Transferts trophiques d éléments traces dans le cas de deux lacs d altitude. Rôle de la fraction colloïdale de la colonne d eau?

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1 Transferts trophiques d éléments traces dans le cas de deux lacs d altitude. Rôle de la fraction colloïdale de la colonne d eau? 5èmes rencontres scientifiques et techniques IRSTEA - Le Tholonet, /11/2014

2 Transferts trophiques d éléments traces dans le cas de deux lacs d altitude. Rôle de la fraction colloïdale de la colonne d eau? Rose J. (1,2), Cavalli L. (3), Chaurand P. (1,2), Bertrand C. (3,) Auffan M. (1,2), Angeletti B. (1,2), Radakovitch O. (1), Garnier J-M. (1), Ambrosi J-P. (1), Avellan A. (1,2), Coulomb B. (4), Franquet E. (3), Moullec P. (5) 1) CEREGE CNRS, Aix-Marseille Université, Aix France (2) ICEINT, Duke Univ. CNRS, Aix France (3) IMBE - Aix Marseille Université - Marseille (4) Aix-Marseille Université CNRS, Laboratoire Chimie de l Environnement, Marseille France (5) ONEMA, SD des Hautes-Alpes, Embrun, France 5èmes rencontres scientifiques et techniques IRSTEA - Le Tholonet, /11/2014

3 Exposition des populations aux contaminants Eléments Traces Métalliques (ETM) Exposition directe (ingestion, inhalation, contact cutané,...) Exposition indirecte via les chaines trophiques contaminant (Friends of the Earth)

4 Transfert trophique et transformations Terrestre Réseau trophique Aquatique (marin) Consommateurs quaternaires Consommateurs tertiaires Transformation? Consommateurs secondaires Consommateurs primaires Producteurs

5 Localisation / quantification / transformation des ETMs Ti Chaine alimentaire S Ti Ca Transfert trophique peut avoir lieu pour les ETM Bio-accumulation/ bio-amplification

6 Mécanismes réactionnels / Transfert trophique. Modélisation Travaux de Rainbow et al. NHM, Londre Bio accumulation / Bio accessibilité... Différence entre Entrée - Sortie des organismes Fortes variabilités entre espèces et entre métaux (éléments essentiels / toxiques) «Aquatic invertebrates have a variety of accumulation patterns for different trace metals, resulting in a wide range of body concentrations, with different biological significance» Rainbow P., Env. Pol., 2002 D après Arnot et Gobas, Env. Rev., 2006

7 Mécanismes réactionnels / Transfert trophique. Modélisation Wang & Rainbow, Comp.Biochem. Physiol C 2008 Bio accumulation / Bio accessibilité... Différence entre Entrée - Sortie des organismes Fortes variabilités entre espèces et entre métaux eau nourriture Ce qui sort Cw Ct Cf Quantité de nourriture Efficacité d assimilation

8 Mécanismes réactionnels / Transfert trophique. Modélisation Bio accumulation / Bio accessibilité... Différence entre Entrée - Sortie des organismes Wang & Rainbow, Comp.Biochem. Physiol C 2008 Fortes variabilités entre espèces et entre métaux Moule Huitre Cd 0,2 1,7/4,3 Zn 0,6 1,2 Moule Huitre Cd 10/30 35/50 Zn 20/40 40/60 CW: espèces en solution

9 Mécanismes réactionnels / Transfert trophique. Modélisation Bio accumulation / Bio accessibilité... Différence entre Entrée - Sortie des organismes Wang & Rainbow, Comp.Biochem. Physiol C 2008 Fortes variabilités entre espèces et entre métaux Moule Huitre Cd 0,2 1,7/4,3 Zn 0,6 1,2 Moule Huitre Cd 10/30 35/50 Zn 20/40 40/60 CW: espèces en solution Comment mesure-t-on les espèces en solution? Filtration à 0,45 microns

10 Colloïde: c est quoi? Colloïde : objet dont la taille varie entre 1 et 450 / 220 nm 450 nm = 0,45 microns Soluté Colloïdes particules macro-molécules 1 nm 10 nm 100nm 1 micron Cations/ Anions inorg. 0,45 / 0,22 microns virus Bactéries A. fulviques/humiques Algues Argiles Fe/Alx(OH)y FeOOH MnO2

11 Importance / Rôle des colloïdes

12 Stabilité colloïdale Quel est le temps mis par des particules pour chuter naturellement d'un mètre dans l'eau?

13 Transfert et spéciation (colloïdes) Contaminant colloïde Milieu poreux (sol) Réseau de pores McCarthy, J. F.; Zachara, J. M., Subsurface transport of contaminants. ES&T, 1989, 23 (5), Contaminant libre ou associé à un colloïde?

