1. Quelles sont les risques provoqués par les polluants de l'eau ? 2. Par quelles voies les polluants pénètrent-ils dans l'environnement ?
3. Comment les polluants sont-ils transportés par l'eau?
4. Quels sont les facteurs qui déterminent le mouvement des polluants dans l'eau ?
5. Comment les organismes réagissent aux polluants ?
6. Quels sont les effets généraux que peuvent avoir les polluants de l'eau sur les organismes ?
7. Comment teste-t-on la toxicité des polluants à l'aide les animaux aquatique ?
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1. Quelles sont les risques provoqués par les polluants de l'eau ?
Une gamme très large de produits chimiques sont considérés comme des polluants de l'eau, cela va des simples ions inorganiques aux molécules organiques complexes.
Il existe différents groupes de polluants et chaque groupe à sa façon propre de pénétrer dans l'environnement et présente des risques spécifiques. Chaque groupe à des polluants majeurs qui sont connus de tout le monde du fait de leurs effets sur la santé.
Les polluants organiques
Les composés organiques sont des composés à base de carbone, ils sont souvent constitués de longues chaines d'atomes. Beaucoup de ces composés sont des constituants de base de la matière organique. Les molécules ne comportant que des atomes de carbone et d'hydrogène sont non polaire et ne sont en général pas ou peu soluble dans l'eau. Elles n'ont pas ou peu de charge électrique.
Le comportement des composés organiques dépend de leur structure moléculaire, de leur taille et de leur forme et de la présence ou non de groupes fonctionnels (qui sont des facteurs importants en ce qui concerne la toxicité).
Il est important de connaître la structure des composés organiques, afin de prévoir leur sort dans les organismes vivants et dans l'environnement. Les composés organiques qui sont dangereux pour l'environnement sont tous d'origine synthétique et n'existe que depuis le siècle dernier.
Il existe beaucoup de types différents de polluants organiques, dont voici quelques exemples :
Les hydrocarbures
Ce sont des composés comportant du carbone et de l'hydrogène.
Ils peuvent être divisés en deux classes :
Dans la première on retrouve les alcanes qui ne comportent que des liaisons simples, les alcènes qui comportent des liaisons doubles et les alcynes qui comportent des liaisons triples ( ils existent sous forme liquide et gazeuse ).
Dans la seconde on trouve les hydrocarbures aromatiques, qui ont une structure cyclique ( il s'agit de liquide ou de solide ). Les hydrocarbures aromatiques tels que les HAP ( hydrocarbures aromatiques polycycliques ) sont beaucoup plus réactifs que les hydrocarbures du premier groupe.
- les BPC (biphényl polychlorés) sont des fluides stables et non réactifs entre dans la composition de fluides hydrauliques, de liquide de refroidissement ou d'isolation dans certains dispositif électrique comme les transformateurs, il est aussi utilisé dans les peintures et les plastifiants. Il existe beaucoup de compose BPC différents, aucun d'entre eux n'est soluble dans l'eau. Dans beaucoup de pays l'utilisation des PCB est restreintes car on ne connaît pas bien les effets à long terme.
- les insecticides tels que le DDT qui sont très dangereux car ils s'accumulent dans les tissus gras des petits animaux et entrent ainsi dans la chaîne alimentaire. On a restreint leur usage depuis plus d'une dizaine d'année.
- les détergents. Ceux-ci peuvent être polaire ou non polaire.
Les engrais inorganiques
Certains polluants inorganiques ne sont pas particulièrement toxiques, mais sont un danger pour l'environnement car ils sont employés d'une façon trop intensive. C'est dans cette catégorie que se situe les engrais, tels que les nitrates et les phosphates. Les nitrates et les phosphates augmentent le développement des algues dans l'eau de surface, de ce fait le niveau de l'oxygène de l'eau diminue. Il y a un manque d'oxygène dans l'eau, c'est ce qu'on appelle l'eutrophication.
