evaluation of the impact that an Antarctic station can produce on the terrestrial environment and the adjacent marine basin where the station is located. Analysis of PARs in soil and sediment during two consecutive years showed that Jubany station has a low level of contamination with these compounds, the 2 and 3-rings PARs being the most abUfidant ones. The pattern of PAR evidenced that the local process of low-temperature combustion as the main contamination source. Vertical distribution of P ARs in soil showed a significant gradient, with values increasing with depth until the permafrost table and decreasing from the table to the interior of permafrost layer. These results revealed that the upper layer of the permafrost acts as a barrier for downward PARs migration. In addition, PAR concentrations in soils from the two sampling programs showed a decrease by one order of magnitude in 2005 compared with values obtained in 2004. Such a decrease was accompanied by a concomitant increase of PAR concentrations in coastal marine sediment (mainly in sampling sites 1 and 2 located in the inner part of the coye) and also correlated with an unusual high precipitation regime, suggesting that an important washout of soil PAR occurred during the time interval between samplings. The suspended particulate matter (SPM) in seawater showed no detectable levels of PARs, with exception of an area close to the boats wharf where the pattern of PARs evidenced the influence of recent fuel spills. Biota associated to the coye evidenced PAR concentrations in accordance with their environment. However, the liver tissue from Notothenia coriiceps turned to be enriched in 7,12-dimethylbenz(a)anthracene. The presence of this known carcinogenic compound, which was only detected as traces in the environment, represents a relevant point and its hepatic concentration as weil as its correlation with hepatic damage in Antarctic fishes should be deeply investigated in the future. The presence of the antifouling compound tributyltin (TBT) and/or their derivatives mono and dibutylated tins was detected heterogeneously either in sediment samples or in the associated marine organisms. Although measured levels were low, 2 of 9 sampled sites showed detectable concentrations of TBT. These sites are located in the area where the ice breakers and other polar vessels operate or are searching for refuge during strong Antarctic storms. In this situation the abrasion produced by the floating ice pieces could cause a detaching of paint particles which rapidly sediment and accumulate in the basin of the coye causing the observed heterogeneous distribution. This hypothesis was reinforced by the results obtained from the biota. In this sense, whereas sorne Laternula elliptica specimens showed significant levels of the contaminant, other specimens from the same are a showed no detectable amount of TBT. Samples from the fish N. coriiceps and the gastropod Nacella concinna (which are not associated to the sediments of the affected area), did not show detectable levels ofTBT. The presence of different PCB congeners cannot be detected, neither in sediments samples nor in tissue samples from the biota associated to the COYe. Although previous works reported the presence of detectable levels of PCB in the Antarctica which was attributed to the global transport, the presence of such a phenomenon can not be confirmed for the studied area. Finally, the analysis of 7 different heavy metals (Fe, Zn, Cu, Mn, Cd, Pb and Cr) showed that, in a general view, concentrations are mainly affected by the geochemical characteristics of the area, the anthropogenic influence being negligible. In sediment samples, as previously mentioned for PARs, sampling sites 1 and 2 showed significantly higher concentrations of lead (Pb) that would be related to the human activity at Jubany station. Levels of heavy metals analyzed in the bivalve L. elliptica showed heterogeneous results depending to the studied organ. However, a general tendency, with levels of Fe>Zn>Cu>Mn>Cd>Pb>Cr was observed. Only one L. elliptica specimen and one N. concinna specimen showed detectable levels of Cr. This result should also be related to the at random intake by these organisms of the paint particles used in the maintenance of Jubany station, in which formulation the Cr is inc1uded. In conclusion, this work showed that the levels of anthropogenic contamination affecting the surroundings of Jubany station are low and do not represent any significant environmental risk. However, several relevant points that emerge from this study must be noted : 1) the oceanographic characteristics of the studied area are a determinant factor for the contaminants distribution. II) The permafrost layer proves to be a relevant barrier to the downward migration of certain contaminants, which tend to accumulate in the first cm of the permafrost table. III) This spatial distribution of contaminants in soils could be deeply affected by the local effects of the global warming, which could move a significant amount of organic contaminants, initially retained in the permafrost, to the coastal marine environment with adverse and unpredictable ecological consequences. IV) The local geochemical characteristics represent the main factor determining the concentration of analyzed heavy metals. V) A number of activities related to the operation of Jubany station are responsible of the detectable levels of some of the studied contaminants. Regulations currently proposed by the international Antarctic scientific community for their application in the continent should minimize the negative impacts expected from these activities.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Pelletier, Émilien et Memolli, Mariano et Marenssi, Sergio
Co-directeur(s) de mémoire/thèse: Mac Cormak, Walter
Informations complémentaires: Thèse présentée à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de doctorat conjoint en océanographie pour l'obtention du grade de Philosophiae Doctor (océanographie). Publié aussi en version papier.
Mots-clés: Pollution Polluant Contamination Contaminant Toxicite Effet Impact Activite Homme Humain Anthropogenique Environnement Ecosysteme Polaire Terrestre Marin Cotier Station Jubany Antarctique
Départements et unités départementales: Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 07 févr. 2011 17:07
Dernière modification: 07 févr. 2011 17:07
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/137

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