Évaluation de la toxicité des effluents miniers et métallurgiques : rôles de la spéciation, des interactions entre contaminants et des traitements avancés

« RÉSUMÉ : La plupart des études écotoxicologiques évaluent les risques environnementaux selon une approche substance par substance. Or, en milieu aquatique, les organismes sont exposés à un mélange complexe de contaminants susceptibles de générer des effets additifs, synergiques ou antagonistes. L’objectif de cette thèse est de complémenter cette approche substance par substance par l’intégration d’aspects liés à l’application de méthodes statistiques, à la spéciation chimique, aux interactions des contaminants au sein de mélanges et à l’évaluation de l’efficacité d’un processus de traitement par ozonation pour le contrôle de la toxicité d’effluents réels. Les approches méthodologiques déployées incluent l’analyse statistique de séries temporelles, la réalisation de bioessais sur des effluents synthétiques et réels et la réalisation d’essais de traitement par ozonation à microbulles. Le premier volet de cette recherche doctorale a porté sur un jeu de données associé au suivi temporel (2016-2023) de la qualité et de la toxicité d'un effluent industriel. Malgré le respect des normes de rejet en matière de concentrations de contaminants, l'effluent montre des épisodes sporadiques de toxicité aiguë chez Daphnia magna (D. magna). L'hypothèse avancée pour expliquer ce phénomène est que la toxicité résulte de l'effet combiné de contaminants. Des analyses de corrélation (CA), des analyses de variance à sens unique (ANOVA), des analyses en composantes principales (ACP), des analyses en grappes hiérarchiques (HCA), des calculs de spéciation et des calculs de toxicité ont été utilisés pour tester cette hypothèse. Les résultats ont révélé que Cd et Cu influent significativement sur la toxicité, tandis que Fe pourrait l'inhiber dans certains mélanges. Les calculs de spéciation suggèrent que les formes biodisponibles Cd2+ et Cu2+, même à des niveaux sublétaux, jouent un rôle central dans la toxicité observée. En complément de l'analyse de la série temporelle de l'effluent industriel, des mélanges synthétiques ont été produits en laboratoire pour évaluer l'effet du mélange de contaminants (As, Cu, Zn, Se) sur la toxicité de l'eau envers D. magna. Les effets des mélanges binaires ont été analysés avec des méthodes mathématiques permettant d'identifier les interactions entre les contaminants. Les paires Cu-Zn et Zn-Se ont présenté des effets synergiques prononcés, avec des valeurs de EC50 inférieures de 1 unité toxique (UT). En revanche, les paires As-Cu, As-Se, Cu-Se et As-Zn ont montré des réponses additives avec des valeurs d'EC50 proches de 1 UT. Les mélanges ternaires ont été évalués avec le MixModel dans le logiciel R. Ce modèle a permis d'évaluer les effets principaux, les interactions binaires et les interactions ternaires dans l'espace de composition chimique des mélanges. Les résultats ont suggéré que l’effet du Cu est dominant lorsqu'il est présent à des concentrations élevées ou en combinaison avec Zn et Se. Des effets synergiques émergents et inattendus ont été observés pour certains mélanges ternaires (As−Cu−Se, As−Cu-Zn), montrant que les données binaires seules ne permettent pas de prédire les interactions de composants multiples.»