courriel: sebastien.sauve@umontreal.ca Chimie de l’environnement courriel: sebastien.sauve@umontreal.ca

Aperçu Pluridisciplinarité Multimédia Biodisponibilité Sols, eaux de surfaces, eaux souterraines, air Biodisponibilité Spéciation chimique, exposition Évaluation environnementale Réhabilitation de sites

Pluridisciplinarité Combinaison de plusieurs disciplines permettent l’analyse environnementale Toxicologie Biologie Chimie Hydrologie Médicine Droit – aspects légaux

Problèmes de santé humaine (dans Erin Brockovich) Migraines chroniques Saignements de nez Maladies respiratoires Déficiences cardiaques Atteintes au foie Détérioration des os et des organes Maladie de Crohns Maladie d’Hodgkin Altération d’ADN Kystes aux seins Déficiences immunitaires Détérioration de la colonne vertébrale Cancers et leucémie

Critères de qualité environnementale Pourquoi? Pour protéger: Santé humaine Qualité de l’environnement Pérennité de l’agriculture Diversité biologique

Critères de qualité Éléments traces habituellement mesurés sous leur concentration environnementale totale (digestion dans l’acide ou extraction avec un solvant pour les produits organiques) Habituellement rapportés en ppm (parties par million). Unités plus significative sous leur forme SI: mg métal / kg de sol sec, ou mg métal / L (pour les solutions). Une comparaison avec les niveaux dits normaux permet d’identifier les sites contaminés.

Métaux/Organiques Éléments traces Contaminants organiques anthropiques Aucun dans les environnements vierges Biodégradabilité variable La majorité sont hydrophobe et lipophile Volatilité variable Aucuns ne sont des éléments nutritifs essentiels Éléments traces Concentrations naturelles varient énormément Jamais biodégradé Rarement lipophile (sauf le méthyle mercure) Rarement volatil (Sauf encore MeHg) Certains sont des éléments nutritifs essentiels

Éléments essentiels Lee and Allen. 1998. Hum. Ecol. Risk Asess. 4:605-617.

Teneurs de fond Les teneurs de fond varient énormément Dépendent de la géochimie et de la minéralogie des matériaux d’origine Histoire du site et de l’environnement autour Par exemple: Californie, plaines, Royaume- Uni, formation géologique particulière

Toxicité Indépendante des teneurs de fond Si une concentration “naturelle” est élevée, cette concentration au bruit de fond pourrait s’avérer toxique Des concentrations de sources anthropiques qui dépassent les niveaux usuels pourraient ne pas représenter de risque environnemental

Toxicité Chaudri et al. 1999. Environmental Science and Technology 33:1180.

Accumulation par les plantes Lorenz et al. 1997. Plant and Soil 1997 189:21.

Critères (CCME)

Critères (CCME)

Boues d’épuration Biosolides Marge étroite Soucis: Santé humaine (qualité des produits alimentaires) Pérennité agricole

Biodisponibilité biodisponibilité: étymologie provient de disponibilité biologique Signifie simplement disponible pour les organismes biologiques Peut faire référence à une ingestion ou une prise en charge d’une substance Peut aussi faire référence à des effets biologiques avec ou sans prise en charge par l’organisme

Routes d’exposition Suter 1993. Ecological Risk Assessment, Lewis Pub. Chelsea, MI, USA.

Modèle d’exposition multimédia CalTOX, User’s Guide. 1994. University of California, Davis, CA.

Phytodisponibilité Déposition Atmosphérique Diffusion Gazeuse Adsorption Déplacement Captation racinaire

Fractionnement Total Lié à la matière organique Métal libre Complexes Cl Complexes SO4

Spéciation et Fractionnement  

Spéciation chimique Survie de Ceriodaphnia dubia Adapté de: Ma et al. 1999. Environ. Toxicol. Chem. 18, 828-837.

