Étude de l’impact de la spéciation initiale sur la toxicité et la bioaccumulation du platine et du palladium chez une algue verte unicellulaire.

Michaud-Valcourt, Julien (2023). Étude de l’impact de la spéciation initiale sur la toxicité et la bioaccumulation du platine et du palladium chez une algue verte unicellulaire. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 80 p.

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Résumé

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Les propriétés particulières du platine et du palladium font que ces métaux sont considérés comme des éléments critiques au développement technologique. La demande pour ces métaux a explosé dans les années 1970 et en conséquence les concentrations environnementales ont augmenté. Des études sur la toxicité et la bioaccumulation du platine et du palladium ont déjà été réalisées, mais à ce jour peu se sont intéressées aux effets de la spéciation sur ces paramètres. Pourtant, ces métaux sont connus pour leur cinétique d’échange lente, ce qui veut dire que la forme sous laquelle ces métaux sont émis (forme initiale) peut potentiellement persister longtemps dans l’environnement et donc influencer la réponse des organismes exposés. L’objectif de ce projet était donc d’investiguer la toxicité de ces métaux et de déterminer si cette spéciation initiale jouait réellement un rôle dans l’exposition des organismes aquatiques. Des tests de toxicité sur l’algue verte unicellulaire Pseudokirchneriella subcapitata ont été réalisés avec trois formes initiales de platine (Pt(II)Cl4 2-, Pt(II)(NH3)4 2+ et Pt(IV)Cl6 2-) et deux de palladium (Pd(II)Cl4 2- et Pd(II)(NH3)4 2+). Les algues ont été exposées pendant 96 h à pH 7,2 à des gammes de concentration de 0 à 150 µg Pt·L-1 et de 0 à 30 µg Pd·L-1 (précisément déterminées quotidiennement tout au long de l’expérience). L’effet sur la croissance a été mesuré après 72 h et l’internalisation a été quantifiée en fin d’exposition. La cinétique de complexation et de dissociation des métaux a ensuite été étudiée par spectrophotométrie dans une version simplifiée du milieu d’exposition. Les résultats montrent que le palladium est le plus toxique de ces deux métaux, que sa cinétique de dissociation est rapide et que la spéciation initiale n’influence pas sa toxicité, ni son internalisation par les algues. Aucun des deux complexes de Pt(II) n’a inhibé la croissance des algues sur les plages de concentrations testées malgré la dissociation relativement rapide de Pt(II)Cl4 2- et la stabilité du Pt(II)(NH3)4 2+. Ceci démontre que sur la durée d’exposition et les plages de concentrations testées, la spéciation initiale de Pt(II) n’affecte pas sa toxicité. Ces deux formes ainsi que Pt(IV)Cl6 2- avaient une accumulation similaire. Pourtant, un effet plus important sur la croissance des algues a été observé pour le Pt(IV)Cl6 2-. Une dissociation régulée par l’exposition à la lumière a été mise en avant, ce qui porte à croire que la toxicité de ce complexe est liée à la production documentée de radicaux libres de chlore dans le milieu lors de sa dissociation photocatalysée. Dans tous les cas, les résultats obtenus démontrent que la spéciation initiale n’a pas d’influence directe sur la toxicité de ces métaux dans les plages de concentration qui ont été testées.

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Due to their unique properties, platinum and palladium are considered technology critical elements. The demand for these metals exploded in the 1970s and has led to an increase in environmental concentrations. Several studies on the toxicity and bioaccumulation of platinum and palladium have been carried out, but to date only a few have focused on the effects of speciation on these processes. However, these elements are known for their slow exchange kinetics, which means that the form in which these metals are emitted, or initial form, can potentially persist in the environment and mediate organism response to Pt and Pd. The objective of this project was therefore to investigate the toxicity of these metals and to determine if the initial speciation play a role in organism exposure to Pt and Pd. Toxicity tests on the unicellular green alga Pseudokirchneriella subcapitata were performed with three initial forms of platinum (Pt(II)Cl4 2-, Pt(II)(NH3)4 2+ and Pt(IV)Cl6 2-) and two of palladium (Pd(II)Cl4 2- and Pd(II)(NH3)4 2+). The algae were exposed for 96 h at pH 7.2 over concentration ranges of 0 to 150 µg Pt·L-1 and 0 to 30 µg Pd·L-1 (precisely determined). Their effect on growth was determined after 72 h and their uptake by algae was quantified at the end of exposure. Metal complexation and dissociation kinetics were then studied spectrophotometrically with a simplified version of the exposure medium. The results show that palladium is the more toxic of the two metals, that its dissociation kinetics is fast and that the initial speciation does not influence its toxicity or the internalization by the algae. The two Pt(II) complexes also had a similar effect on algal growth despite the relatively rapid dissociation of Pt(II)Cl4 2- and the stability of Pt(II)(NH3)4 2+. This demonstrates that over the exposure duration and the concentration ranges tested, Pt(II) initial speciation does not affect its toxicity. These two forms as well as Pt(IV)Cl6 2- had similar accumulation. However, Pt(IV)Cl6 2 had a greater effect on algae growth. Its dissociation regulated by light exposure was observed, which suggests that the toxicity of this complex is related to the reported production of chlorine free radicals in the medium during its photocatalyzed dissociation. In all cases, the results obtained show that the initial speciation has no direct influence on the toxicity of these metals in the concentration ranges that were tested.

Type de document:	Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse:	Fortin, Claude
Co-directeurs de mémoire/thèse:	Le Faucheur, Séverine
Mots-clés libres:	Pseudokirchneriella subcapitata; spéciation chimique; complexe inorganique; bioaccumulation; cinétique; spectrophotométrie; éléments du groupe platine; métaux précieux; effets; chemical speciation; inorganic complex; kinetics; spectrophotometry; platinum group éléments; precious metal; effects
Centre:	Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt:	31 août 2023 13:58
Dernière modification:	31 août 2023 13:58
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/13547

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