Interaction entre le mercure élémentaire et les sédiments lacustres

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Impact des barrages de castors sur la variabilité spatiale et saisonnière des concentrations en mercure et en nutriments dans les ruisseaux des Laurentides

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Mercure, arsenic et sélénium au Burkina Faso : bioaccumulation, transfert trophique dans les systèmes aquatiques et évaluation de bioaccessibilité chez les humains

L’extraction aurifère est l’une des activités humaines qui a fortement accru l’émission de contaminants métalliques dans l’environnement. Le mercure (Hg), l’arsenic (As) et le sélénium (Se) sont 3 polluants métalliques de grande toxicité environnementale. En milieu aquatique, ils peuvent subir des transformations menant à des composés capables de bioaccumulation et de bioamplification. Il peut en résulter des concentrations 106 fois celle mesurée dans l’eau chez les poissons et les organismes situés en haut des chaînes alimentaires posant de ce fait de graves menaces pour la santé de ces organismes ainsi que leurs consommateurs y compris les humains. Cette étude a évalué les teneurs en Hg, As et Se dans les milieux aquatiques au Burkina Faso, une région d’Afrique sub-saharienne soumise à une exploitation minière intensive. Le risque potentiel pour les organismes aquatiques et les humains a été évalué en considérant les effets des interactions antagonistes Se/Hg et As/Se. La bioaccumulation et le transfert du Hg et du Se dans les réseaux trophiques sont également décrits. L’exposition au Hg de poissons par les humains a été également évalué au laboratoire par mesure de la bioaccessibilité comme équivalent de la biodisponibilité par simulation de la digestion humaine. En général, les milieux aquatiques étudiés étaient peu affectés par ces 3 métal(loïd)s bien que certaines espèces de poisson issus des réservoirs les plus profonds indiquent des teneurs de Hg au dessus de 500 ngHg/g (poids frais) recommandé par l’OMS. Ces niveaux sont susceptibles de présenter des risques toxicologiques pour les poissons et pour leurs consommateurs. En considérant l’antagonisme Se/Hg, 99 % des échantillons de poisson seraient moins exposés à la toxicité du Hg dû à la présence simultanée du sélénium dans le milieu et pourraient être consommés sans risque. Cependant, les effets potentiels de l’antagonisme As/Se pourraient réduire les effets bénéfiques du Se et ramener cette proportion à 83 %. L’application des mesures de signatures en isotopes stables d’azote (δ15N) et de carbone (δ13C) des organismes aquatiques a permis le traçage des voies de transfert du Hg et du Se dans les réseaux trophiques. On y observe des chaînes trophiques très courtes (3 - 4 niveaux trophiques) et des poissons majoritairement benthiques. L’approche isotopique n’a cependant pas permis de détecter les variations saisonnières des niveaux de contamination en Hg des poissons. L’exploration des contenus stomacaux des poissons a permis de mieux expliquer la baisse des concentrations en Hg et Se observées chez certains poissons au cours de la saison sèche en lien avec la variation de la composition des proies que l’analyse isotopique n’a pas cerné. L’étude suggère que l’analyse de contenus stomacaux ainsi que l’étude de la dynamique des communautés d’invertébrés couplées à celle des métaux pourraient améliorer la compréhension du fonctionnement des écosystèmes étudiés. Enfin, l’évaluation expérimentale de l’exposition au Hg indique que les modes de traitement avant consommation ainsi que l’usage de composés alimentaires tels le thé, le café lors de repas de poisson par certaines communautés humaines ont un impact sur la bioaccessibilité du Hg de poisson. Ces résultats, sous réserve de validation par des modèles animaux, suggèrent la prise en compte des habitudes alimentaires des communautés dans l’élaboration adéquat des avis de consommation de poisson.