14 Transfert (trophique) et spéciation: soluble v.s colloidal? M n+ CH3 - M n+ M Membrane cellulaire??? R-SH - M n+

15 Transfert trophique de nanoparticules Ti Résidus de crèmes solaire avec Nano-TiO2 Chaine alimentaire S Ti Ca Transfert trophique peut avoir lieu pour les ETM Bio-accumulation/ bio-amplification

16 Pourquoi les lacs d altitude? Chaine trophique simplifiée Ambiance inorganique très marquée Lac Egorgeou: le fond inorganique est élevé: Cu, Fe, Ni, Mn, Zn dans les eaux, As, Cr et Cu dans les sédiments. Ag dans les poissons (Données ONEMA) 27/11/2014

17 Mission Juillet 2012/2013

18 Protocoles Analyse des eaux Différentes profondeurs de la colonne d eau Paramètres physiques et chimiques Analyse des différentes fractions : particulaires, colloïdales et (presque)- solubles, phyto et zoo-plancton 0,02 microns 0,2 microns

19 Protocoles Brut particules 0.22 µm µm Colloïdes Soluble

20 Missions juillet 2012/2013 Egorgéou Foréant Colonne eau Sédiments

21 Missions juillet 2012 Colonne d eau Sonde multiparamètres: ph, température, O2, turbidité B A Profondeur (m) 0,15 0,16 0,17 0,18 0,19 0 ms Point A 5 Point B 10 Cond Turbidité point A Point B

22 Mission juillet 2012 Colonne d eau Egorgéou E A C B D Conductivité 0,19 0,195 0,2 0,205 0,21 E D C B A Turbidité 50 E D C B A 6 7 8

23 Mission juillet 2012 Foréant 1 m 7,5 m 15 m Ti (total) 1,42 µg/l 0,62 µg/l <0,3 µg/l

24 Mission juillet 2012 Foréant 1 m 7,5 m 15 m Ti non soluble Ti (total) Ti (filtré 0,2 µm) Ti(filtré 0,02 µm) 1,42 µg/l <0,3 µg/l <0,3 µg/l 0,62 µg/l <0,3µg/l <0,3µg/l <0,3 µg/l <0,3 µg/l <0,3 µg/l 27/11/2014

25 Mission juillet 2013 Foréant 1 m 7,5 m 15 m Si particulaire et soluble Mesure à 0,2 µm = soluble Si (total) Si (filtré 0,2 µm) Si (filtré 0,02 µm) 621±15 µg/l 272±10 µg/l 284±10 µg/l 611±20 µg/l 279±10 µg/l 285±10 µg/l 965±30 µg/l 501±15 µg/l 477±15 µg/l

26 Mission juillet 2012 Foréant Colloïdes... 1 m 7,5 m 15 m Mn (total) Mn (filtré 0,2 µm) Mn (filtré 0,02 µm) 36 µg/l 17,5 µg/l 16,7 µg/l 39 µg/l 17,5 µg/l 15,3 µg/l 163 µg/l 91,2 µg/l 84,1µg/l

27 Concentrations en Mn dans les poissons Particules colloides dissous Particules colloides dissous Mn colloïdal Mn soluble Egorgéou 0 µg/l 3,9 µg/l Foréant 12 µg/l 31 µg/l Teneur en µg/kg Foréant Egorgéou

28 Concentrations en Mn dans les poissons Particules colloides dissous Particules colloides dissous Mn colloïdal Mn soluble Egorgéou 0 µg/l 3,9 µg/l Foréant 12 µg/l 31 µg/l Teneur en µg/kg Foréant Egorgéou Facteur de bioaccumulation: Soluble+colloïdal

29 Concentrations en Mn dans les poissons Particules colloides dissous Particules colloides dissous Mn colloïdal Mn soluble Egorgéou 0 µg/l 3,9 µg/l Foréant 12 µg/l 31 µg/l Teneur en µg/kg Foréant Egorgéou Facteur de bioaccumulation: Soluble

30 Concentrations en Mn dans les poissons Particules colloides dissous Particules colloides Mn colloïdal Mn soluble Egorgéou 0 µg/l 3,9 µg/l Foréant 12 µg/l 31 µg/l Particules : (phyto + zoo) dissous Difficulté de découpler solubles colloïdes - Particules Moule Huitre Cd 0,2 1,7/4,3 Zn 0,6 1,2 Egorgeou Foréant D D / D+C B 6,7 3,6/2,6 E 3,6 1,6/1,2 M 0,52 0,38/0,27 F 1,5 0,35/0,26

31 Conclusions La phase colloïdale existe, mais... Reste limitée Difficile de découpler le rôle de la concentration soluble, colloïdale, particulaire (phyto + zoo-plancton) dans le modèle de transfert Difficultés : mesures Physico-chimiques ponctuelles / Intégration biologique (pluri-annuelle)...

32 Conclusions - perspectives Prendre en compte phyto-zoo Variabilité annuelle : en chantier... Sentinelle: retombées atmosphériques: en cours.

33 MERCI

34 Missions juillet 2012/2013 Foréant Zooplancton (<50µm) (total) Phytoplancton (<20µm) total Mn 3371 ±280 µg/kg 7664 ±347 µg/kg 27/11/2014

35 Wang & Rainbow, Comp.Biochem. Physiol C /11/2014