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Polluants organiques persistants en Antarctique

Polluants organiques persistants en Antarctique

Résumé d'informations

Version: 1.0

Publié: 19/08/2019 GMT

Contenu validé: 19/08/2019 GMT

Auteurs

Simonetta Corsolini (1)*, Cristóbal Galbán-Malagón (2,3) & Rosalinda Carmela Montone (4)

(1) Department of Physical, Earth and Environmental Sciences, University of Siena, via P.A. Mattioli, 4, I-53100 Siena, Italy. simonetta.corsolini@unisi.it

(2) Departamento de Ecología y Biodiversidad, Facultad de Ciencias de la Vida, Universidad Andres Bello. Santiago de Chile, Chile. cristobal.galban@unab.cl

(3) GEMA Center for Genomics, Ecology & Environment, Universidad Mayor,
Camino La Pirámide 5750, Huechuraba, Santiago, Chile.

(4) Departamento de Oceanografia Física, Química e Geológica, Instituto
Oceanográfico da Universidade de São Paulo, Praça do Oceanográfico, 191,
São Paulo (SP), Brasil.
rmontone@usp.br

Examiné par des pairs tick


Résumé

Les polluants organiques persistants (POP) sont des produits chimiques à base de carbone d'origine anthropique qui provoquent des effets toxiques dans les organismes. C'est pourquoi le Programme des Nations unies pour l'environnement a mis en place la Convention de Stockholm sur les POP en 2004 pour protéger la santé humaine et l'environnement. En raison de leurs propriétés physico-chimiques, les POP sont facilement acheminés dans l'atmosphère ou les courants océaniques sur de longues distances, y compris dans les régions polaires, où le climat froid extrême piège ces produits. Une fois dans la région antarctique, ils se bioaccumulent dans divers organismes et peuvent provoquer des effets toxiques. Les écosystèmes de l'Antarctique et de l'océan Austral sont fragiles et ont une capacité de résilience limitée, la contamination peut donc engendrer des conséquences imprévisibles. En outre, le changement climatique mondial peut influencer les facteurs abiotiques de diffusion et de mobilité des produits chimiques dans les écosystèmes de l'Antarctique. Par conséquent, la connaissance des concentrations et de la diffusion des polluants est essentielle pour comprendre les risques encourus par l'Antarctique et pour évaluer la santé environnementale globale et les autres conséquences probables à l'échelle mondiale.


Résumé

Les polluants organiques persistants (POP) sont des produits chimiques à base de carbone d’origine anthropique [1]. En raison de leurs propriétés physico-chimiques (voir Tableau 1), ces composés ont été exploités intensivement à travers le monde dans l’agriculture, l’industrie et pour des applications domestiques (comme produits antiparasitaires pour les animaux, les plantes et les humains). Ces caractéristiques uniques nuisent aux organismes et à l’environnement, c’est pourquoi le Programme des Nations Unies pour l’environnement a mis en œuvre la Convention de Stockholm sur les POP en 2004 pour protéger la santé humaine et l’environnement [1]. Ces composés sont caractérisés par quatre critères (Tableau 1), dont la persistance, la capacité de propagation à longue distance dans l’environnement (PLDE), la capacité de bioaccumulation et la capacité de provoquer des effets toxiques dans les organismes, y compris les humains [1,2]. La Convention de Stockholm requiert une évaluation rigoureuse des propriétés des produits chimiques avant de les inclure dans la liste des POP (Tableau 1).

Tableau 1 : Propriétés des POP, définitions et critères pour inclure un produit chimique dans la liste des POP de la Convention de Stockholm (modifié par rapport à [1]).

POPs Table FRE

Les variables environnementales comme la température, la vitesse du vent, la radiation solaire ou les précipitations ont un effet direct sur les cycles biogéochimiques des POP. En fait, la capacité de PLDE de la majorité des POP vient de leur aspect semi-volatile, qui favorise leur dispersion à longue distance dans l’atmosphère à travers le monde. Ces composés se volatilisent à partir des sols et des étendues d’eau et sont donc susceptibles d’être transportés loin de leur zone d’origine et d’utilisation. La volatilité dépend de la température et les POP connaissent plusieurs cycles de volatilisation/dépôt avant de venir se déposer dans des régions froides [3] (Figure 1). L’Antarctique et l’océan Austral sont perçus comme des pièges à froid pour ces produits [4]. Des POP (composés anciens ou récemment utilisés) ont été détectés en Antarctique et dans l’océan Austral malgré leur éloignement et leur isolement géographique. Cependant, les informations publiées à ce jour sur les niveaux de POP dans l’environnement, leurs mouvements et leurs effets sur les organismes dans la région de l’Antarctique sont encore lacunaires.

POPs Fig 1 FRE

Figure 1 : Propagation à longue distance dans l’atmosphère (PLDA) des POP et relation entre la PLDA (voir texte) et les cycles des milieux biotiques et abiotiques des écosystèmes (figure modifiée par rapport à [4]).

