VGE/NQE Importer

ORGANISMES AQUATIQUES

ECOTOXICITÉ

Influence des différents sels sur la toxicité des sulfates (CCME, 2011)

La toxicité des sels de sulfates pour les organismes aquatiques diffère significativement en fonction du sel considéré, et donc du cation accompagnant l'anion sulfate. Les tests réalisés avec les sels de sulfate les plus connus (K2SO4, MgSO4, CaSO4 et Na2SO4) démontrent que (i) K2SO4 est le sel de sulfate le plus toxique, devant MgSO4, alors que Na2SO4 est le moins toxique et qu'aucune LC₅₀ n'a pu être produite pour CaSO4 (cf. Tableau 1 ci-dessous), et que (ii) la toxicité de K2SO4 et MgSO4 serait plutôt due aux cations, quand celle de Na2SO4 serait plutôt due à l'anion sulfate. Compte tenu de ces observations, il est plus pertinent d'étudier la toxicité des sulfates sur la base de test effectué avec exposition au Na2SO4. C'est par ailleurs le sel de sulfates pour lequel les données sont les plus nombreuses, c'est pourquoi seul le jeu de données Na2SO4 a été reporté ci-après dans l'évaluation pour la détermination de la VGE.

Tableau 1 – Toxicité relative des sels de sulfates de potassium, de magnésium, de calcium et de sodium pour les organismes d'eau douce, exprimées en mg d'ion sulfates par litre d'eau (Source : Mount et al., 1997).

Mode d'action (Holland et al., 2011)

Les organismes d'eau douce possèdent généralement des concentrations internes de sels qui sont élevées en comparaison à celles du milieu aquatique les environnant. On dit qu'ils sont hyperosmotiques. Par conséquent, ils excrètent constamment de l'eau afin de maintenir l'équilibre, et perdent ainsi des solutés (Schmidt-Nielsen, 1998). Les organismes d'eau douce doivent donc continuellement prélever des ions dans le milieu les environnant afin de contrecarrer cette perte (Boisen et al., 2003). Bien que certains organismes soient capables d'une certaine tolérance vis-à-vis de fortes variations de la salinité (espèces euryhalines), la plupart sont sténohalines, c'est-à-dire qu'elles ne tolèrent que de faibles variations de salinité (Schmidt-Nielsen, 1998). Par conséquent, les modifications de la salinité sont susceptibles d'affecter la capacité d'osmorégulation des organismes, ce qui peut avoir des effets néfastes sur l'équilibre endocrinien ou la consommation en oxygène des organismes par exemple.

COMPARAISON DES VALEURS SEUILS DISPONIBLES ET DÉMARCHE PROPOSÉE

Une comparaison des valeurs seuils existantes pour les sulfates dans les eaux douces de surface a été réalisée. Il existe au moins 2 valeurs seuils pour la protection des organismes aquatiques vis-à-vis de l'exposition aux sulfates dans les eaux douces de surface (cf. section EVALUATIONS EXISTANTES et INFORMATIONS REGLEMENTAIRES).

Les valeurs seuils proposées par l'IOWA (Iowa Department of Natural Resources, 2009) dépendent de la concentration en chlorures du milieu et de sa dureté. Elles nécessitent donc de connaître ces paramètres sur le site échantillonné afin de pouvoir comparer la concentration en sulfates à la valeur seuil correspondante. C'est une difficulté technique qui n'est pas insurmontable. En revanche, même si la démarche globale est recevable et que certains des principes qui s'y rattachent (prise en considération des facteurs influençant significativement la toxicité des sels de sulfates) sont applicables pour la détermination d'une valeur seuil française, les données sous-jacentes devraient être reconsidérées. En effet, les équations proposées pour l'établissement de ces valeurs seuils sont basées uniquement sur des données d'écotoxicité aiguë sur invertébrés, ce qui n'est pas conforme aux exigences européennes nécessitant 3 niveaux trophiques (algues, invertébrés crustacés, poissons). Ces valeurs seuils ne sont donc pas directement utilisables pour l'établissement d'une valeur seuil pour les sulfates en eaux de surface en France en 2019.

La méthodologie employée par le Ministère en charge de l'Environnement de la Colombie Britannique (BCME, 2013; BCME, 2018) diffère de celle employée par l'IOWA en cela qu'elle se focalise sur un seul facteur affectant de la toxicité des sulfates : la dureté du milieu. La combinaison de plusieurs modèles a été utilisée afin de vérifier l'hypothèse que la variabilité des concentrations toxiques en sulfates est dépendante de la dureté du milieu. L'outil utilisé (Akaike Information Criteria, AIC) mesure le compromis entre le coefficient de détermination du modèle (model fit), c'est-à-dire la compatibilité des courbes dose-réponse avec les données observées, et la complexité du modèle (model complexity), c'est-à-dire le nombre de paramètres nécessaire à la description des courbes. L'AIC permet d'évaluer le poids relatif de chacun des modèles par rapport aux données observées, le poids des modèles étant ensuite utilisé pour estimer des valeurs seuils. Cette démarche a été appliquée sur des données d'écotoxicité (survie et croissance) sur plusieurs espèces pour lesquelles des essais avaient été réalisés à divers niveaux de dureté. L'évaluation statistique des données a révélé que bien que certaines courbes dose-réponses démontrent une toxicité des sulfates dépendante de la dureté (poissons et amphibiens), ce n'est pas le cas de toutes (invertébrés, dont crustacés cladocères et rotifères). Enfin, aucune relation ne peut être établie qui permette de déduire la toxicité pour une espèce à partir de celle d'une autre.