Les métaux
Les métaux sont de bons conducteurs d'électricité et généralement interviennent dans les réactions chimiques en tant qu'ions positifs (cations). Les métaux sont des substances naturelles que l'on trouve sous forme de minerais dans le sol, où ils ont été déposés par l'activité volcanique. Ils peuvent se répandre dans d'autres lieux où ils peuvent être nuisible pour l'environnement. On peut citer quelques exemples de métaux : le plomb, le zinc, le manganèse. On peut les trouver dans les eaux de surface sous leurs formes ioniques stables.
Les métaux qui ne sont pas d'origine naturelle peuvent être très dangereux, en effet ils proviennent souvent des réactions nucléaires réalisées par l'homme et peuvent être fortement radioactifs.
Les métaux peuvent réagir aux produits dangereux avec d'autres ions. Ils sont souvent impliqués dans des réactions de transfert d'électron impliquant l'oxygène. Ce qui peut mener à la formation de radicaux libres toxiques.
Les métaux peuvent former des métalloïdes et ensuite se lier aux composés organiques pour former des substances lipophiles souvent hautement toxiques et qui peuvent être stockés dans les réserve de gras des animaux et des humains. Les métaux peuvent également se lier à des macromolécules cellulaires dans le corps humain.
Les métaux lourds sont les métaux les plus dangereux. Ils ont une densité supérieure à 5 et c'est pour cette raison qu'on les qualifie de lourd.
Les métaux ne peuvent pas être décomposés en composés moins nocifs, car ils sont non-biodégradables. La seule chance des organismes vivants contre les métaux est de les stocker dans des tissus du corps où ils ne peuvent faire aucun mal.
Les organismes vivants ont besoin de métaux, car ils sont essentielles pour leur santé et sont souvent des composants essentiels des enzymes.
Les Isotopes radioactifs
Les temps de demi vies et la façon des se dégrader des isotopes radioactifs déterminent leur dangerosité pour les êtres humains. Les humains créent tous les isotopes radioactifs dans l'industrie nucléaire. Le débat pour savoir si les avantages de l'énergie nucléaire surpassent les dangers des rayonnements radioactifs existe toujours. Quand un élément radioactif se dégrade, il peut produire quatre types de particules : alpha, bêta, gamma et des neutrons.
Les particules alpha ne peuvent parcourir qu'une courte distance dans l'air et les tissus humains, mais elles peuvent être très néfastes si elles se rencontrent des cellules en raison de leur masse importante (par rapport aux électrons). Elles sont chargées positivement.
Les particules bêta peuvent parcourir une plus grande distance, mais elles font beaucoup moins de dommages que les particules alpha. Elles sont chargées négativement.
Les rayons gamma sont très pénétrants. Les dommages provoqués par ces rayons sont semblables à ceux des rayons bêta.
Les neutrons sont libérés par le rayonnement et réagissent avec les autres éléments lors de collision. Ils sont à la base des fissions nucléaires dans un réacteur.
La radioactivité d'une substance est mesurée en becquerels, mais cette unité ne permet pas d'exprimé les dommages causés sur les tissus par le rayonnement. C'est pourquoi on utilise une autre unité: le gray, qui correspond à l'énergie déposée par kilogramme de matière (1Gy = 1J/kg). Les différents types de rayonnement peuvent provoquer différents type de dommages, car l'énergie ne se répartie pas dans les tissus de la même façon.
Pour tenir compte de cette différence on utilise une autre unité le sievert, pour passer des Gy au Sv on applique un coefficient multiplicatif qui dépend du type de rayonnement. A titre d'exemple un rayonnement alpha peut provoque 20 fois les dommages causés par la même quantité de rayonnement bêta. La matière radioactive doit être stockée pendant une certaine période, afin d'éliminer le danger. Le temps de stockage nécessaire varie selon l'élément considéré, et il dépend du temps de demi vie de l'isotope, c'est à dire le temps nécessaire pour que la moitié des isotopes initiaux se soient dégradée.
2. Par quelles voies les polluants pénètrent-ils dans l'environnement ?
Le déversement des eaux d'égout représente une source mondiale majeur de pollution. Des déchets domestiques et industriels sont rejetés dans les eaux de surface par des systèmes d'égout. Dans certains cas les déchets industriels sont rejetés directement dans les eaux de surface. La qualité des eaux d'égout qui pénètrent dans les eaux de surface dépend des polluants qui y sont présents de la façon dont elle est traitée avant d'entrer en contact avec l'eau de surface.