Les POP ont été étudiés dans des milieux biotiques et abiotiques des écosystèmes de l’Antarctique et leur concentration varie selon la région, le milieu et le calendrier de l’échantillonnage [5]. Les POP les plus abondamment étudiés et détectés au sein des environnements antarctiques sont les suivants : polychlorobiphényles (PCB), hexachlorocyclohexanes (HCH), hexachlorobenzène (HCB), dichlorodiphényltrichloroéthane (DDT) et d’autres pesticides chlorés [5]. Les concentrations de POP dans l’atmosphère antarctique étaient inférieures d’au moins un ordre de grandeur par rapport aux autres régions [6-7], ce qui s’applique aussi pour la neige, la glace de mer et l’eau de mer [8]. Les variations saisonnières ont été observées à des niveaux plus élevés en été qu’en hiver [6].

Le réseau trophique a été l’axe le plus étudié en ce qui concerne la contamination par les POP en Antarctique [9-13]. Les écosystèmes de l’Antarctique sont caractérisés par des réseaux alimentaires courts et la plupart des organismes dépendent de seulement quelques espèces, comme le krill (Figure 2).

POPs Fig 2 FRE

Figure 2 : Représentation d’un réseau trophique de l’Antarctique (figure modifiée par rapport à [4]). Le réseau trophique benthique est représenté sur le côté droit de la figure : les invertébrés se nourrissant de filtreurs benthiques reçoivent des particules de matière organique (PMO) venant de la surface et des colonnes d’eau et sont chassés par d’autres invertébrés et poissons.

Les POP sont assimilés par les organismes se situant à la base des réseaux trophiques et sont transportés graduellement aux niveaux trophiques suivants (bioamplification [5,11-15]), où ils peuvent atteindre des niveaux élevés. Malheureusement, il existe peu d’informations publiées à ce jour sur les concentrations dans les producteurs primaires (la base du réseau trophique) [5].  Plusieurs études ont été menées pour mieux comprendre la bioaccumulation et/ou les effets des POP sur les organismes de l’Antarctique [13-15] : les organismes des milieux extrêmement froids présentent des teneurs en lipides plus élevées que les espèces des régions tempérées ou tropicales (elles utilisent les lipides comme isolation thermique et comme réserve énergétique), et peuvent donc bioaccumuler des contaminants lipophiles comme les POP. En outre, ces organismes ont en général des capacités de détoxication limitées, les rendant plus vulnérables à l’accumulation de POP [14]. Le krill antarctique (Euphausia superba)  et la calandre antarctique (Pleuragramma antarcticum) sont des espèces clés des réseaux trophiques marins de l’Antarctique et jouent un rôle important dans le transfert des POP [14-16]. Les manchots (Pygoscelids) sont utilisés comme bio-indicateurs des POP en Antarctique [5, p. ex. 15-16], car ils peuvent accumuler des concentrations de polluants relativement élevés en raison de leur position dans le réseau trophique. Il est bien établi que le HCB, le DDT et le PCB sont les POP prédominants en Antarctique et les niveaux de concentration peuvent aller de quelques nanogrammes par gramme de krill à deux ordres de grandeur aux niveaux trophiques supérieurs (oiseaux et mammifères marins). En outre, les polluants émergents comme les retardateurs de flamme (comme les polybromodiphényléthers, PBDE) ont aussi été détectés dans le biote [10-11, 15-17].

La documentation publiée indique que les concentrations dans les milieux abiotiques diminuent d’un facteur de 2 ou 3, ce qui coïncide avec les résultats de la modélisation [18]. En conséquence, un changement à l’échelle mondiale affectera la séparation et la biogéochimie des POP, en particulier leur volatilisation, l’échange diffus entre l’eau et l’air, la séparation gaz/particules et les dépôts [19]. De plus, il a été démontré que le changement climatique augmentera la productivité des eaux de surface [20], en conjonction avec la fonte des glaciers [8]. Les mesures sur le terrain ont indiqué que les changements de température augmenteront la volatilisation des PCB dans les sols, ce qui confirme les modèles selon lesquels la voltaïsation des HCB sera accrue par les changements climatiques et les concentrations dans les eaux de surface diminueront [19-20]. Cependant, cette hausse des concentrations atmosphériques pourrait renforcer les échanges diffus entre l’air et l’eau. L’échantillonnage en Antarctique a révélé que la productivité primaire est le processus clé qui relie les milieux biotiques et abiotiques dans le devenir des POP [13]. À ce jour, il n’est toujours pas évident de savoir si l’augmentation de la productivité primaire dans la mer renforcera le transfert via les réseaux trophiques des prédateurs du haut de la chaîne, ou s’il y aura une hausse des concentrations environnementales dans les sédiments et les organismes benthivores.

