Pollution de l’eau : sources et types de polluants

Principe :

La pollution de l'eau est une altération de la qualité de l'eau, d'origine anthropique ou naturelle, qui la rend impropre à ses usages habituels (eau potable, irrigation, vie aquatique, etc.) ou qui perturbe les écosystèmes. Les sources de pollution sont classées en sources ponctuelles (identifiables et localisées) et diffuses (étendues et plus difficiles à cerner).

Identification des sources :

• Sources ponctuelles : Rejet localisé et identifiable.
  • Exemple (schéma/contexte) : Le tuyau de rejet de l'ancienne zone industrielle (rejet direct de métaux lourds, autres produits chimiques). Les rejets d'une station d'épuration urbaine (même si traitées, les eaux peuvent contenir des résidus).
• Sources diffuses : Apports de polluants sur une large surface, souvent transportés par le ruissellement.
  • Exemple (schéma/contexte) : Le ruissellement des eaux de pluie sur les terres agricoles (entraînant pesticides, nitrates issus des engrais). Le drainage d'une ancienne mine (lessivage de métaux).

Principe :

Un métal lourd est un élément métallique ou métalloïde caractérisé par une masse volumique relativement élevée (typiquement > 5 \(\text{g/cm}^3\)) et qui, même à faible concentration, peut présenter une toxicité significative pour les organismes vivants et l'environnement. Beaucoup sont persistants et bioaccumulables.

Exemples et sources :

• Plomb (\(\text{Pb}\)) :
  • Sources anthropiques : Anciennes industries (métallurgie, batteries), essences au plomb (aujourd'hui largement interdites mais contamination historique des sols), certaines peintures, soudures, canalisations anciennes.
• Cadmium (\(\text{Cd}\)) :
  • Sources anthropiques : Industries (métallurgie du zinc, pigments, batteries Ni-Cd), engrais phosphatés (impureté), combustion de déchets.
• Mercure (\(\text{Hg}\)) : (Autre exemple pertinent)
  • Sources anthropiques : Combustion du charbon, industries (production de chlore-alcali, cimenteries), orpaillage (extraction de l'or), amalgames dentaires, certaines batteries et lampes.

Principe :

Le plomb et le cadmium sont des métaux toxiques cumulatifs, c'est-à-dire qu'ils s'accumulent dans les organismes au fil du temps. Leurs effets sont variés et peuvent toucher de nombreux organes et systèmes.

Effets toxiques :

• Plomb (\(\text{Pb}\)) :
  • Organismes aquatiques : Neurotoxique (perturbation du comportement, de la nage), affecte la reproduction et la croissance, peut causer des malformations.
  • Santé humaine : Neurotoxique puissant, surtout chez les enfants (retards de développement, troubles de l'apprentissage, baisse du QI). Affecte le système nerveux central et périphérique, les reins, le système cardiovasculaire (hypertension), le système reproducteur. Cancérogène probable. L'exposition se fait par l'eau potable contaminée, l'ingestion de particules de sol ou de poussières contaminées, certains aliments.
• Cadmium (\(\text{Cd}\)) :
  • Organismes aquatiques : Toxique pour les branchies, les reins, le foie. Perturbe la croissance, la reproduction, le système immunitaire.
  • Santé humaine : S'accumule principalement dans les reins et le foie. Néphrotoxique (dommages aux reins), peut causer une déminéralisation osseuse (maladie d'Itai-Itai en cas d'exposition chronique sévère). Cancérogène certain pour l'homme (poumon, prostate, rein). L'exposition se fait par l'alimentation (céréales, légumes racines cultivés sur sols contaminés, abats, fruits de mer), la fumée de tabac, l'eau potable.

Principe :

Les pesticides sont des substances ou des mélanges de substances destinés à prévenir, détruire, repousser ou combattre les ravageurs (insectes, mauvaises herbes, champignons, etc.) ou les maladies des plantes. Ils sont classés selon leur cible (insecticides, herbicides, fongicides, etc.) et leur structure chimique.

