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Comparaison de la biodisponibilité et de la toxicité du lanthane, en lien avec sa spéciation, chez une algue verte unicellulaire, en présence de matières organiques de différentes provenances.

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Zilber, Louise (2022). Comparaison de la biodisponibilité et de la toxicité du lanthane, en lien avec sa spéciation, chez une algue verte unicellulaire, en présence de matières organiques de différentes provenances. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 82 p.

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Résumé

La matière organique dissoute (MOD) est composée d'une variété de molécules pouvant former des complexes avec des ions métalliques dans les milieux aquatiques. Les terres rares sont des métaux couramment utilisés dans diverses technologies récentes, augmentant ainsi les chances de les retrouver dans les systèmes aquatiques. La toxicité du lanthane a déjà été étudiée dans des milieux avec ou sans ligands organiques simples, mais très peu en présence de MOD. Malgré le fait que la MOD soit le principal agent complexant des lanthanides, l'influence de sa composition sur la toxicité du lanthane n'a encore jamais été étudiée. Ce projet avait donc pour but de comparer la toxicité et la biodisponibilité du lanthane sur une algue verte unicellulaire, en relation avec sa spéciation, entre des matières organiques de différentes provenances. Parmi les MOD sélectionnées, deux proviennent d’un marais et d’un lac en Ontario, respectivement Luther Marsh et Bannister Lake, et les deux autres sont des standards d’acides humiques et fulviques provenant de la rivière Suwannee aux États-Unis. Des tests de toxicité pendant 96 h, à pH 5,0 sur une large gamme de concentration en lanthane (0 - 5000 nM) ont été réalisés en absence et en présence de 3 mg C·L⁻¹ de chaque MOD, et la prise en charge du lanthane par Chlorella fusca a pu être quantifiée en fin d’expérience. Les concentrations en lanthane libre ont été déterminées expérimentalement par ultrafiltration partielle et par échange ionique, et elles ont aussi été estimées en utilisant le logiciel Windermere humic aqueous model (WHAM). Les résultats obtenus ont montré que la présence des MOD exacerbe la toxicité du lanthane et son internalisation par les cellules algales. Les mécanismes responsables de cette augmentation restent encore inconnus. Les relations entre la composition et la source des MOD et les concentrations efficaces à 50 % calculées n’étaient pas significatives. Une tendance significative a tout de même été dégagée entre le caractère autochtone des MOD et l’augmentation de la toxicité du lanthane. Ces résultats, qui vont à l’encontre du modèle du ligand biotique, soulèvent l’importance de mieux comprendre l’influence de la matière organique naturelle, ubiquiste dans les milieux aquatiques, sur la toxicité et la biodisponibilité des métaux.

Abstract

Dissolved organic matter (DOM) is made up of a variety of organic compounds that can form complexes with metal ions in aquatic environments. Rare earth metals are commonly used in many new technologies, increasing the probability of their release to freshwater systems. The toxicity of lanthanum has already been studied in media with and without simple organic ligands but rarely in the presence of DOM. Despite the fact that DOM is the main complexing agent of lanthanides, the influence of DOM quality on lanthanum toxicity has never yet been studied. The aim of this project was therefore to compare the toxicity and bioavailability of lanthanum with a unicellular green alga, in relation to its speciation, with DOM from different sources. Of the DOMs selected, two were from a marsh and a lake in Ontario, Luther Marsh and Bannister Lake, respectively, and the other two were humic and fulvic acid standards from the Suwannee River, in the United States of America. Toxicity tests of 96 h, at pH 5.0, over a wide concentration range of lanthanum (0 – 5000 nM) were carried out in the absence and in the presence of 3 mg C·L⁻¹ of each DOM. Lanthanum bioaccumulation by Chlorella fusca was quantified at the end of the experiment. Free lanthanum concentrations were determined experimentally by partial ultrafiltration and by an ion exchange technique, and were also estimated using the Windermere Humic Aqueous Model (WHAM) software. The results obtained showed that the presence of DOM exacerbates the toxicity of lanthanum and its bioaccumulation by algal cells. The mechanisms underlying this increase in toxicity are still unknown. The relationships between the DOM composition and source and the calculated 50 % effective concentrations were not significant. A significant trend was nonetheless identified between the autochthonous character of DOMs and the increased toxicity of lanthanum. These results, which are in contradiction with the biotic ligand model, show the importance of better understanding the influence of natural organic matter, ubiquitous in aquatic environments, on the toxicity and bioavailability of metals.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Fortin, Claude
Co-directeurs de mémoire/thèse: Parlanti, Édith
Mots-clés libres: Chlorella fusca; spéciation chimique; modèle du ligand biotique; absorbance; fluorescence; MOD; metal speciation; biotic ligand model; absorbance; fluorescence; DOM quality
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 13 juin 2022 18:11
Dernière modification: 15 sept. 2022 18:58
URI: https://espace.inrs.ca/id/eprint/12594

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