Le manque actuel de données et l’absence de programmes de surveillance entravent l’évaluation précise des niveaux de contamination et des tendances temporelles, mais les données observées de plus près dans l’Arctique ont clairement démontré qu’une surveillance continue et coordonnée est essentielle pour évaluer les risques posés par ces composés (p. ex. [6,21]). Un programme de surveillance international pourrait aider à répondre à des questions clés comme :

a) Comment la remobilisation des POP due au changement climatique planétaire (fonte des glaces [21], hausse de température) affectera-t-elle les cycles biogéochimiques des POP et les transferts des contaminants à travers le réseau trophique ? [4,19] (Figure 3)

b) Comment les activités anthropiques croissantes dans la région [4,22-23] affecteront-elles les niveaux de POP au sein des milieux environnementaux ? À ce jour, la diffusion des POP (y compris les retardateurs de flamme et les hydrocarbures aromatiques polycycliques) provenant des stations, des activités de recherche, de la pêche et des navires touristiques est inévitable et constitue certainement une source secondaire [4,23-24].

POPs Fig 3 FRE

Figure 3 : Rejet de POP dans l’eau de mer lors de la fonte de glace (figure modifiée par rapport à [4]).

Le continent antarctique et l’océan Austral sont considérés comme essentiels pour le climat planétaire, le bilan massique d’eau douce et la stabilité des écosystèmes, y compris la santé humaine. Le changement climatique global peut avoir des effets sur la répartition mondiale des POP et contribuer à leur transport dans les régions antarctiques, où ils peuvent être piégés dans la neige et la glace. Avec la fonte des glaciers, de la neige et de la banquise et l’effondrement des barrières de glace [25], ces POP piégés dans le passé (et qui ne sont peut-être plus en usage, comme c’est les cas pour beaucoup de POP anciens) et les POP récemment transportés vers le sud (y compris les nouveaux contaminants) peuvent être relâchés dans l’environnement. L’influence du changement climatique sur la remobilisation et le dépôt des POP en Antarctique a déjà été signalée [26] ainsi que les concentrations accrues dans les organismes qui se sont ensuivies [27]. C’est pourquoi l’étude de l’influence du changement climatique sur les cycles biogéochimiques des POP, la bioaccumulation et les effets dans les écosystèmes antarctiques est d’une importance capitale. Un scénario probable à court terme comprendrait une hausse des températures [28] et des rejets de contaminants, et les organismes devront s’adapter rapidement à la fois aux changements environnementaux et à l’augmentation des niveaux de POP : seront-ils capables de s’adapter à l’échelle de la présence humaine ?


Évènements clés

Années 1970 : Initiatives internationales pour réduire ou éliminer l’utilisation des POP

1995 : Le Conseil d’administration du Programme des Nations unies pour l’environnement (PNUE) demande une évaluation internationale de douze POP dans sa décision 18/32. Le Forum intergouvernemental sur la sécurité chimique (FISC) est chargé de développer des recommandations sur les actions internationales à mener.

2001 : Signature de la Convention de Stockholm sur les polluants organiques persistants (effective en 2004). Elle vise à éliminer ou limiter la production et l’utilisation des POP.

2001 : Le Réseau des responsables de l’environnement antarctique (AEON), un groupe de responsables de l’environnement soutenu par le Conseil des Directeurs des Programmes Antarctiques Nationaux (COMNAP), publie un résumé des activités de surveillance environnementale (COMNAP-AEON 2001).

2002 : Un rapport (PNUE 2002) est publié, présentant le premier aperçu des sources, du transport et des impacts de 26 substances toxiques persistantes (STP) en Antarctique (incluant les 12 POP de la Convention de Stockholm) de 1979 à 1998.

2005 : Première réunion du Comité d’étude des polluants organiques persistants (CEPOP), un organisme subsidiaire de la Convention de Stockholm, à Genève, en Suisse.

2006 : Le Groupe scientifique permanent sur les sciences physiques du SCAR crée le groupe d’action « Contaminants environnementaux en Antarctique » (CEA) lors de la XXIXe réunion du SCAR qui s’est déroulée à Hobart, en Australie, afin de renforcer la compréhension des microcomposants dans les environnements polaires.

2009 : À la demande de la Convention de Stockholm, un rapport du CPE sur les POP est publié : « Persistent Organic Pollutants (POPs) in the Antarctic environment. A Review of Findings » [Polluants organiques persistants (POP) dans l’environnement antarctique : examen des conclusions], disponible sur : https://www.scar.org/library/scar-publications/occasional-publications/3507-persistent-organic-pollutants-pops-in-the-antarctic-environment-a-review-of-findings/

2018 : Le groupe d’action du SCAR sur les POP (Input Pathways of Persistent Organic Pollutants to AntarCTica - ImPACT) est officiellement approuvé à la XXXVe réunion des délégués du SCAR à Davos, en Suisse. Son objectif est de faciliter la recherche et le suivi des POP dans la région antarctique.