Étude sur la dissociation entre l'immobilisation des sédiments et le risque écologique des métaux dans les zones de mariculture côtière

Introduction

Les écosystèmes marins côtiers sont fortement sollicités par la mariculture, une activité dont les effluents enrichissent les sédiments en nutriments et en contaminants métalliques. Cette accumulation progressive de métaux lourds suscite des inquiétudes quant à la contamination des environnements benthiques et leur risque écologique associé. Traditionnellement, l'immobilisation des éléments traces métalliques dans les sédiments est considérée comme un facteur limitant leur biodisponibilité et, par conséquent, leur danger pour la faune et la flore.

Cependant, une dissociation potentielle entre la capacité d'immobilisation des sédiments et l'intensité réelle du risque écologique subsiste. Ce travail propose une analyse détaillée de cette corrélation dans des sédiments prélevés dans des zones côtières de mariculture, mettant en lumière la complexité des interactions biogéochimiques régissant la mobilité des métaux lourds.

Méthodologie

Sites d'échantillonnage et collecte des échantillons

Quatre sites de mariculture côtière situés dans la baie de Daya (sud de la Chine) ont servi de base à l'étude. Des carottages de sédiments superficiels ont été réalisés à différentes profondeurs, en vue d'analyser l'immobilisation et la spéciation des métaux.

Analyse des teneurs et formes des métaux

Les échantillons ont subi une extraction séquentielle afin de distinguer les fractions métalliques mobiles (échangeable, liée au carbonate) de celles plus immobilisées (liée aux oxydes et à la matière organique). Le zinc (Zn), le cuivre (Cu), le plomb (Pb), le chrome (Cr), le cadmium (Cd), l’arsenic (As), et le nickel (Ni) ont fait l'objet d'analyses quantitatives via spectrométrie d'absorption atomique et ICP-MS.

Évaluation du risque écologique

Le risque écologique a été calculé à l'aide de l'indice de risque potentiel (
Potential Ecological Risk Index, RI)
en tenant compte des facteurs de toxicité propres à chaque métal et de leurs concentrations mesurées dans les différentes fractions.

Résultats

Teneurs élevées en métaux et immobilisation relative

Les résultats révèlent des niveaux élevés de métaux dans les sédiments proches des zones de mariculture, particulièrement pour le zinc et le cuivre. Une part significative de ces métaux est retrouvée dans des fractions associées à la matière organique ou aux oxy-hydroxydes de fer et de manganèse, traditionnellement considérées comme relativement stables.

Décorrélation entre l’immobilisation et le risque écologique

Malgré une forte immobilisation de la majorité des métaux, les indices de risque écologique demeurent élevés, notamment pour le cuivre et le cadmium. Les faibles proportions de métaux dans les formes mobiles suffisent à générer des risques écotoxicologiques non négligeables en raison du fort pouvoir toxicologique de ces éléments à l'état trace.

Influence de la dynamique sédimentaire

Des variations saisonnières de la composition chimique ont été observées. Les perturbations physiques (remous, bioturbation) et chimiques (changement de pH, oxygénation) induites par la mariculture peuvent remobiliser une fraction non négligeable des métaux initialement immobilisés, augmentant ainsi temporairement leur biodisponibilité.

Discussion

La présente étude met en exergue l'insuffisance du seul critère d'immobilisation pour prédire le risque environnemental des métaux dans les zones de mariculture côtière. Certaines fractions considérées comme peu mobiles peuvent rapidement devenir biodisponibles sous l'effet du forçage anthropique ou naturel. Ainsi, la gestion écologique de ces sédiments requiert une prise en compte du potentiel de remobilisation en plus de l'inventaire total de métaux.

Des procédés de stabilisation, basés sur la transformation des formes mobiles en phases résiduelles, s'avèrent nécessaires mais insuffisants si les conditions environnementales favorisent la re-mobilisation. Il s'avère aussi crucial de surveiller les paramètres physico-chimiques susceptibles de provoquer le passage des métaux de l'état immobilisé à une forme mobile, et donc toxique.

Recommandations pour la gestion environnementale

• Contrôler l'apport en matière organique : Limiter les rejets de matières issues de la mariculture pour prévenir la suraccumulation de métaux associés à l’organique.
• Surveiller les paramètres clés : pH, oxygène dissous et redox pour anticiper d’éventuelles mobilisations accidentelles.
• Mettre en place une gestion adaptative : Adapter les pratiques d’élevage et d’entretien des bassins en fonction des diagnostics chimiques des sédiments.
• Mener un suivi temporel des fractions métalliques : Hormis la concentration totale, surveiller les formes physico-chimiques des métaux pour anticiper les risques à court et long terme.

Conclusion

Cette étude démontre que l'immobilisation des métaux dans les sédiments de mariculture ne s'accompagne pas systématiquement d'un abaissement du risque écologique. Ainsi, la gestion des sédiments côtiers investis par la mariculture doit dépasser la simple analyse de l'immobilisation et considérer la dynamique de remobilisation potentielle, intégrant l’ensemble des paramètres biogéochimiques qui conditionnent la biodisponibilité des métaux.

Source : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0025326X26006892