Les eaux d'égouts domestiques se composent principalement de papier, de savon, d'urine, des matières fécales et de détergents. Les déchets industriels sont variés et dépendent des procédés utilisés par les usines dont ils proviennent.
Les métaux lourds proviennent en général de l'exploitation minière et de la fonderie, les chlorophénols et les fongicides des usines de papier, plusieurs composés organiques proviennent de l'industrie chimique et les composés radioactifs proviennent des centrales nucléaires.
Dans les terres les déversement des déchets industriels sont étroitement surveillés, mais l'extraction en pleine mer, du pétrole et du manganèse entrènent le déversement de déchets directement dans la mer. Des déchets radioactifs sont déposés au fond des mers dans de grands barils en béton pour élimination, mais souvent ces barils commenceront à avoir des défauts au bout d'un moment. Les usines rejètent souvent leurs eaux usées dans la mer pour s'en débarrasser de façon illégale, car ça leur couterait trop cher de purifier leur eau.
Le pétrole est déversé dans la mer par les pétroliers et lors des naufrages, les pesticides sont ajoutés à l'eau pour contrôler les parasites aquatiques. Les peintures des bateaux se dégradent lors des longs voyages et finissent finallement dans l'eau.
Lorsqu'elle sont en période de croissance les plantes absorbent le nitrate et le phosphate, mais quand lorsque les plantes meurent ils sont de nouveau libérés dans le sol et finissent souvent dans les eaux de surface.
Les polluants peuvent aussi contaminer l'eau de façon non délibérée, par exemple par des dépôts atmosphériques. Les pesticides peuvent entrer dans l'eau de surface facilement de cette façon, car on les déverse sur les plantes sous forme de gouttelettes ou au pulvérisateur. Les polluants présents dans le sol peuvent pénétrer dans les eaux de surface lors des fortes pluies ou en s'infiltrant dans le sol et en rejoignant les eaux souterraines.
Les effets des polluants se font surtout ressentir dans les petites mers intérieures et les lacs intérieur. En effet les océans ont un système naturel de dilution pour les polluants arrivant, tandis que les lacs n'ont pas de réel point sortie. De ce fait, la qualité de l'eau dépendra beaucoup de la vitesse de dégradation et de précipitation des polluants.
3. Comment les polluants sont-ils transportés par l'eau?
Les polluants peuvent exister dans l'eau sous différents états. Ils peuvent être dissous ou bien en suspension, c'est à dire sous forme de gouttelettes ou de particules. Les polluants peuvent également être dissous dans des gouttelettes ou être absorbés par des particules. Sous tous ces états les polluants peuvent parcourir de grandes distances dans l'eau et ce de différentes façon.
La matière particulaire peut tomber au fond des rivières et des lacs ou rester à la surface, selon sa densité. Ceci signifie que la plupart du temps elle reste au même endroit lorsque l'eau ne s'écoule pas très rapidement. En général dans les fleuves les polluants parcourent de longues distances. La distance qu'ils parcourent dépend de la stabilité et de l'état physique du polluant et de la vitesse d' écoulement du fleuve. Les polluants iront plus loin s'ils sont en solution dans un fleuve qui s'écoule rapidement. Dans ce cas les concentrations en polluants en un point particulier sont plus faibles mais on peut retrouver le polluant sur une zone plus étendue.
Dans les lacs et les océans les polluants sont transportés par les courants. Il y a beaucoup de courants dans les océans, ce qui permet à un polluant de voyager d'un continent à un autre.
On compte souvent sur le capacité des océans à réduire la concentration des polluants, les prétendues "capacités autonettoyantes" des océans. Mais ça ne fonctionne pas toujours, ceci car le mouvement des courants dans les océans n'est pas uniforme. Et c'est pourquoi les eaux cotières ont souvent un niveau de pollution sensiblement plus élévé que la pleine mer.
Quand des polluants persistants s'accumulent dans les tissus des poissons ou des oiseaux marins, ils ne sont pas seulement un danger toxique pour la chaine alimentaire, ils sont aussi capable alors de parcourir de longue distance et contaminer la chaine alimentaire dans des zones non polluées.