La neurotoxicité développementale associée au méthylmercure, au plomb et aux biphényles polychlorés : l’attention et le traitement visuel à l’étude

L’influence des contaminants environnementaux (CE) a été largement étudié en contexte d’exposition aigüe et d’intoxication. Qu’en est-il d’une exposition chronique à plus faibles doses sur le développement cognitif et sensoriel des enfants? Les études longitudinales de la présente thèse ont été réalisées au Nunavik. Bien que géographiquement éloignée des centres industriels, la communauté inuite est exposée aux CE via leur transport par les courants atmosphériques et océaniques ainsi que par leur bioaccumulation dans le poisson et les mammifères marins. Puisque l’alimentation autochtone traditionnelle, notamment la chair de béluga, est encore fréquemment consommée par la communauté, une proportion substantielle d’enfants inuits est exposée in utero aux CE. Ceux-ci sont également continuellement exposés à ces agents neurotoxiques durant leur développement postnatal. Or, la variation considérable dans l’adoption de l’alimentation traditionnelle au sein de la communauté représente une opportunité pour étudier la relation entre les niveaux d’exposition aux CE et le développement cognitif et sensoriel des enfants. Bien que certains déficits aient déjà été mis en lien avec l’exposition chronique aux CE dans la littérature, la présente thèse s’intéressa à cette relation plus spécifiquement chez les enfants inuits vivant dans le Grand Nord et plus exposés aux CE en raison de leur alimentation. Par ailleurs, les protocoles qui ont été développés pour cette thèse permettront d’évaluer des aspects qui ont été peu étudiés en lien avec les CE, soit l’attention visuospatiale et le traitement visuel cérébral précoce. Dans le premier volet de cette thèse, la relation entre trois CE et l’attention visuospatiale a été étudiée à l’aide d’une version adaptée de la tâche de Posner (M.I. Posner et al., 1980). Cette tâche psychophysique a été administrée à des enfants inuits (âge moyen = 11.2 ans) dont les niveaux d’exposition au mercure (Hg), au plomb (Pb) et aux biphényles polychlorés (BPCs) ont été documentés durant les périodes pré et postnatale. Les expositions in utero au Pb et aux BPCs ont été significativement associées à de l’impulsivité et de l’inattention, respectivement, alors que l’exposition postnatale au Pb a été associée à des temps de réaction plus longs. Bien qu’aucune relation spécifique avec l’attention visuospatiale n’ait été trouvée, les résultats de cette étude suggèrent que l’exposition aux CE est associée à une diminution des capacités attentionnelles générales chez les enfants résidant au Nunavik. Dans le second volet, le traitement cérébral précoce de l’information visuelle a été examiné à l’aide de potentiels évoqués visuels auprès d’enfants de la même communauté (âge moyen = 10.9 ans). La concentration de Hg dans le sang de cordon ombilical mesurée à la naissance a été associée à une réduction de l’amplitude et à une augmentation de la latence de la composante N75. L’exposition prénatale au Pb a quant à elle été associée à un délai dans la latence de la composante N150. Les résultats obtenus suggèrent ainsi que l’exposition aux métaux lourds, en particulier durant la période gestationnelle, serait associée à des altérations dans le développement visuel. Les résultats présentés dans cette thèse soutiennent l’hypothèse selon laquelle le cerveau en développement est vulnérable lors d’une exposition chronique aux CE, et cela même à des niveaux de concentration inférieurs aux limites recommandées par les organismes de santé publique. Les résultats permettent également d’apporter un éclairage nouveau sur les déficits cognitifs et sensoriels associés aux CE.

La production de thiols biogéniques par les microorganismes aquatiques

Les thiols à faible masse moléculaire (FMM) peuvent affecter la biodisponibilité du mercure et mener à une plus grande production de méthylmercure par les microorganismes méthylants. Les résultats d’une étude réalisée au sein de la matrice extracellulaire du périphyton de la zone littorale d’un lac des Laurentides ont démontré que les concentrations en thiols à FMM retrouvées dans cette matrice sont jusqu’à 1000 fois supérieures à celles de la colonne d’eau avoisinante. Ces thiols sont significativement corrélés à la chlorophylle a du périphyton, suggérant une production par les algues. Le mercure de la matrice extracellulaire, plus spécifiquement dans la fraction colloïdale mobile, est aussi corrélé aux thiols d’origine algale. Ces résultats suggèrent qu’une accumulation de thiols s’opère dans l’espace extracellulaire du périphyton et qu’ils peuvent favoriser le transfert du mercure vers les microorganismes produisant le méthylmercure. Les résultats d’une seconde étude menée sur les méthodes de préservation d’échantillons d’eau pour la conservation des thiols à FMM ont démontré que la température optimale d’entreposage était de -80 °C et que la lyophilisation menait à une sous-estimation des concentrations mesurées. Les taux de dégradation étaient plus rapides lors de la conservation à -20 °C et variables selon la chimie de l’eau utilisée et les espèces de thiols observées. Suivant ces résultats, nous proposons un cadre de recherche pour de futures études sur la spéciation du mercure dans le périphyton et nous suggérons des précautions lors de la manipulation et de la conservation des thiols à FMM d’échantillons naturels.