Familles, mode d'action et devenir :

• Organochlorés (ex: DDT, lindane, l'Agrixol de l'étude) :
  • Mode d'action : Souvent neurotoxiques, agissant sur les canaux ioniques des nerfs des insectes (ex: canaux sodium pour le DDT), provoquant une hyperexcitabilité puis la paralysie et la mort.
  • Devenir dans l'eau : Très persistants dans l'environnement (faible dégradation biotique et abiotique). Faiblement solubles dans l'eau mais fortement solubles dans les graisses (lipophiles), ce qui favorise leur bioaccumulation dans les tissus adipeux des organismes et leur bioamplification le long des chaînes alimentaires. Peuvent être transportés sur de longues distances. Beaucoup sont aujourd'hui interdits ou fortement réglementés.
• Organophosphorés (ex: malathion, parathion, chlorpyrifos) :
  • Mode d'action : Neurotoxiques, inhibiteurs de l'acétylcholinestérase, une enzyme essentielle à la transmission de l'influx nerveux. L'accumulation d'acétylcholine provoque une stimulation excessive des nerfs.
  • Devenir dans l'eau : Généralement moins persistants que les organochlorés, ils peuvent être dégradés par hydrolyse et par des micro-organismes. Cependant, certains peuvent être très toxiques pour les organismes aquatiques avant dégradation. Leur solubilité dans l'eau varie.
• Autres familles : Carbamates (mode d'action similaire aux organophosphorés), Pyréthrinoïdes (synthétiques, inspirés des pyréthrines naturelles, neurotoxiques), Néonicotinoïdes (agissent sur les récepteurs nicotiniques de l'acétylcholine, controversés pour leur impact sur les abeilles).

Principe :

Ces deux processus décrivent comment certains polluants persistants peuvent se concentrer dans les organismes vivants et le long des chaînes alimentaires.

• Bioaccumulation : Processus par lequel un organisme absorbe une substance toxique (ex: métal lourd, pesticide lipophile) à une vitesse supérieure à celle à laquelle la substance est éliminée (par métabolisme ou excrétion). La concentration du polluant dans l'organisme augmente donc avec le temps d'exposition, même si la concentration dans le milieu ambiant (eau, nourriture) est faible. Cela concerne souvent les substances persistantes et lipophiles (qui se stockent dans les graisses).
• Bioamplification (ou Biomagnification) : Augmentation de la concentration d'un polluant persistant dans les organismes à mesure que l'on monte dans les niveaux trophiques (niveaux de la chaîne alimentaire). Les prédateurs situés au sommet de la chaîne alimentaire consomment de nombreuses proies contaminées, accumulant ainsi des concentrations de polluants beaucoup plus élevées que celles présentes dans l'eau ou chez les organismes des niveaux inférieurs.

Risques pour les maillons supérieurs :

Le risque principal est une exposition à des concentrations de polluants toxiques suffisamment élevées pour provoquer des effets néfastes, même si les concentrations initiales dans l'environnement sont basses. Pour les prédateurs supérieurs (oiseaux piscivores, mammifères marins, rapaces, et l'homme), cela peut se traduire par :

• Troubles de la reproduction (baisse de la fertilité, malformations des embryons, coquilles d'œufs amincies chez les oiseaux à cause du DDT par exemple).
• Problèmes neurologiques, immunitaires, endocriniens (perturbateurs endocriniens).
• Augmentation du risque de certains cancers.
• Diminution de la survie des jeunes.

L'homme, en tant que consommateur de poissons, fruits de mer ou gibier d'eau provenant de milieux contaminés, peut être exposé à des doses significatives de ces polluants bioamplifiés.

Principe :

Comparer les concentrations de polluants entre le point amont (A) et le point aval (B) permet d'évaluer l'impact des activités situées entre ces deux points. La comparaison avec les normes (ici, pour l'eau potable à titre indicatif, des normes spécifiques pour la qualité des eaux de surface existent aussi) donne une idée du niveau de contamination et des risques potentiels.

