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Écotoxicologie lacustre du sélénium en régions minières.

Ponton, Dominic (2015). Écotoxicologie lacustre du sélénium en régions minières. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 126 p.

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Résumé

Le sélénium (Se) est un élément essentiel, mais une concentration interne cinq fois plus élevée que celle nécessaire peut induire des effets toxiques. Son écotoxicologie a été très étudiée, mais plusieurs mécanismes d’accumulation et d’effet ne sont pas compris. Nous avons mesuré les concentrations de trois espèces chimiques du sélénium (sélénite, séléniate et séléniures organiques) dans l’eau d’une quinzaine de lacs des régions de Sudbury, Ontario et Rouyn-Noranda, Québec. Ces mesures ont été comparées avec les concentrations de sélénium ([Se]) dans une chaîne trophique planctonique composée de microplancton (algues et bactéries), de crustacés planctoniques et de larves du diptère Chaoborus. Ce sont les concentrations de séléniures organiques dissous qui sont les mieux corrélées avec les [Se] dans cette chaîne trophique, mais l’addition des concentrations de séléniate rend les corrélations plus fortes. Afin de comprendre les mécanismes derrière ces observations, nous avons exposé l’algue verte unicellulaire Chalmydomonas reinhardtii à la même concentration de sélénite, de séléniate ou de sélénométhionine, au laboratoire, mais à des concentrations variables de sulfate, d’ions hydrogène et ce, pour plusieurs durées d’exposition. Ces expériences démontrent que l’accumulation par cette algue verte est plus importante lorsqu’exposée au séléniate qu’au sélénite, mais à des concentrations de sulfate très élevées, la prise en charge de sélénite est un peu plus importante. Par contre, l’accumulation de sélénométhionine n’a pas été influencée par les concentrations de sulfate. À des [SO4] représentatives des lacs étudiés, les [Se] chez l’algue étaient trois fois plus élevées lorsqu’exposée à la sélénométhionine qu’aux espèces inorganiques. Dans toutes les conditions expérimentales, les [Se] chez C. reinhardtii étaient faibles comparativement à celles mesurées dans le microplancton naturel des lacs, et ce à de plus faibles concentrations aqueuses. Nous avons donc récolté le microplancton du lac Bédard (lac témoin) au nord de la ville de Québec et exposé ces organismes aux mêmes conditions que l’algue verte. Ces expériences démontrent que les [Se] chez microplancton naturel étaient 30 fois plus élevées que celles de C. reinhardtii lorsqu’exposés à la sélénométhionine. Contrairement à l’algue, les [Se] chez le microplancton étaient plus élevées lorsqu’exposé au sélénite qu’au séléniate. De façon générale, pour une concentration donnée de Se dissous, l’accumulation de la forme organique sera supérieure à celle observée pour les formes inorganiques, mais l’accumulation préférentielle des espèces chimiques du sélénium est étroitement liée aux types de micro-organisme étudiés. Ces données de laboratoire nous ont permis d’estimer les [Se] mesurées chez les organismes pélagiques des lacs étudiés. Nous n’avons pas observé de bioamplification du Se dans la chaîne trophique pélagique constituée d’invertébrés et de microplancton pélagiques, mais une bioamplification du Se a été observée entre les perchaudes et leur proie. De plus, lorsque les perchaudes se nourrissent davantage de proies venant des sédiments, elles sont exposées à des [Se] plus élevées. Effectivement, nous avons obtenu des régressions négatives entre la signature isotopique de soufre (δ34S) et les [Se] dans les perchaudes et leurs proies suggérant que plus les organismes se nourrissent dans un environnement anoxique, plus ils sont exposés au Se. Les chironomes qui consomment les sédiments (p. ex. Chironomus) sont les invertébrés avec les plus fortes [Se]. Nous suggérons donc de les utiliser pour les évaluations du risque environnemental afin d’estimer l’exposition maximale potentielle des perchaudes. L’estimation des [Se] dans les gonades suggèrent un risque de toxicité pour certaines perchaudes des lacs Kelly et Rouyn. Afin d’évaluer si les métaux et le Se causent des effets toxiques à ces perchaudes, nous avons mesuré le stress oxidatif cellulaire dans leur foie. Des mesures physiologiques hépatiques indiquent que 44% des 50 perchaudes récoltées provenant de 11 lacs subissent du stress oxydatif cellulaire. Ce stress est inversement corrélé avec les [Se] dans le foie indiquant son pouvoir comme antioxydant. Les poissons qui subissent davantage de stress oxydatif ont des proportions de cadmium, cuivre et zinc plus élevées dans leurs compartiments cellulaires sensibles. Nous avons quantifié le débordement subcellulaire de cadmium dans les fractions sensibles et observé qu’il était corrélé avec la peroxydation lipidique. Par contre, la peroxydation lipidique était négativement corrélée avec les concentrations de Se dans le foie. Cette étude est la première qui démontre un effet antagoniste du Cd et du Se en milieu naturel. Puisque le Se peut interagir avec des métaux dans les cellules, nous avons observé chez un autre organisme, l’accumulation et la répartition subcellulaire du Cd et du Se au cours d’une étude de transplantation entre deux lacs. La transplantation de larves du diptère Chaoborus du lac Dasserat au lac Dufault a démontré que le taux d’accumulation de Se est constant durant toute l’expérience, mais qu’un délai d’environ une semaine est observé avant que les larves accumulent le Cd. Par l’utilisation d’un modèle déterministe, nous avons calculé que le changement d’accumulation de Cd était dû à une augmentation de l’efficacité d’assimilation passant de 2,3 à 4,6 %. Le fractionnement subcellulaire indique une grande différence dans la gestion intracellulaire de ces deux éléments. À la fin de l’expérience, les quantités de Se étaient similaires dans les compartiments cellulaires sensibles et ceux qui détoxiquent les métaux. Au contraire, les quantités de Cd dans les parties sensibles sont toujours restées faibles. Cette expérience démontre comment les larves de Chaoborus, en deux semaines, arrivent à gérer les éléments traces intracellulaires comme le fait les larves indigènes du lac Dufault. Cette thèse présente plusieurs nouveautés concernant l’écotoxicologie du sélénium. Nous avons clarifié l’influence de la spéciation chimique du Se dans l’eau sur l’accumulation par des organismes pélagiques. Les organismes benthiques et leurs prédateurs, quant à eux, sont davantage exposés au sélénium que les organismes se nourrissant dans la colonne d’eau et finalement, cet élément semble protéger les perchaudes du stress oxydatif et de la toxicité du cadmium.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Hare, Landis
Mots-clés libres: écotoxicologie; sélénium; cadmium; alimentation; larve; perchaudes; Perca flavescens; Chaoborus punctipennis
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 29 mars 2016 21:12
Dernière modification: 29 mars 2016 21:12
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/3318

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