Transfert des polluants vers les organismes

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Les différents types de polluants

La pollution du milieu marin est constituée d’éléments organiques et d’éléments métalliques (Kerambrun, 2011).

Les polluants organiques

Les polychlorobiphényles sont des composés aromatiques organochlorés synthétisés industriellement. De par leur structure, il existe 209 dérivés, renfermant 1 à 10 atomes de chlore à différentes positions. Ils sont solubles dans les huiles et la plupart des solvants organiques. Ces molécules ont été massivement utilisées comme lubrifiant, pour la fabrication des transformateurs électriques, condensateurs, et ou comme isolants dans des environnements à très haute tension. Les PCB les plus toxiques sont ceux du groupe des dioxin-like (composé ayant une structure et des effets proches des dioxines) (Péan, 2012). En effet, les PCB ont été classés parmi les polluants organiques persistants (PCBs, dioxines, furannes, aldrine, DDT, hexacholobenzène etc.) (IFCS, 1996), dont la toxicité a été classée comme suit : PCB<Furane<Dioxine (Péan, 2012).
Les hydrocarbures sont présents majoritairement dans l’environnement par actions anthropiques. Le nombre de HAP identifiés à ce jour est de l’ordre de 130, parmi eux, une liste restreinte est généralement considérée pour les études environnementales. Ce sont les polluants retenus comme prioritaires par l’agence environnementale américaine (US-EPA) dont la liste ne contient que 16 HAP. Cependant parmi ces 16 HAP, 6 seulement dont le Fluoranthène et Benzo(a)pyrène ont été retenus par l’OMS (Rollin et al., 2005). A des degrés différents, la génotoxicité, la cancérogénicité, les effets sur la reproduction, l’immuno-toxicité des HAP ont été mis en évidence. En effet, une classification des organismes en terme de capacité de biotransformation a été réalisé : mammifères > poissons > crustacés > mollusques (MAZEAS, 2004).

Les polluants métalliques

Les polluants métalliques font partie du groupe des métaux dont il faut distinguer 2 catégories: les indispensables à la vie comme le cuivre dont l’excès peut être nuisible, et les non-indispensables comme le cadmium (DINA, 2012). En outre, ces cinquante dernières années, le développement industriel lié à la découverte et à l’utilisation de métaux a fait augmenter leur consommation de 300 %, augmentant ainsi leur relargage anthropogénique en particulier pour les éléments tels que Pb, Hg, Zn, Cd, Cu et Cr. Une liste de 9 éléments à risques a été prise en compte pour la santé humaine dont les teneurs moyennes sont généralement inférieures à 1g/kg dans le sol. Cette liste est constituée de Cd, Pb, Hg, As, Ni, Cr, Cu, Zn, et Se (Rollin et al., 2005). Cependant la classification de ces éléments en métaux lourds repose sur leur masse volumique. Ainsi sont classés métaux lourds, les éléments métalliques qui ont une masse volumique supérieure à 5 g/cm3 (Andujar et al., 2010). Ayant des caractérisations communes dont la plupart serait cancérigène et neurotoxique, et possédant des sources d’émission d’origine naturelle et ou anthropique, les polluants métalliques sont généralement non biodégradables et toxiques cumulatifs (DINA, 2012). En outre, chacun d’entre eux possède des effets divers sur la santé humaine (Rollin et al., 2005). Par conséquent, aussi bien dans les pays industrialisés que dans les pays en voie de développement, la pollution par les métaux surtout celle liée aux métaux lourds constitue l’une des principales problématiques du XXIème siècle (FAO et PNUE, 2016).