4. Quels sont les facteurs qui déterminent le mouvement des polluants dans l'eau ?
Le mouvement de particules dans l'eau est déterminé par un processus physique. Ce mouvement dépend des propriétés du produit mais aussi des propriétés de l'eau. Nous allons donner un aperçu de ces processus ici.
L'eau est un liquide polaire. Cela signifie que les atomes d'oxygène de la molécule d'eau attirent les électrons des atomes d'hydrogènes et que de ce fait il y a une charge partielle positive sur les atomes d'hydrogène. Les atomes d'oxygène ont eux une charge partielle négative, et de ce fait ils attirent les atomes des autres molécules d'eau pour former des liaisons hydrogènes. Dans les composés non polaires, tels que les hydrocarbures, il n'y a presque pas de séparation de charge et par conséquent ils ne se dissolvent pas dans l'eau.
L'eau a tendance à former des agrégats dans lesquels 4 molécules entourent chaque molécule d'eau. Les cations et les anions ont une affinité pour la partie de l'eau portant la charge opposée, les agrégats sont rompus et les ions se dissolvent. Beaucoup de sels organiques et de composés polaires organiques sont soluble dans l'eau, mais les composés organiques non-polaires ne le sont pas.
On peut donc en conclure que les molécules qui peuvent parvenir à une séparation de charge sont facilement solubles dans l'eau, tandis que celle qui n'ont pas de charge ne sont pas très solubles dans l'eau.
Une conséquence de la polarité est l'hydrophobie. Dans le processus de formation des agrégats avec des molécules chargées, l'eau exclut les substances non-polaires. Ce qui mène à la formation de bicouches de phospholipides.
Le niveau d'hydrophobicité d'une molécule est déterminé par son coefficient de partage n-octanol/eau. Il correspond au rapport de concentration d'une molécule dissoute à saturation dans la n6octanol et dans l'eau. Plus ce coefficient est élevé, plus le composé est hydrophobe.
Pour savoir si un composé va rester dans l'eau on regarde aussi sa pression de vapeur. La pression de vapeur indique la tendance d'un liquide ou de d'un solide à se volatiliser. La pression de vapeur augmente avec la température, puisque les molécules à la surface ont une plus grande énergie cinétique.
La répartition des produits chimiques entre les différents milieux de l'environnement: air, eau, sol est un autre facteur important. La tendance à s'échapper ou la fugacité d'une substance détermine le déplacement d'un milieu à un autre.
La stabilité moléculaire est un facteur qui indique combien de temps un composé reste dans l'environnement et la distance qu'il pourra parcourir. Dans l'environnement des processus chimiques et biochimiques, tels que l'hydrolyse et l'oxydation détruisent les produits chimiques. Cette dégradation ne dépend pas seulement de la stabilité du composé mais aussi des conditions rencontrées dans l'environnement: la température, le pH, le niveau de radiation solaire rencontré et la nature de la surface absorbantes. Par exemple, la solubilité des métaux dans l'eau dépend du pH de celle-ci. Quelquefois la biotransformation d'un composé dans l'environnement pendant sa dégradation n'est pas très positive, car on peut arriver à des composés plus toxiques que le produit de départ.
5. Comment les organismes réagissent aux polluants ?
Quand un polluant pénètre dans un organisme cela entraîne des modifications, ces modifications peuvent servir à protéger l'organime contre les effets dangereux ou non.
La première réponse d'un organisme à un polluants est de déclancher un mécanisme de protection. Dans la plupart des cas cela permet la detoxification du polluant mais il arrive dans certains cas qu'il produise des substances qui endommagent plus les cellules que le polluant originel.
Un autre type de réponse est de réduire la disponibilité d'un polluant en le liant à une autre molécule pour l'extraire ou le stocker.
a côté de ces mécanismes de protection l'organisme peut aussi déclancher des mécanismes pour réparer les dommages causés par les polluants.
Les réponses à la toxicité d'un polluant ne dépend pas seulement du polluants mais aussi du type d'organisme contaminé.
