Quantité, comportement et devenir d'une contamination

Nous voilà réunis pour ce premier volet consacré à l'écotoxicologie. Aujourd'hui, on évalue l'importance d'une contamination dans l'environnement, sa répartition et son évolution dans le temps.
Tout le monde est là ? On peut commencer ? Alors c'est parti.

D'abord, c'est quoi, l'écotoxicologie ?
L'écotoxicologie (écotox pour les intimes) c'est une discipline scientifique qui étudie l'action et le comportement des agents polluants dans l'environnement. Il existe plusieurs sortes de pollution (chimique, sonore, lumineuse...) mais je ne parlerai que de la contamination chimique de l'eau et du sol.

Les contaminations sont toujours d'origine humaine ?
Non, même si on est plutôt doués pour saccager les milieux naturels, la pollution ne vient pas obligatoirement des activités humaines.
Par exemple, les volcans rejettent d'énormes quantités de métaux (cuivre, zinc, fer, plomb..) et de gaz en tous genres autour d'eux pendant les éruptions volcaniques. La lave refroidie reste très riche en métaux et en minéraux.

Éruption du Piton de la Fournaise, à la Réunion.

 Comment savoir à quel point un milieu est contaminé ?
Le plus simple c'est de mesurer la concentration de la substance recherchée à l'endroit où elle est relâchée dans la nature, à la sortie d'une station d'épuration par exemple, et de la comparer à une valeur limite.
Cette valeur limite est définie par un organisme public (l'AFNOR par exemple) d'après les travaux d'autres organismes (INRA...).

De l'eau rejetée dans une rivière après avoir été purifiée dans une station d'épuration.

Et si on n'a pas de point de départ de cette pollution, on fait comment ?
Si on n'a pas de point de départ, alors la science entre en jeu !
Pour évaluer la contamination, on effectue des prélèvements de sol et d'eau qui seront analysés en laboratoire pour savoir dans quel compartiment le polluant s'est fixé, et dans quelles proportions.
On dose aussi les contaminants dans des organismes modèles, mais comme c'est plus complexe je donnerai plus de détails dans un autre article.

Un compartiment ? Pourquoi on parle de meubles, d'un seul coup ?
Ici, un compartiment désigne un milieu comme le sol, l'air ou l'eau dans lequel vivent les organismes et où la contamination peut se propager.
Et effectivement, dans un autre contexte, ça désigne une partie d'un meuble, un tiroir par exemple.

Une commode pleine de compartiments : les tiroirs. Mais rien de scientifique ici.

 Comment on sait dans quel compartiment le polluant va se fixer ?
En fait, un polluant ne se fixe jamais à 100 % dans un compartiment, c'est plutôt une tendance.
On peut prévoir cette tendance en comparant la molécule recherchée à d'autres molécules proches, qui auront en général des propriétés similaires.
Mais dans le cas des plastiques ou des nanoparticules par exemple, il n'y a pas toujours de référence pour prévoir ces propriétés, alors on dose la molécule recherchée dans les différents compartiments.
En général, une molécule hydrophobe se fixe plutôt dans le sol alors qu'une molécule hydrophile reste surtout dans l'eau.

Comment sait-on qu'une molécule est hydrophile ou hydrophobe ?
Une molécule est hydrophile si elle peut se dissoudre dans l'eau. Si ce n'est pas le cas, on dit qu'elle est hydrophobe.
 Attention, ça devient un peu technique ici.
Pour savoir si une molécule est hydrophile ou non, il faut la regarder en détail:

- Si elle contient principalement des atomes de carbone et d'hydrogène (on parle de molécule organique) alors elle est hydrophobe. Parmi les hydrophobes, on retrouve le cholestérol, la cire et l'huile.

Formule chimique du cholestérol. Le cholestérol est constitué d'un grand nombre d'atomes de carbone pour très peu d'oxygène: c'est une molécule hydrophobe.