Le cas du cadmium

Depuis sa découverte en 1808 par Magnus Martin (Aranguren, 2008), le cadmium est fortement utilisé à travers le monde. Métal blanc argenté, résistant à la corrosion et facilement malléable, de formule chimique Cd, de masse molaire 112,4 g.mol-1, de numéro atomique 48, le cadmium a un point de fusion de 321°C. Par ces multiples propriétés, le cadmium est couramment utilisé dans l’industrie métallurgique. Il s’agit d’un métal dont le comportement physico-chimique est proche de celui du mercure, et les caractéristiques chimiques sont proches du calcium, en particulier le rayon ionique (Ikram, 2015). Ces différentes propriétés facilitent la pénétration du cadmium dans les organismes. En outre le cadmium n’a aucun rôle métabolique connu. Ainsi en fonction de la sensibilité des organismes aquatiques au cadmium, un classement a été effectué : poisson < mollusques-annélides < crustacés. En revanche il semblerait qu’aucune biomagnification, augmentation du cadmium dans le réseau trophique, n’a été constaté. En milieu aquatique la forme biodisponible du cadmium est Cd2+, cet ion est sous l’influence de différents paramètres tels que la salinité et le potentiel hydroélectrique (pH). En effet, en milieu aquatique pour un pH = 8, la quasi-totalité du cadmium se trouve sous forme ionique. En revanche pour des pH supérieurs à 8, le cadmium précipite avec les carbonates. Ainsi en dehors du domaine professionnel, l’exposition de l’homme au cadmium se fait essentiellement par la consommation d’eau et d’aliments contaminés (Andujar et al., 2010). La règlementation (CE) n° 466 / 2001 fixe la quantité maximale en cadmium dans les denrées alimentaire à 1 mg/Kg de poids humique. Cependant l’usage de cigarettes expose aussi l’homme au cadmium (1 à 2 μg de Cd par jour). En effet, son absorption pulmonaire est à environ 10 fois supérieure à son absorption intestinale (VILLA, 2011).
Retrouvé naturellement dans l’écorce terrestre, le cadmium a pour minerai principal la greenockite, peut aussi être retrouvé dans les phosphates naturels, les minerais de plomb, de cuivre (CNESST Canada, 2017) et de zinc (3 kg Cd/tonne de zinc, VILLA 2011). Son utilisation courante fait qu’on le retrouve assez souvent dans la fabrication d’accumulateurs Cd/Ni, de cellules photoélectriques, d’écrans de télévision, d’alliages, de colorants, et de pigments (Aranguren, 2008). Ainsi fortement utilisé, et à cause de son caractère polaire prédominant (Commission Européenne et al., 1977), le cadmium est présents dans l’eau et son adsorption sur les sédiments ou sur les suspensions solides conduit à sa bioaccumulation dans les organismes aquatiques tels que les poissons et les coquillages (Ricoux et Gasztowtt, 2001).
Les effets néfastes du cadmium sur les organismes vivants sont nombreux. En effet, une étude réalisée sur la toxicité aiguë et chronique du cadmium sur un poisson larvivore, Gambusia affinis ; après les tests de toxicité aiguë, les résultats révèlent que les adultes mâles sont plus sensibles au cadmium que les femelles. De même les mesures des biomarqueurs dans les deux types de toxicité testées ont révélé une inhibition de l’activité de l’acétylcholinestérase (bio marqueur de neurotoxicité cérébral) (GASMI et al., 2010) et une réduction du taux de GSH (indicateur de stress oxydatif). En effet, cet effet du cadmium sur la réponse des biomarqueurs est plus prononcé chez les femelles que chez les mâles (CHOUAHDA et SOLTANI, 2013). Chez l’homme le cadmium a tendance à s’accumuler dans le rein et provoque des dysfonctions urinaires chez les personnes âgées (Ikram, 2015). D’après la bibliographie, des découvertes assez surprenantes ne cessent d’être mises à jour concernant le cadmium. C’est ainsi qu’en Afrique, une étude sur le dosage du plomb et du cadmium dans le sperme des sujets consultant pour infertilité masculine dans la ville de Cotonou, a révélé un rapport de 7 sur 10 échantillons de spermes analysés, des concentrations différentes en cadmium contrairement à celles du plomb (valeurs inférieures à la limite de détection) (GBETOH et al., 2012).