6. Quels sont les effets généraux que peuvent avoir les polluants de l'eau sur les organismes ?
Les polluants de l'eau peuvent avoir beaucoup d'effets différents, tout dépend du polluant et de l'organisme considéré. Voici quelques exemples d'effets que peut avoir un polluant.
Génotoxicité
On sait que beaucoup de composé qui pénètrent dans les organismes causent des dommages à l'ADN. Ces composés sont appelés génotoxines.
En général lorsque l'ADN est endommagé un système naturel de réparation le remet dans son état normal, mais quand ce système ne marche pas pour une quelconque raison, les cellules avec l'ADN endommagé peuvent se diviser. Il y a alors production de cellules mutantes et le défaut peut se diffuser, de ce fait la descendance de l'organisme peut avoir de sérieux défauts qui sont souvent néfastes pour sa santé.
Les HPA, l'aflatoxine et le chlorure de vinyl sont des exemples de génotoxines.
Pour toutes ces génotoxines, ce n'est pas le composé originel qui réagit avec l'ADN, ce sont en général des produits hautement réactifs à durée de vie courte produits lors de réaction entre le composé original et des enzymes.
Cancérogénicité
Plusieurs polluants sont carcinogènes, ce qui signifie qu'ils peuvent entraîner un cancer chez l'être humain et les animaux. Les polluants carcinogènes sont des polluants qui jouent un rôle dans une ou plusieurs étapes du développement du cancer dans l'organisme.
Les polluants peuvent être le déclencheur, c'est à dire qu'ils introduisent des propriétés pouvant provoquer un cancer dans la cellule. Ils peuvent aussi être des promoteurs, ce qui signifie qu'ils peuvent promouvoir la croissance des cellules qui peuvent développer des cancers. Enfin, ils peuvent stimuler la division non contrôlée et la diffusion des cellules cancéreuses. Si l'un de ces éléments manque le cancer ne peut se développer.
Quand les cellules cancéreuses sont malignes, elles peuvent se diffuser à travers le corps humain rapidement, entrainant des effets négatifs sur les cellules saines et le mécanisme immunitaire. Elles détruisent les cellules normales du corps et entraîne des cancer dans les organes.
Neurotoxicité
Le système nerveux des organismes est très sensible aux effets toxiques des produits chimiques, qu'ils soient naturels ou synthétiques. Les produits chimiques qui ont des effets neurologiques sont appelés des neurotoxines. Par exemple les insecticides sont de dangereuses neurotoxines.
Les neurotoxines perturbent toutes d'une façon ou d'une autre la transmission des impulsions le long des nerfs ou à travers les synapses.
Les conséquences de la neurotoxicité sont multiples. Il peut s'agir de tremblements musculaires, de convulsions, d'un mauvais fonctionnement des nerfs et des transmissions, de vertiges ou de dépression ou même un mauvais fonctionnement complet de certaines partie du corps. La neurotoxicité peut être sérieuse au point de bloquer les synapses. Le blocage des synapses entraîne la mort par paralysie du muscle du diaphragme et impossibilité de respirer.
Perturbation des transferts d'énergie
Dans l'organisme la transformation d'énergie se fait dans les cellules au niveau des mitochondrie. Dans ces mitochondries il y a production de molécules d'ATP, qui transportent l'énergie à travers tout le corps de l'organisme. Quand la production d'ATP est perturbée les transferts d'énergie cessent, ce qui a pour conséquence de fatiguer l'organisme, celui ci est inanimé et est incapable de fonctionner normalement.
Problèmes de reproduction
Les polluants entrainant des échecs reproductifs due fait de dommages sur les organes reproducteurs sont appelés perturbateurs (ou modulateur) endocriniens. Il y a plusieurs façons pour un polluant de perturber le système endocrinien.
Il y a les produits oestrogéniques. Ce sont des produits chimiques qui peuvent se fixer sur les récepteur d'oestrogène. ce qui entraîne le déclanchement du processus oestrogénique et donc une perturbation dans le système reproductif qui peut aller jusqu'à l'échec reproductif.
Un produit oestrogénique peut aussi bloquer les effets des oestrogène endogènes en se liant au récepteur de l'oestrogène et entrainer ainsi la masculinisation des organismes femelles.