- Si elle contient peu d'atomes de carbone mais des atomes comme l'oxygène ou le chlore, alors la molécule est hydrophile. Une molécule qui porte une charge électrique est elle aussi hydrophile. Par exemple, le méthanol, l'éthanol, les ions métalliques (Cu2+, Fe2+...) ou le sel (Na+, Cl-) sont tout à fait hydrophiles.

La formule chimique de l'éthanol, l'alcool présent dans les boissons alcoolisées.

Bien sûr il existe des nuances, par exemple une molécule organique avec des atomes d'oxygène ou de chlore sont un peu plus hydrophiles.
Par exemple, les PCB (biphényls polychlorés) sont des molécules riches en atomes de carbone, donc principalement hydrophobes, mais elles présentent un certain nombre d'atomes de chlore, ce qui les rend un peu plus hydrophiles.

Formule chimique de quelques PCB. Ils sont tellement nombreux que chaque nouvelle molécule identifiée est numérotée.

Le milieu aussi apporte une nuance: une molécule dissoute dans l'alcool ou un détergeant se mélangera plus facilement dans l'eau.

Combien de temps le milieu reste pollué ?
 Tout dépend de l'affinité de la molécule avec l'eau: une molécule très hydrophile sera éliminée quand l'eau du milieu sera renouvelée (ce qui est rapide dans une rivière mais bien plus long dans un lac ou un estuaire) alors qu'une molécule hydrophobe s'accroche (on dit qu'elle s'adsorbe) aux molécules organiques du sol, et reste donc beaucoup plus longtemps dans le milieu.

Alors, lequel est le plus toxique, hydrophile ou hydrophobe ?
C'est compliqué de répondre, la toxicité dépend de la molécule, de la dose, de la durée d'exposition.
Mais ce qui est sûr, c'est qu'une molécule hydrophile sera facilement absorbée par les organismes aquatiques puisqu'elle circule dans l'eau, alors qu'une molécule hydrophobe aura tendance à rester dans le sol. Dans ce cas ce sont les organismes du sol qui sont vulnérables.

Voilà pour cette première partie, j'espère qu'elle vous aura plu et que vous aurez appris quelque chose.
N'hésitez pas à laisser un commentaire, vos impressions ou vos conseils, je les lirai avec joie !

A la prochaine !


Sources

Sites Internet
Définition écotoxicologie
https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89cotoxicologie
Définir les valeurs limites dans l'environnement de travail (ANSES)
https://www.anses.fr/fr/content/les-valeurs-limites-biologiques-pour-les-agents-chimiques-en-milieu-professionnel
Teneur du sol en métaux : rapport de l'INRA
http://www7.inra.fr/lecourrier/assets/C22Baize.pdf
Définition de compartiment écologique
https://www.dictionnaire-environnement.com/compartiment_environnemental_ID3571.html
Définition hydrophile
 https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-hydrophile-14644/
Définition hydrophobe
 https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-hydrophobe-12597/

Images
Volcan en éruption
https://www.reunion.fr/sites/crt-reunion/files/styles/gallery_lightbox/public/content/images/volcan198_eruption_piton_de_la_fournaise_05_2015_-_credit_irt_-_luc_perrot_dts_06_2019.jpg?itok=wjAJl014
Eau rejetée après passage en station d'épuration
http://2.bp.blogspot.com/_NmSElZ5qEJA/TIuJTTUTxyI/AAAAAAAAAA8/ERlU4W_lajM/s1600/eau.jpg
Commode
http://www.sweetmango.fr/1881/commode-design-bois-multi-tiroirs.jpg
Formule chimique du cholestérol
https://rockland-inc.com/uploadedImages/ProductsStatic/Chemical-structure-of-cholesterol.jpg
Formule chimique de l'éthanol
http://4.bp.blogspot.com/-ywhTxfKgy9c/T_n6Sm8ug5I/AAAAAAAAABg/EJEUhC_QlTE/s1600/Ethanol-CRC-MW-trans-3D-balls.png

Articles scientifiques
M. Couderc, F. Gandolfi et al. "Levels and distributions of organic pollutants in subtidal sediments from the Loire estuary: are there any relationships with TTR-binding activity ?" Journal of Sea Research (2016)