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Comportement des organoétains dans les écosystèmes côtiers des hautes latitudes élaboration d'un modèle quantitatif appliqué au Fjord du Saguenay

Viglino, Liza (2005). Comportement des organoétains dans les écosystèmes côtiers des hautes latitudes élaboration d'un modèle quantitatif appliqué au Fjord du Saguenay. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 269 p.

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Résumé

Une interdiction totale et mondiale des peintures à base de tributylétain (TBT) est prévue en janvier 2008. Bien que cette interdiction ait pour but de supprimer tout nouvel apport de TBT dans l'environnement, les sites déjà contaminés demeurent actuellement une préoccupation environnementale majeure. Dans le compartiment sédimentaire, le TBT est dit très persistant et peut être remis en circulation dans la colonne d 'eau. Ce souci environnemental est encore plus prononcé dans les régions arctiques et sub-arctiques puisque le processus de dégradation du TBT est fortement ralenti dans les milieux froids. Par conséquent, ces sites contaminés représentent une source potentiel de TBT à long terme pour l'écosystème aquatique. Bien que le TBT soit toxique à faibles concentrations et bien qu 'i l soit très persistant dans le sédiment, il n'existe encore aucune étude approfondie sur le TBT et ses produits de dégradation (DBT, MBT) décrivant et prévoyant leur distribution et leurs effets en milieu marin en général, et en milieu côtier froid en particulier. C'est dans une telle perspective que le fjord du Saguenay a été choisi pour une étude permettant de développer un nouveau modèle biogéochimique appliqué à la dynamique globale du TBT et de ses dérivés (DBT, MBT) dans les écosystèmes côtiers des milieux à partir de données obtenues au Saguenay afin d'en prévoir le comportement environnemental moyen terme. La première étape a consisté à rassembler toutes les informations relatives aux comportements des butylétains dans l'environnement. Ces informations ont été ensuite synthétisées sous fomle d'un schéma conceptuel illustrant les principaux compartiments d' un écosystème côtier et les principaux facteurs impliqués dans une modélisation des butylétains. L'étape suivante a été l'acquisition de données de terrain pour les différents compartiments du site choisi, le fjord du Saguenay. Les études menées dans ce fjord ont bien démontré la présence ubiquiste des butylétains aussi bien dans la colonne d'eau, les organismes pélagiques et benthiques que dans les sédiments. Dans la colonne d'eau, les concentrations en butylétains totaux (MBT + DBT + TBT) étaient statistiquement significativement plus élevées en surface (26 à 206 ng Sn L-I) que dans les échantillons de fond (7 à 30 ng Sn L-I). Le tributylétain (TBT) est toujours le composé minoritaire, que ce soit dans les eaux de surface (de 1 à 5%) ou dans la couche d'eau profonde (5 à 24%). Le dibutylétain (DBT) domine dans les deux masses d'eau avec des proportions d 'environ 85 % pour la surface et de 34 à 90% au fond. Le monobutylétain (MBT) est présent dans toute la coloill1e d'eau avec des pourcentages fluctuant de 4 à 15% dans les eaux de surface et de 2 à 46% dans les eaux profondes . Les butylétains sont également présents dans tous les échantillons de seston. En surface, les concentrations des métabolites (DBT + MBT) sont plus élevées (25 à 59 ng Sn g-I) que celles du TBT (10 et 20 ng Sn g-I). Dans la couche de fond , le TBT est majoritaire dans le seston avec des concentrations similaires entre les stations d 'environ 30 ng Sn il. Les facteurs de bioconcentration qui représentent le rapport entre la concentration dans le seston et celle trouvée dans la colonne d 'eau correspondante [ng Sn g-I poids humide]/[ng Sn mL-1 d'eau] confirment que les niveaux de TBT dans l'eau sont suffisants pour produire une bioaccumulation des butylétains par étape au sein de la chaîne alimentaire. Pour le compartiment biotique, les butylétains ont été détectés dans tous les organismes du réseau trophique dans une large gamme de concentrations allant de 7 à 1238 ng Sn g-I (poids sec) c'est à dire des niveaux de contamination exceptionnels que l'on ne retrouvent habituellement que dans les aires côtières nordiques exposées à un trafic maritime intense. De plus, les résultats semblent indiquer que la bioaccumulation dans les organismes dépend de trois facteurs principaux: (1) le niveau de contamination actuel dans leur habitat, (2) la voie d 'assimilation par contact direct avec l'eau ou par la nourriture, et (3) leur capacité à dégrader le TBT et à éliminer les métabolites. La contamination était ubiquiste dans cet écosystème, avec des facteurs de bioaccumulation en TBT variant de 0,32 à Il , mais sans biomagnification importante entre les niveaux trophiques. Enfin, dans les sédiments du fjord, les concentrations en butylétains totaux variaient de 6 à 288 ng Sn/g poids sec, soit des concentrations similaires à celles reportées