On peut aussi trouver des molécules reproductives femelles dans des organismes mâles. ce qui donne des hermaphrodites. De nombreux cas d'imposex ( phénomène par lequel le sexe d'un organisme devient indéterminé à la suite d'un dérèglement ou d'une perturbation hormonale ) ont été reporté chez les organismes marins, par exemple chez le buccin ( un gastéropode ), à cause du tributyl étain.
D'autres hormones peuvent être inhibés par fixation de produits chimiques sur les récepteurs, et cela peut entrainer l'infertilité lorsque ça s'étale sur une longue période.
Effets sur le comportement
Tous les comportements sont vulnérables à une altération par les polluants. Le comportement social ou sexuel peut être modifié, entrainant une diminution de la reproduction. La vulnérabilité face aux prédateurs peut augmenter, du fait d'une baisse de la vigilance. Ainsi l'effet des polluants sur les comportements entraine une baisse de la production et un taux de mortalité plus élevé.
Une conséquence fréquente de la pollution est une perte d'appétit, donc une diminution de la prise de nourriture. La recherche des proies peut aussi être affectée, du fait des effets des polluants sur l'apprentissage, les stratégies de recherche et le système sensoriel.
Ces effets sur le comportement diminuent les chances de survie des organismes, surtout des animaux.
L'une des propriétés des polluants que l'on doit toujours garder à l'esprit c'est leur possibilité d'interagir avec un autre. Les réactions chimiques permettant aux polluants de se combiner peuvent diminuer leurs effets mais aussi les augmenter, rendant ainsi un polluant encore plus dangereux pour les organismes.
7. Comment teste-t-on la toxicité des polluants à l'aide les animaux aquatique ?
On peut tester la toxicité de produit chimique dans l'eau en utilisant les animaux aquatiques comme indicateur. Les produits chimiques peuvent être en solution, en suspension ou les deux.
Pour déterminer les valeurs des concentrations mortelles, les organismes sont exposés à différentes concentration. Quand un effet apparaît on note la concentration correspondante, quand l'animal meure, on note la concentration mortelle. cette façon de déterminer la toxicité se fait en laboratoire. Quand beaucoup d'animaux meurent à des concentrations faibles en produit, cela signifie que le produit en question est très toxique. Quand on connait le degré de toxicité, on connait aussi ces effets lorsqu'on en a une certaine concentration dans un lieu.
La toxicité d'un produit chimique pour un organisme aquatique dépends de la concentration du produit mais aussi du temps d'exposition à ce produit. Le temps d'exposition à un produit chimique lors d'un test de toxicité dépend de l'animal qui est utilisé. Des Daphnie (puces d'eau) sont souvent utilisés pour certains tests de toxicité. Ces test durent en général seulement 24 à 48 heures. En revanche les tests de toxicité avec des poissons sont plus long, en général de 4 jours à une semaine.
Les données obtenues par de tels tests ne donnent pas seulement le degré de toxicité d'un produit, ils donnent aussi des indications sur la toxicité du produit lorsqu'il y a d'autres produits chimiques présents. Tous les tests de toxicité ne vont pas jusqu'à la mort des organismes, quelquefois un changement dans le comportement d'un animal aquatique est un signe de toxicité de certain type de produits chimiques.
Les tests de toxicité sont influencés à la fois par les propriétés des produits chimiques et par les propriétés de l'organismes. La disponibilité du produit chimique pour l'organisme est aussi un facteur important, car la toxicité diminue quand le produit n'est pas facilement par l'organisme.
Les laboratoires peuvent aussi effectuer des tests de toxicité pour les produits chimiques présents dans les sédiments de l'eau.
Sources : http://www.lenntech.fr/francais/faq-effet-polluants-sante.htm
À propos de Lenntech
La société Lenntech a été créé en 1993 par des anciens de l'Université technique de Delft, Pays-Bas.
La désinfection de l'eau, l'oxydation et les techniques de recyclage par des procédés « écologiques » ont été à l'origine des activités de Lenntech. Au cours de son développement l’entreprise s’est orientée vers des technologies telles que la filtration fine, la biofiltration et l'élimination des odeurs. Lenntech fournit des systèmes clé en main.