Fabrication Of Potentiometric Sensors For The Determination Of Certain Metal Ions

In this study Fabrication of Potentiometric sensors for the determination of certain metal ions, presents the synthesis and characterization of seven ionophores, their use in the fabrication of potentiometric sensors and the results and discussion of fourteen sensors developed for the determination of five transition metal ions. As part of the present investigations a total of fourteen potentiometric sensors have been developed and fabricated. A three fold approach has been taken in developing he sensors, PVC plasticized membrane sensor, carbon paste electrode and chemically modified carbon paste electrode. All the sensors are highly useful in the determination of metal ions such as manganese, nickel, copper, mercury and lead. A through analytical study has been carried out with respect to each other developed. Based on these studies, optimum conditions have been developed for the quantitative determinations of the selected metal ions using the sensors. Systematic application studies have also been carried out for all the developed sensors and the results revealed that the presently developed sensors are far superior than most of the sensors reported.

Identification of spectral lines of elements using artificial neural networks

Artificial neural networks (ANNs) are relatively new computational tools that have found extensive utilization in solving many complex real-world problems. This paper describes how an ANN can be used to identify the spectral lines of elements. The spectral lines of Cadmium (Cd), Calcium (Ca), Iron (Fe), Lithium (Li), Mercury (Hg), Potassium (K) and Strontium (Sr) in the visible range are chosen for the investigation. One of the unique features of this technique is that it uses the whole spectrum in the visible range instead of individual spectral lines. The spectrum of a sample taken with a spectrometer contains both original peaks and spurious peaks. It is a tedious task to identify these peaks to determine the elements present in the sample. ANNs capability of retrieving original data from noisy spectrum is also explored in this paper. The importance of the need of sufficient data for training ANNs to get accurate results is also emphasized. Two networks are examined: one trained in all spectral lines and other with the persistent lines only. The network trained in all spectral lines is found to be superior in analyzing the spectrum even in a noisy environment.

Sub-Lethal effects of heavy metals on perna indica ( Kuriakose & Nair) and donax incarnatus gmelin

The present scientific investigation of the effects of copper, mercury and cadmium has focussed on their effects on two commercially important marine bivalve species, Perna indica (brown mussel) and Donax incarnatus (wedge clam), conspicuous representatives of the tropical intertidal areas. The investigation centred around delineating the cause and effects of heavy metal stress, individually and in combination on these species under laboratory conditions. A clear understanding of the cause and effect can be had only if laboratory experiments are conducted employing sub-lethal concentrations of the above toxicants. Therefore, during the course of the investigation, sub-lethal concentrations of copper, mercury and cadmium were employed to assess the concentration dependent effects on survival, ventilation rate, O:N ratio and tissues. The results obtained are compared with the already available information and partitioned in sections to make a meaningful presentation.The thesis is presented in five chapters comprising INTRODUCTION, ACUTE TOXICITY, VENTILATION RATE, OXYGEN : NITROGEN RATIO and HISTOPATHOLOGY. Each chapter has been divided into various sections such as INTRODUCTION, REVIEW OF LITERATURE, MATERIAL AND METHODS, RESULTS and DISCUSSION

Chemical Evaluation of Selected Organics and Trace Metals in the Mangrove Macroflora Of Cochin