pour les milieux côtiers contaminés et sujets à un fort trafic maritime. Dans chaque carotte sédimentaire, les profils de distribution des butylétains indiquaient clairement une persistance élevée du TBT, composé dominant par rapport aux autres espèces. Les conditions océanographiques particulières du fjord du Saguenay (basse température, sédiment anoxique, et faible taux d'échange des eaux profondes) combinées à un coefficient de partition eausédiment élevé (K!obs = 1,0 x 104 à 1,2 x 104 L/kg) et un faible flux de diffusion eau-sédiment (JI 13 x 10-8 mollm2/an) sont responsables de l' enfouissement et de la préservation/conservation du TBT dans cet écosystème marin. La demie-vie du TBT établie à partir d'une cinétique de premier ordre a été ainsi approximativement estimée à 87 ± 17 ans dans les sédiments profonds, impliquant une vitesse de dégradation beaucoup plus lente que celles déjà publiées. Enfin, sur le plan écotoxicologique, les concentrations en TBT retrouvées dans les différents compartiments de l'écosystème peuvent causer des effets chroniques sur la reproduction de plusieurs organismes ou en affaiblissant leurs systèmes immunitaires. Un des effets les plus connus du TBT, l 'Imposex, a été découvert chez le gastéropode, Buccinum undatum, de la baie des! Ha! Ha! . À partir du schéma conceptuel et de la série de données obtenues, nous avons développé un modèle simple de bilan de masse à l'état stationnaire (modèle quantitatif) décrivant la répartition actuelle et les transferts du TBT et du DBT dans les différents compartiments du fjord, et en première approche, celui de la baie des Ha ! Ha !. Bien que le TBT ait tendance à se sorber préférentiellement sur le matériel particulaire en suspensIOn, le compartiment dissous est le compartiment qui renferme la plus grande quantité de TBT soit 94,5% dans la couche de surface et 89% pour celle du fond tandis que le compartiment matière particulaire en suspension (MPS) représente 5,4% et 10,6%. Le seston contient 0,1% de TBT dans la couche de surface et 0,5% dans la couche d'eau profonde. En raison de la faible proportion de la quantité totale que représente le TBT accumulé par le seston, la dégradation de ce TBT contribuerait peu à la dépuration du système. La couche profonde renferme une quantité plus élevée de TBT que la couche de surface. La quantité retrouvée dans cette masse d'eau nous laisse supposer que ce compartiment représente un réservoir à TBT disponible pour le transfert vers le réseau trophique mais surtout vers les couches sédimentaires puisque les quantités retrouvées dans les sédiments de surface indiquent bien un processus sédimentaire impOliant dans le cycle du TBT. Le flux diffusif du TBT à travers l'interface sédiment-eau représente 0,001 % du TBT total stocké dans le sédiment et 1,6% du TBT de l' eau porale. C'est une valeur négligeable à l'échelle de l'écosystème, ce qui nous confirme que les sédiments de ce fjord demeurent aujourd'hui, un puits pour le TBT, et ce malgré leur fOlie contamination. Toutefois, la resuspension du matériel contaminé non quantifiée dans cette étude pourrait représenter une forme importante de remobilisation du contaminant. Bien que le TBT semble peu dégradé dans cet écosystème, les quantités de DBT calculées sont très élevées, particulièrement dans la couche profonde (654 kg) dont plus de 99% est sous fOlme dissoute. Cette quantité ne proviendrait pas uniquement de la dégradation du TBT mais aussi d 'autres sources secondaires comme les rejets des eaux usées urbaines dans la baie ou même des sources industrielles inconnues dans le cadre de ce travail. La masse d'eau profonde semble représenter un réservoir très important pour le DBT. Actuellement, il est impossible de connaître le devenir du DBT accumulé dans cette couche profonde. D' après les faibles quantités de DBT mesurées dans le sédiment, ce dernier ne représente pas un milieu récepteur pour le DBT originaire de la colonne d'eau. Compte tenu des résultats et conclusions obtenues, il nous est possible de prévoir dans un cas comme le fjord du Saguenay, une contamination par les butylétains de l'écosystème à très long terme. Une fois la mise en place du bannissement en janvier 2008, les sédiments peuvent être considérés comme une menace directe et durable pour les espèces benthiques et ceux de colonne d'eau s'alimentant sur le benthos.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Pelletier, Émilien
Informations complémentaires: Thèse présentée à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de doctorat en océanographie. Paraît aussi en éd. imprimée.
Mots-clés: Organoetain Ecosysteme Tributyletain Tbt Contamination Environnement Cotier Haut Latitude Modele Biogeochimie Comportement Modelisation
Départements et unités départementales: Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 14 févr. 2011 16:27
Dernière modification: 14 févr. 2011 16:28
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/42

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