Transfert des polluants vers les organismes

Le Comportement des Polluants en milieu aquatique se caractérise par des phénomènes de lessivage, de transport, de dégradation (Hydrolyse, photolyse, biodégradation), d’adsorption- désorption des polluant au niveau des sédiments ; avec possibilité de complexation ou de biotransformation de ces polluants. Cependant les polluants dissouts sont soumis à des phénomènes de dissolution-précipitation, avec possibilité de diffuser dans les sédiments. De manière générale tout polluant est caractérisé par sa rémanence, sa solubilité, sa pression de vapeur et son temps de ½ vie (DT50). Tous ces paramètres contribuent à leur dispersion (ROCHE et GIRONDOT, 2010). Cependant, le transfert de ces polluants aux organismes aquatiques reste tout de même limité. En effet, leur biodisponibilité reste limitée du fait de leur capacité d’adsorption au niveau des sédiments et de la matière organique. Cependant la coexistence des phénomènes de bioaccumulation et de bioamplification rendent très sensibles les écosystèmes aquatiques (OURO-SAMA et al., 2014). En outre certains polluants, en particulier les métaux lourds ont tendance à s’accumuler dans les organismes aquatiques, tels que les poissons prédateurs. En effet, en comparaison avec des organismes terrestres, les organismes aquatiques (poissons, mollusques et crustacés) ont des teneurs plus élevées en certains polluants tels que le cadmium, le mercure, et le plomb (AFSSA, 2006). Par conséquent, une fois libérés par des processus naturels ou anthropiques, les éléments traces métalliques s’accumulent dans le sol, les sédiments, l’eau (ETM complexé, en particules, en solution), les solides en suspension et les organismes vivants (CALAMARI et al., 1994).

Effets des polluants sur les êtres vivants

La pollution peut avoir des effets irréversibles, des conséquences sanitaires importantes, voire mortelles aussi bien pour les êtres humains (DINA, 2012) que pour les organismes aquatiques (eutrophisation et conséquences des métaux lourds) (FAO et PNUE, 2016). En effet, l’augmentation des concentrations en polluants, en particulier en éléments traces métalliques, constitue une menace pour les populations qui en voulant diversifier leur alimentation consomment davantage de produits halieutiques. Bien que nutritifs, ces produits ne sont pas exempts de toxiques (DINA, 2012). En effet, incontournable dans notre alimentation, le poisson peut constituer un danger pour les populations. Par ce constat, une étude de suivi réalisée en Finlande sur l’apport alimentaire de poisson et les concentrations capillaires et urinaires en mercure (méthylmercure) à la prévalence de l’infarctus aigu du myocarde et aux décès liés aux coronaropathies ou aux cardiopathies dans une cohorte de 1833 hommes, a révélé un effet protecteur des acides gras oméga-3 contre les coronaropathies aiguës. Cependant cet effet protecteur était moins évident chez des individus dont la concentration capillaire en mercure était égale ou supérieure à 2 μg/g (PNUE, 2005). Ainsi à des expositions permanentes, les métaux lourds peuvent entrainer des effets néfastes chez l’homme. Parmi ces manifestations sur la santé humaine, des maladies cardiovasculaires, immunitaires, des effets perturbateurs endocrinien, cytotoxiques, et neurotoxiques (atteinte du système nerveux central) (HUSS, 2011) font partie de la longue liste des effets des métaux lourds sur la santé humaine.

Hann

De par sa position par rapport au port de Dakar, Hann a acquis une vocation industrielle. En effet, plus de 60% des industries du Sénégal s’étalent sur toute la façade du littoral méridional de la Presqu’île, entre le port autonome de Dakar et Rufisque (SOCOCIM). La commune d’Arrondissement de Hann Bel-Air renferme une population de plus de 70.000 habitants. Malgré tout, à Hann, on constate que le niveau d’équipement des parcelles est très faible : 82,5% des parcelles ne dispose pas d’eau courante, 54% d’entre elles n’ont pas de toilettes, et, concernant la collecte d’ordures ménagères, l’étroitesse de la voirie ne permet pas d’assurer un service convenablement (I’EGREE et ELCÔTIÈERES, 2004). D’où on assiste à un aboutissement des ordures au niveau des terrains vagues et surtout au niveau de la plage qui constitue un dépotoir, (figure suivante). En outre cette situation particulière de la baie de Hann concerne de manière générale la région de Dakar où le développement industriel a eu pour conséquence un accroissement du volume et de la diversité des déchets rejetés en mer. En résumé, l’environnement dans cette partie de Dakar, c’est-à-dire celle de la baie de Hann est caractérisé par une forte implantation d’unités industrielles aux activités diverses et variées, en coexistence avec des habitations construites en dehors des normes d’aménagement requises avec comme conséquence principale des problèmes d’assainissement très aigus entre autres un déversement important de déchets solides, d’eaux usées industrielles et domestiques non traitées (I’EGREE et ELCÔTIÈERES, 2004). Par conséquent, la collecte des données a surtout été caractérisée par un dépôt d’ordures ménagères, et des déversements d’eaux usées.