Mangroves are considered to play a significant role in global carbon cycling. Themangrove forests would fix CO2 by photosynthesis into mangrove lumber and thus decrease the possibility of a catastrophic series of events - global warming by atmospheric CO2, melting of the polar ice caps, and inundation of the great coastal cities of the world. The leaf litter and roots are the main contributors to mangrove sediments, though algal production and allochthonous detritus can also be trapped (Kristensen et al, 2008) by mangroves due to their high organic matter content and reducing nature are excellent metal retainers. Environmental pollution due to metals is of major concern. This is due to the basic fact that metals are not biodegradable or perishable the way most organic pollutants are. While most organic toxicants can be destroyed by combustion and converted into compounds such as C0, C02, SOX, NOX, metals can't be destroyed. At the most the valance and physical form of metals may change. Concentration of metals present naturally in air, water and soil is very low. Metals released into the environment through anthropogenic activities such as burning of fossils fuels, discharge of industrial effluents, mining, dumping of sewage etc leads to the development of higher than tolerable or toxic levels of metals in the environment leading to metal pollution. Of course, a large number of heavy metals such as Fe, Mn, Cu, Ni, Zn, Co, Cr, Mo, and V are essential to plants and animals and deficiency of these metals may lead to diseases, but at higher levels, it would lead to metal toxicity. Almost all industrial processes and urban activities involve release of at least trace quantities of half a dozen metals in different forms. Heavy metal pollution in the environment can remain dormant for a long time and surface with a vengeance. Once an area gets toxified with metals, it is almost impossible to detoxify it. The symptoms of metal toxicity are often quite similar to the symptoms of other common diseases such as respiratory problems, digestive disorders, skin diseases, hypertension, diabetes, jaundice etc making it all the more difficult to diagnose metal poisoning. For example the Minamata disease caused by mercury pollution in addition to affecting the nervous system can disturb liver function and cause diabetes and hypertension. The damage caused by heavy metals does not end up with the affected person. The harmful effects can be transferred to the person's progenies. Ironically heavy metal pollution is a direct offshoot of our increasing ability to mass produce metals and use them in all spheres of existence. Along with conventional physico- chemical methods, biosystem approachment is also being constantly used for combating metal pollution

Investlgations On The Chemical Constituents And Trace Metal Interactions In Some Bivalve Moll.USCS Of The Cochin Backwaters

The subsequent chapters of the Thesis deal with the toxic effects of mercury, copper, zinc und~1ead on these bivalve molluecs, their accumulation and distribution among various organs of the animals and also the motel retention winstica by the three species. Static biousauy tests have been conducted in these studies. It was found that the concentrations of the various metals studied in these organism are well below the permitted level given far ease ahellfienes (crab and ehrimgi and that these maliuscs are very good integrators ef trace metals from their environment and may be used as an indicator organism sf metal pallutaute. The present investigutionsemphaeie the need for a clean coastal water and gives a serious warning regarding the possiblc route of heavy metals in ta human body thraugh marine food chain.

Studies On Chelating Ion-Exchange Resins

Ion-exchange chromatography has emerged as a practical and rapid method of separation and analysis. A review of literature on chelating resins reveals that eventhough investigations on highly selective resins are intensively pursued from early 1940s, such resins are still insufficiently used in analytical chemistry and process technology. This is mainly due to the complexity of their synthesis and high cost. In this context, it is worthwhile to develop novel chelating resins which are specific or at least selective towards a group of metal ions. Synthesis, characterization and analytical applications of two such resins are presented in this thesis.

Studies on the effects of selected trace metals on Matapenaeus Dobsoni (MIERS)

This thesis is an attempt by the author to assess the suitability of Metapenaeus dobsoni (Miers), an economically important crustacean species as a sentinel organism of trace metal pollution. The results of detailed investigations on seasonal variation, bioassay, accumulation and depuration of three metals viz., mercury, copper and zinc are presented and discussed. The importance of trace metals in the aquatic environment and their present status in the study area - Cochin backwaters, the significance of crustacean fisheries, the species M. dobsoni and the objectives of the present studies are described in Chapter 1. The methodology adopted during the investigation is given in Chapter 2. Chapter 3 delineates the seasonal variation of Hg, Cu and Zn in the edible and non-edible parts of M. dobsoni collected from Cochin backwaters for a period of one year (June 1984-May 1985). The results of bioassay experiments are given in Chapter 4. Kinetics of accumulation ,retention and depuration of trace metals, their biological half-life, the influence of size group and environmental factors are given in Chapter 5. The effect of these metals on the physiological response of M. dobsoni viz. oxygen consumption is included in Chapter 6. A summary and list of references are also appended.

Biochemical and molecular studies of cadmium resistance and metal biosorption in bacterial species isolated from cochin environment

Cochin, commercial capital of Kerala, located on the west-coast of South India has a large number of chemical and sea food industries. Earlier studies in the past indicated that these industries contribute to heavy metal pollution, particularly mercury, copper, and cadmium, in Cochin backwater. Hence, in the present study, it was desired to isolate cadmium resistant bacteria from effluent discharged by chemical industry with a view to develop an ideal bioremediation process for safe discharge of industrial effluent in to the nearby aquatic environment. Effluent from three industries, located in the industrial belt of Cochin, were collected from the discharge point and cadmium resistant bacteria were screened using standard microbiological techniques