Pour toutes les études pour lesquelles des données d'écotoxicité (LC10, LC25, ou LC₅₀) étaient disponibles, des estimations des valeurs par le modèle ont été recalculées (moyenne pondérée des estimations des modèles individuels et de la variation entre les modèles).

Sur la base de ces données recalculées par les modèles, les auteurs ont considéré qu'Oncorhynchus mykiss était l'espèce la plus sensible lors d'un test sur les stades précoces de la vie (ELS) de 21 jours qui démontre une réduction de la toxicité des ions sulfates avec l'augmentation des niveaux de dureté entre 6 mg CaCO3 /L et 250 mg CaCO3 /L. Ce sont les LC20 issues de ce test sur Oncorhynchus mykiss à différents niveaux de dureté qui ont été utilisées comme valeur seuil, après application d'un facteur de sécurité de 2.

S'il est vrai que cette espèce est celle qui démontre la meilleure corrélation entre augmentation de la dureté et diminution de la toxicité des sulfates, il est à noter que la comparaison des EC₁₀ (et non des EC20, comme dans le document du BCME) entre organismes démontre une plus grande sensibilité du micro-crustacé Ceriodaphnia dubia pour ce qui est des effets sur la reproduction. Les valeurs seuils proposées par le BCME ne sont donc pas non plus jugées directement utilisables pour l'établissement d'une valeur seuil pour les sulfates en eaux de surface en France en 2019.

Les normes de qualité proposées par l'IOWA (Iowa Department of Natural Resources, 2009) et la Colombie Britannique (BCME, 2013; BCME, 2018) pour la protection des organismes aquatiques d'eau douce vis-à-vis de l'exposition aux ions sulfates insistent sur l'influence de la dureté (pour l'IOWA et le BCME), et de la concentration en ions chlorures (pour le BCME). Dans certaines études, la corrélation négative entre dureté du milieu d'exposition et toxicité des ions sulfates est en effet assez évidente, comme pour une mousse aquatique (F. antipyretica), certains crustacés (C. dubia et H. azteca) et pour des espèces de poissons (P. promelas, O. mykiss). Néanmoins, cette corrélation n'est pas établie pour plusieurs autres espèces parmi lesquelles des algues (P. subcapitata), des rotifères (B. calyciflorus) et des amphibiens (P. regilla). Elphick et al. (2011) émettent l'hypothèse de différences physiologiques entre les organismes. Par exemple, les variations de dureté n'affecteraient pas l'accumulation cellulaire des sulfates chez les algues pour la production d'acides aminés soufrés comme la méthionine et la cystéine (Deane et O'Brien, 1975), car ils sont par ailleurs déjà régulés activement par l'intermédiaire de récepteurs membranaires. A contrario, les poissons seraient plus affectés par les variations de salinité car les échanges osmotiques se font par diffusion passive au travers des canaux ioniques dans les branchies. Ainsi, l'augmentation de la dureté, et donc de la force ionique du milieu, pourrait diminuer la toxicité des sulfates chez le poisson du fait d'une entrée en compétition des ions pour le passage à travers les canaux ioniques ou d'effets des ions calcium sur la perméabilité membranaire (Penttinen et al., 1998). Si la plausibilité de l'influence de phénomènes physiologiques est grande, elle est certainement seulement l'un des facteurs influençant la toxicité des ions sulfates. En effet, même si plusieurs études ont en effet démontré que la toxicité des ions sulfates peut varier pour une même espèce biologique et une même concentration d'exposition au sulfate de sodium en fonction de la dureté de l'eau (Davies, 2007; Elphick et al., 2011; Soucek, 2007; Wang et al., 2016), il a également été démontré que d'autres paramètres tels que la balance ionique globale du milieu (Wang et al., 2016) et notamment la concentration en ions chlorures (Soucek, 2007) et calcium (Davies et Hall, 2007) pouvaient faire varier fortement la toxicité des ions sulfates.

Le jeu de données collecté dans le cadre du présent document a été complété autant que possible sur la base des rapports déjà rédigé par l'IOWA et la Colombie Britannique et mis à jour avec des données d'écotoxicité chronique publiées depuis 2013. Bien que consistant, ce jeu de données n'est pas assez complet pour évaluer l'influence de chacun des facteurs influençant la toxicité. La dureté est celui d'entre eux qui est le plus étudié, mais il manque des données pour pouvoir évaluer les effets des autres paramètres comme la balance ionique, avec les concentrations en ions calcium, magnésium, potassium, sodium et chlorures, mais aussi le ratio des ions calcium et magnésium, dont certaines études ont démontré qu'il avait une influence sur la toxicité des sulfates (Davies, 2002; Soucek, 2007; Wang et al., 2016).

Compte tenu des divergences des méthodologies comparées ci-dessus et des jeux de données sous-jacents dans les rapports correspondants pour l'IOWA (norme basée sur des données d'écotoxicité aiguë sur invertébrés) et la Colombie Britannique (norme basée sur des données d'écotoxicité chronique sur poissons, alors que de plus faibles données chroniques sont fournies dans le rapport pour la reproduction invertébrés), il a été décidé de baser l'établissement de la norme de qualité pour la protection des organismes aquatiques vis-à-vis de l'exposition aux sulfates sur un jeu de données qui combine l'ensemble des données d'écotoxicité utilisées par l'IOWA et le BCME. Ce jeu de données a ensuite été complété avec des données d'écotoxicité chronique plus récentes qui n'étaient pas encore disponibles en 2013 (Wang et al., 2016). Ensuite, la méthode d'extrapolation statistique (SSD) telle que recommandée dans le guide technique européen pour la détermination des normes de qualité environnementale (E.C., 2018) a été appliquée, avec des propositions qui tiennent compte de la dureté du milieu d'exposition.