Analyse et interprétation :

• pH : Baisse du pH de 7.2 à 6.5 entre A et B. Le point B est à la limite inférieure de la norme indicative. Cette acidification pourrait être liée à des rejets industriels acides ou à des processus de nitrification des nitrates agricoles.
• Plomb (\(\text{Pb}\)) : Augmentation très significative de 1.5 à 35 \(\mu\text{g/L}\). La concentration en B dépasse largement la norme de 10 \(\mu\text{g/L}\), indiquant une source importante de plomb entre A et B, probablement l'ancienne zone industrielle.
• Cadmium (\(\text{Cd}\)) : Augmentation significative de 0.2 à 6.0 \(\mu\text{g/L}\). La concentration en B dépasse légèrement la norme de 5.0 \(\mu\text{g/L}\), suggérant une contamination par le cadmium, potentiellement de l'industrie ou des engrais phosphatés (source diffuse).
• Pesticide "Agrixol" : Augmentation de < 0.01 à 0.25 \(\mu\text{g/L}\). La concentration en B dépasse la norme de 0.1 \(\mu\text{g/L}\), indiquant une contamination par ce pesticide, très probablement issue du ruissellement agricole.
• Nitrates (\(\text{NO}_3^-\)) : Augmentation très importante de 5 à 65 \(\text{mg/L}\). La concentration en B dépasse la norme de 50 \(\text{mg/L}\), pointant vers une pollution significative par les nitrates, typiquement d'origine agricole (engrais) ou potentiellement des rejets urbains.

Pollutions prédominantes : Les données suggèrent une pollution mixte :

• Pollution par les métaux lourds (Pb, Cd) probablement d'origine industrielle.
• Pollution par les pesticides et les nitrates d'origine agricole.

Analyses complémentaires utiles :

• Identifier les points de rejets exacts (cartographie des rejets industriels, analyse des drains agricoles).
• Analyser les sédiments de la rivière (les métaux lourds et certains pesticides s'y accumulent).
• Analyser la faune aquatique (bioaccumulation des polluants).
• Rechercher d'autres polluants spécifiques aux activités industrielles passées ou aux pesticides utilisés localement.
• Mesurer la Demande Biochimique en Oxygène (DBO5) et la Demande Chimique en Oxygène (DCO) pour évaluer la charge organique.
• Effectuer des analyses bactériologiques si des rejets urbains sont suspectés.

Principe :

Les mesures visent à réduire les émissions à la source (prévention) ou à traiter les eaux contaminées avant leur rejet ou pour restaurer le milieu (traitement).

Exemples de mesures :

• Pour les métaux lourds (source industrielle/ancienne mine) :
  • Mesure : Traitement des effluents industriels avant rejet (si l'industrie est encore active) ou confinement/traitement des sites contaminés de l'ancienne zone industrielle et des drainages miniers.
  • Justification : Les techniques de traitement peuvent inclure la précipitation chimique (ex: à l'hydroxyde pour précipiter les métaux), l'échange d'ions, l'adsorption sur charbon actif, ou des techniques de phytoremédiation (utilisation de plantes pour extraire ou stabiliser les métaux dans les sols/sédiments). Le confinement des sites (ex: couverture étanche) limite le lessivage par les pluies.
• Pour les pesticides (source agricole) :
  • Mesure : Promotion de pratiques agricoles durables et réduction de l'utilisation des pesticides.
  • Justification : Cela inclut :
    • L'agriculture biologique ou raisonnée.
    • L'utilisation de méthodes alternatives de lutte contre les ravageurs (lutte biologique, rotation des cultures, sélection de variétés résistantes).
    • La mise en place de bandes enherbées (zones tampons végétalisées) le long des cours d'eau pour intercepter le ruissellement chargé de pesticides et de nutriments avant qu'il n'atteigne la rivière.
    • La formation et la sensibilisation des agriculteurs aux bonnes pratiques d'application (respect des doses, conditions météorologiques, matériel adapté) pour minimiser les pertes vers l'environnement.
    • Le stockage sécurisé des produits phytosanitaires.