Recherche Avancée

Thèse soutenue

Impact des rejets de cuivre et zinc en milieu aquatique : circulation, spéciation, biodisponibilité, bioaccumulation, transfert et toxicité

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Auteur / Autrice : Ingrid Vinot
Direction : Jean-Claude Pihan
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la vie
Date : Soutenance en 2004
Etablissement(s) : Metz
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LBFE - Laboratoire biodiversité et fonctionnement des écosystèmes

Résumé

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L'objectif de la recherche est d'évaluer l'impact d'un apport en cuivre et en zinc (dont l'origine est la corrosion des échangeurs en laiton du circuit de refroidissement (CRF) d'une centrale nucléaire) sur deux systèmes aquatiques, une retenue de barrage et la rivière Moselle. Ces deux écosystèmes présentent des niveaux de contamination différents, la retenue recevant directement les eaux de purge du CRF avant leur rejet en Moselle. Une étude complète de la distribution, de la circulation et des transferts (quantification des flux) des métaux cuivre et zinc est réalisée in situ dans les compartiments abiotiques (eau - matières décantées - sédiments) de la retenue du Mirgenbach. La spéciation du cuivre dans les sédiments du CRF, de la retenue et de la rivière est abordée via une technique d'extraction séquentielle ; complétée par une caractérisation des sédiments et une analyse des minéraux. Ces techniques ont démontré le rôle majeur des fractions oxydable, réductible et acidosolubie dans le piégeage du cuivre et du zinc dans les sédiments. Le rôle des sulfures dans la liaison et la mobilité du cuivre dans les sédiments et les matières décantées est discuté. Conjointement, un suivi mensuel de la biodisponibilité du cuivre et du zinc pour les organismes autochtones est conduit durant deux ans, sur la rivière Moselle et sur la retenue, pour mieux comprendre l'impact des facteurs biotiques (taille des organismes, cycle biologique) et des facteurs abiotiques (saisons, contamination du milieu) sur les niveaux de bioaccumulation avec mise en évidence des profils d'accumulation (régulation, accumulation avec ou sans excrétion, variation interspécifiques des profils). Globalement ces deux métaux sont accumulés dans les organismes jusqu'à des niveaux élevés pouvant atteindre dans le cas du cuivre et dans la retenue du Mirgenbach des valeurs de 952 mg Culkg de ms chez Dreissena. Tous les organismes étudiés présentent des niveaux de bioaccumulation caractéristiques du niveau de contamination des sites. Les taux d'accumulation les plus élevés sont mesurés en automne-hiver et ceci s'explique par le fonctionnement cyclique des organismes. Les différences interspécifiques de bioaccumulation sont expliquées, entre autres, par des différences d'habitat, de nutrition, de physiologie. L'absence de corrélation entre le niveau de bioaccumulation et la concentration métallique dans le milieu est surtout le fait, notamment en rivière, de la non représentativité des échantillons ponctuels d'eau brute et de la difficulté d'identifier les sources de contamination (eau, sédiments, alimentation). Parallèlement à ces travaux, des mollusques bivalves non contaminés (C. Ji'uminea et D. Polymorpha) sont transférés (biosurveillance active) dans 4 stations, trois stations Moselle et une station Mirgenbach. Les mesures de la bioaccumulation des métaux par ces mollusques révèlent des cinétiques de contamination rapides, notamment dans le cas du cuivre, à partir du cuivre et du zinc présents dans le milieu. L'utilisation de la technique de biosurveillance active a permis de valider l'utilisation des transferts de corbicules et de dreissènes pour réaliser un suivi de l'état de contamination en lac et en rivière. La corbicule présente, par rapport à la dreissène, l'avantage de se trouver à l'interface eau-sédiments et, dans le cas du zinc, fournit une information plus spécifique du niveau de contamination que la dreissène. Le zinc, aux concentrations mesurées aux différentes stations, ne semble pas générer de risques toxiques pour la biocoenose qui présente dans l'ensemble des systèmes de régulation efficaces. L'absorption du zinc est fortement dépendante des conditions du milieu et de la biologie des espèces. Les risques pour la biocoenose liés à l'apport en cuivre sont abordés via une étude complète de la distribution, de la circulation et des transferts du cuivre in situ dans les différents compartiments biotiques autochtones de la retenue. La biodisponibilité du cuivre est démontrée pour tous les organismes étudiés, de même que l'existence de quelques voies de biomagnification dans la chaîne trophique. Les effets toxiques du cuivre à long terme se traduisent par une diminution de la production planctonique et la disparition d'espèces sensibles (Hydrodictyon, Aphanizomenon), conformément aux prédictions de la grille du SEQ - eau pour de telles concentrations dans l'eau brute. Le niveau de contamination de la retenue augmente depuis sa mise en eau en 1985 et ceci est le fait d'une libération croissante de cuivre par corrosion des condenseurs en laiton. II apparaît que les sédiments de la retenue fonctionnent comme un piège a cuivre et zinc en limitant l'impact sur la rivière Moselle