Présentation des espèces choisies

Les différentes espèces qui suivent ont été sélectionnées pour leur intérêt scientifique et par le manque d’informations au niveau de Sénégal et de la sous-région. Etant des espèces démersales, les poissons fraichement récoltés à l’image de Diplodus sargus, Mugil curema, et Synaptura cadenati représentaient en 2013 85,3% des exportations des produits halieutiques du Sénégal (ANSD, 2016).

Diplodus sargus

Poisson de 15 à 30 cm de long, pouvant atteindre 45 cm, Diplodus sargus, est une espèce hermaphrodite protandrique dont la reproduction n’a lieu qu’une seule fois par an. Agé de 4 ans environ, la première maturité sexuelle de Diplodus sargus est acquise à 20 cm aussi bien chez les femelles que chez les mâles. Le sex-ratio est ainsi en faveur des mâles qui sont en prédominance dans les plus petites tailles comparés aux femelles de plus grandes tailles (Pastor, 2008), (GOUAL, 2014).
Diplodus sargus appelé couramment en français le sar ou Ngaté en wolof a été impliqué en 2014, dans une étude libanaise parlant de la contamination du littoral par les éléments traces (Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) (Skaff et al., 2014). C’est une espèce benthique et opportuniste se rencontrant très souvent en petit groupe près des fonds rocheux et jouant un rôle écologique important au sein des écosystèmes côtiers qu’il occupe (Pastor, 2008). En effet, ayant atteint une taille de 15 cm à environ 1 à 2 ans (DORIS, 2017), c’est un poisson très vorace, les juvéniles sont omnivores et les adultes carnivores (vers, crustacés, mollusques, échinodermes) ; leurs robustes molaires leur permettent de briser coquilles, carapaces et tests. Après la phase de reproduction, la majorité des larves du sar (Diplodus sargus) restent près de la côte (Pastor, 2008). Au Sénégal le sar vit généralement au niveau des fonds sableux et rocheux à des profondeurs allant jusqu’à 500 mètre.

Synaptura cadenati

Espèce littorale vivant de 0 à 50 m de profondeur, comme toute Soleidae, Synaptura cadénati, se nourrit d’organismes benthiques (vers, crustacés, petits coquillages…).Vivants sur le fond sableux et vaseux (SERET et al., 1990), Synaptura cadenati, couramment appelée sole ruardon ou sole tigrée, peut mesurer jusqu’à 35 cm de long (Schneider et al., 1992). Très peu étudiée, la détermination de son âge par rapport à sa taille est assez difficile. C’est ainsi qu’elle a été impliqué dans une étude utilisant la méthode des otolithes formés pendant la période embryonnaire. En effet, l’objectif de cette étude était de déterminer avec précision l’âge de la Sole noir (Synaptura cadenati) en utilisant Cynoglossu ssenegalensis et des otolithes. Concernant les résultats de cette étude, les auteurs de cette étude ont réalisé une courbe de croissance en particulier pour les femelles matures, ainsi entre 2 et 3 ans, elles ont une taille de 23 à 41 cm en moyenne (GABIS et al., 2011). En outre, au niveau des côtes sénégalaises, la sole noire est présente et capturée presque toute l’année (CAMARA, 2008).

Dosage du cadmium par la SAA

L’appareil utilisé pour le dosage du cadmium est une spectrométrie d’absorption de flamme de modèle NOVAA 350 de marque ANALYTIKJENA mise à notre disposition au laboratoire national d’analyse et de contrôle (LANAC) où les dosages ont été effectués intégralement.

Principe de la SAA

L’absorption atomique de flamme est une méthode qui permet de doser essentiellement les métaux en solution. Son principe est basé sur la théorie de la quantification de l’énergie de l’atome (état excité-état fondamental, conservation de l’énergie). Ainsi la Spectrométrie d’absorption atomique est une méthode de dosage d’éléments chimiques fondée sur l’absorption de radiations en phase vapeur, dont le principe repose sur la détection d’une longueur d’onde d’une radiation caractéristique de l’élément à doser. En effet, le passage d’un état fondamental à un état excité ne peut se faire que par un apport d’énergie : énergie mécanique ou énergie électromagnétique. En outre, l’excitation d’origine électromagnétique, c’est-à-dire par absorption de rayonnement, est la base de l’analyse par absorption atomique (PINTA etal., 1971), utilisée dans cette étude (Schéma principe d’analyse SAA, figure suivante).