Le pH des sols Mesuré dans une boue (0.01 M CaCl2) Facteur déterminant pour: Solubilité de divers contaminants Solubilité de la matière organique (solide et dissoute) Sorption sur diverses surfaces des sols Spéciation chimique et la biodisponibilité Chaque espèce biologique est habituée à son propre éventail de pH

pH From: Brady N.C. et Weil R.R., «The Nature and Properties of Soils» 1999, Prentice Hall, New Jersey, Figure 9.1 page 345

Le pH et la solubilité des métaux 40 mg/L 0.02 mg/L From: McBride M.B., «Environmental Chemistry of Soils» 1994, Oxford University Press, New York, Figure 4.14 page 159

Fractionnement solide-liquide Présume un ratio unique et constant entre la phase solide et liquide: Métal total est en mg/kg sol sec dry et le métal dissout est enin mg/L, donc les Kd sont habituellement rapportés an L/kg Sensible à la méthode de détermination, au ratio solide:liquide, à la méthode d’extraction, à la durée de l’extraction et à la filtration

Sauvé et al. 2000. Environ. Sci. Technol. 34:1125-1131. Effets du pH Pour une compilation de données publiées, de 29 à 58 % de la variance dépend du pH Sauvé et al. 2000. Environ. Sci. Technol. 34:1125-1131.

Chrome (Cr) Le métabolisme du glucose et de l’insuline requiert du Cr La diète Nord américaine déborde d’hydrates de carbone ce qui surcharge le système d’insuline et vide les réserves corporelles de Cr Adulte humain a besoin de 200 µg Cr/jour En Amérique du Nord, 90% de la population en est déficiente et des suppléments vitaminiques de Cr seraient bénéfiques Le chrome aide à augmenter la masse musculaire et interagit avec le système thyroïdien pour brûler les graisses

Espèces chimiques du Chrome

Chrome Cr(III) trivalent Forme réduite (Cr3+, CrO2-) Vert Élément nutritif essentiel Cr(VI) hexavalent Forme oxydée (chromate) (Cr2O72-, CrO42-) Orangé Très toxique Cancérogène Tératogène

Emplois en environnement Services d’analyses chimiques Consultants en environnement Analyse d’impact Analyse de risque Ministères et organismes gouvernementaux Grandes compagnies Gestion des déchets

Réhabilitation de sites Excavation - enfouissement Méthode concrète : réduire le niveau “total” de contaminants sous le critère de qualité Rendre les contaminants non-réactifs e non- biodisponible (stabilisation in situ) Mesures de mitigation (revégétation de sites)

Réhabilitation de sites contaminés Contaminants organiques “Vieillissement” de la contamination Spéciation/fractionnement Biodégradabilité variable Aide la biodégradation Ils sont transformés en produits de toxicité variable (e.g. BPC) Contaminants métalliques “Vieillissement” de la contamination Spéciation/fractionnement Non-biodégradable Enlèvement ou dispersement Lixiviation Biodisponibilité post- traitement

Biorémédiation Biodégradation Introduire des super-microbes pour décontaminer certains polluants organiques (pas nécessairement OGM) Favoriser les conditions pour les microbes indigènes Aération, pompage d’air et d’eau Fertilisation Modifications chimiques

Rémédiation In situ Excavation – Traitement en pile In situ Excavation – Traitement en usine Traitement continu Par lot Stabilisation, vitrification, capsulage

Réduction de masse Boue Séparation magnétique (recyclage de métaux) Fractionnement particulaire Sable, gravelle, matière organique Fractions fines sont traitées pour extraction et recouvrement L’eau est enlevé et les sols sont traités et analysés

Rémédiation Organiques Traitement thermique Bio-ventilation Lavage

Contaminants métalliques Extraction/ recouvrement Lavement de sols Acides Agents chélateurs (e.g. EDTA) Récupérer les métaux et l’agent extractif Reconstruction du sol et réutilisation, i.e., vérifier la capacité à supporter les organismes biologiques

Phytorémédiation Organiques Récolte et élimination Améliorer les conditions physicochimiques pour la biodégradation par les microbes Récolte et élimination Hyperaccumulateurs vs espèces à hauts rendements Chélateurs/traitement à l’EDTA (lixiviation)