Réalisation de la gamme d’étalon

Nous avons réalisé une gamme d’étalon de concentrations croissantes à partir d’une solution de concentration de 1000 ppm. A partir cette solution mère de cadmium, nous avons préparé une solution étalon de 100 ppm, en prenant 10 ml de la solution initiale que nous avons introduit dans une fiole jaugée de 100 ml contenant de l’eau milli Q préalablement et légèrement acidifiée. Ensuite nous avons prélevé des volumes de 250 μl, 500 μl, 750 μl, 1 ml et 2 ml à partir de la solution finale de 100 ppm pour réaliser des standards de concentrations 0,25 ppm ; 0,5 ppm ; 0,75 ppm, 1 ppm et 2 ppm qui serviront plus tard à calibrer la machine.

Calibration de la SAA

L’analyse des échantillons minéralisés précédemment nécessite des standards de concentrations connues appelés couramment étalons. Ces étalons réalisés plus haut de concentrations 0ppm ﴾issue de l’eau acidifiée sans cadmium﴿, 0,25 ppm ; 0,5 ppm ; 0,75 ppm, 1 ppm et 2 ppm ont servi de référence au logiciel intégrateur de la machine (SAA). Ainsi à chaque concentration connue ; le logiciel de la SAA attribut une absorbance correspondant. Et enfin à partir de toutes ces absorbances, le logiciel intégrateur, établi une droite d’étalonnage ou appelée couramment droite ou courbe de calibration.

Droite de calibration

La spectrophotométrie d’absorption atomique est essentiellement une méthode d’analyse quantitative, couramment utilisée pour la détermination d’éléments traces tel que le cadmium (PINTA etal., 1971). En effet, elle permet la quantification d’éléments métalliques en solutions. Ayant une grande sensibilité et nécessitant une faible quantité de l’élément à analyser, l’utilisation de la SAA nécessite un blanc et des étalons (voire plus haut). Concernant chaque analyse un tube vide de tout échantillon est ajouté. Ce tube ﴾bombonne en téflon﴿ subit les mêmes étapes et le même processus (acidification-dilution) que les échantillons de foie et de chair à analyser. La solution obtenue de ce tube vide correspond au blanc d’analyse qui permet de retrancher les incertitudes possibles. Toutes les conditions d’analyse ainsi réunies, la lecture des étalons obtenus précédemment permettent de tracer la droite de calibration (traçage de la courbe concentration-absorbance) qui permet de configurer la machine c’est-à-dire la calibrer ﴾figure suivante﴿. En effet, le but de cette calibration est d’avoir la meilleure quantification possible, se traduisant généralement par une précision proche de 1.

Table des matières

PARTIE I. SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE
I.1 La pollution marine par les ETM et impacts sur les êtres vivants animaux
I.1.1. Origines de la pollution marine
I.2 Les différents types de polluants
I.2.1 Les polluants organiques
I.2.2 Les polluants métalliques
I.2.2.1 Le cas du cadmium
I.3 Transfert des polluants vers les organismes
I.4 Effets des polluants sur les êtres vivants
I.5 Un littoral menacé
I.6. Présentation des sites d’étude
I.6.1 Soumbédioune
I.6.2. Hann
I.6.3. Rufisque
I.6.4. Mbour
I.7. Présentation des espèces choisies
I.7.1 Diplodus sargus
I.7.2. Mugil curema
I.7.3. Synaptura cadenati
PARTIE II. METHODOLOGIE
II.1 Echantillonnage
II.1.1 Matrices biologiques
II.1.2 La prise d’essai
II.2. Matériel et réactifs de laboratoire
II.3 Dosage du cadmium par la SAA
II.3.1 Principe de la SAA
II.3.2 Minéralisation des échantillons
II.3.3 Réalisation de la gamme d’étalon
II.3.4 Calibration de la SAA
II.3.4.1 Droite de calibration
II.3.5 Détection
II.3.6 Quantification
II.4 Plan d’analyse des données
PARTIE III. RESULTATS ET DISCUSSION
III. 1 Présentation des résultats par site et par espèce
III.2.Evaluation de l’accumulation du cadmium entre espèces
III.3 Variation intra-spécifique de l’accumulation du cadmium
III.4 Evaluation de la pollution du littoral par le Cadmium
III.5 Pollution du littoral et exposition au cadmium: détermination du risque de consommation de poissons contaminés
Conclusion
Recommandations et perspectives
BIBLIOGRAPHIE

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