Un exemple : le cas du Mercure

Introduction

Le mercure, polluant ubiquiste toxique pour l’humain via la consommation d’organismes contaminés, est devenu une préoccupation majeure, en raison du nombre croissant d’organismes aquatiques des écosystèmes du monde, présentant des teneurs élevées en mercure. Dans un rapport récent « State of the world, 2006 » des experts estiment que près de la moitié des jeunes enfants français et que 630,000 bébés nés chaque année aux Etats Unis présentent des teneurs en mercure qui dépassent les normes santé et risquent un empoisonnement au mercure.

La contamination par le mercure est un problème d’envergure mondiale. En effet, le mercure émis dans l’atmosphère peut-être transporter sur des milliers de kilomètres sous sa forme élémentaire (Hg°) et ainsi contaminer des milieux très éloigner des lieux d’émission. Cette caractéristique lui vaut la qualification de polluant mondial ou en anglais « toxic global pollutant ». C’est ainsi par exemple qu’ont été retrouvé dans le sang des habitants d’un village du Groenland, Quaanaag, des taux de mercure jusqu’à 12 fois supérieurs aux recommandations émises par les guides Américains pour ce métal toxique. Ce petit village très peu industrialisé, caractérisé par quatre mois d’obscurité dans l‘année et par une mer gelée de octobre jusqu’à mi-juillet ne produit évidemment pas cette pollution mercurielle mais la reçoit bien des pays industrialisés via l’atmosphère. Les habitants de nombreux villages comme celui de Quaanaag sont exposés au mercure via la consommation de baleines, phoques et poissons contaminés.

 

Qu’est ce que le mercure ?

« Mercure » est le nom romain du dieu grec Hermès, le protecteur des voyageurs, des voleurs et des commerçants. Dans le tableau périodique des éléments, le symbole chimique du mercure est Hg et prend son origine du mot latin Hydrargyrum qui signifie «argent liquide». Comme le cadmium, le zinc et le plomb, le mercure est un «métal lourd» et peut être toxique pour les organismes vivants. La masse atomique de cet élément est de 200,59 grammes par mole et sa densité est 13,5 fois plus élevée que celle de l'eau.
Le mercure est présent à l’état de trace dans la croûte terrestre, où on le retrouve sous la forme d’un minerai* rouge-brun appelé « cinabre » ; aussi connu sous l’appellation de sulfure naturel de mercure. C’est un élément assez rare puisqu’il ne représente qu’un dix millionième de la croûte terrestre. Le mercure est extrait du cinabre en chauffant ce dernier à haute température et en condensant les vapeurs émises lors de cette opération. Une fois isolé sous sa forme métallique à l’état pur, le mercure possède la propriété unique pour un élément d’être liquide à la température de la pièce. Comme tout élément chimique, la quantité de mercure présente sur Terre est indestructible, c’est-à-dire que le mercure ne peut être créé ou détruit. Le mercure possède également la propriété d’être extrêmement dense. Par exemple, un récipient rempli de mercure est environ treize fois plus lourd que s’il avait été rempli d’un volume équivalent d’eau.
Complément
Principales propriétés du Hg :

  • Indestructibles

  • Dense

  • Liquide

  • Volatile

  • Bon conducteur d’électricité

  • Formation d’amalgames

Le mercure purifié possède de nombreuses autres propriétés inhabituelles. Ainsi, à l’état liquide, il est hautement volatile. Il conduit efficacement l’électricité. Il se contracte ou se dilate uniformément en réponse à des changements de températures et de pression.
Le mercure se combine facilement avec d’autres métaux pour former des alliages résistants tels les amalgames dentaires. Les vapeurs de mercure peuvent également se combiner à d’autres espèces gazeuses, formant ainsi des molécules ayant la particularité d’émettre de la lumière (courant électrique).
Ces qualités uniques que possède le mercure ont contribué à son emploi dans une vaste gamme d’applications médicales et industrielles et son utilisation dans l’élaboration de nombreux produits domestiques. La capacité que possède le mercure à former des alliages métalliques a également entraîné son emploi à grande échelle dans les activités d’orpaillage (récupération de l’or).
 

Cycle biogéochimique du mercure : transport et devenir du mercure dans l’environnement

Tous les éléments chimiques constituant la croûte terrestre et l’atmosphère de la Terre obéissent à un cycle environnemental naturel qui leur est propre. En mouvement dans les différents compartiments de l’écosystème terrestre, les éléments peuvent être transportés depuis les sols vers les lacs et rivières, s’évaporer de leur surface, être érodés par le vent ou propulsés par les volcans et transportés dans l’air par le vent, puis déposés au sol, sur la terre ou sur l’eau, où le cycle recommence à nouveau. Le cycle du mercure dans l’environnement suit les mêmes règles (figure suivante).
Complément
Il existe trois principales étapes gouvernant le cycle du mercure (figure suivante):

  • son émission de source naturelle et/ou anthropique

  • son transport et son dépôt vers les environnements terrestres et aquatiques

  • sa conversion biologique et son absorption par les organismes vivants.

Plusieurs aspects de ce cycle sont très bien compris, mais certains autres demeurent énigmatiques. Les cheminements dans l'environnement et les transformations naturelles du mercure sont très complexes et dépendent fortement des conditions locales. La compréhension de ces événements complexes est un important défi pour la communauté scientifique mondiale.
Légende
Cycle du mercure
 

Emission et transport du mercure dans l’atmosphère (Hg°) – Dépôt dans l’environnement (Hg 2+)

Le mercure élémentaire (Hg°) peut se volatiliser relativement facilement et être émis dans l'atmosphère. Il peut-être ainsi transporté par les courants engendrés par les vents pendant une période d'un an ou plus avant de se déposer de nouveau dans l'environnement et de recommencer un cycle.
L'oxydation du mercure élémentaire Hg° (production de Hg2+) dans l'atmosphère est un mécanisme important des dépôts terrestres et aquatiques de mercure. La conversion de Hg° en Hg2+, la forme ionique, peut rapidement réagir avec de l'eau de pluie ou de la neige ou être adsorbée par des petites particules, pour ensuite se déposer dans l'environnement sous forme de dépôt «humide» ou «sec».
La capacité du mercure à s’évaporer facilement à des températures chaudes, à se condenser lorsque les température diminuent et sa forte persistance sont des caractéristiques qui explique que l’on retrouve des niveaux de mercure surprenants et inquiétants dans des endroits où les émissions local de mercure sont quasi inexistant comme par exemple le village de Quaanaag au Groenland.
 

Conversion biologique et absorption par les organismes vivants (MeHg+, méthylmercure)

Dans l'environnement, le mercure se transforme en méthylmercure grâce au processus de méthylation.
Transformation du mercure en méthylmercure : la méthylation Le mercure rejeté dans l'environnement peut s'accumuler dans l'eau où des micro-organismes (le plus souvent des bactéries sulfato-réductrices) peuvent contribuer à le transformer en méthylmercure, par l'ajout d'un groupement méthyl (CH3) à des éléments du mercure réactif ou oxydé (Hg2+).
Le méthylmercure est une forme de mercure hautement toxique qui est bioaccumulable, c’est à dire capable de s’accumuler dans les tissus des organismes vivants (figure suivante). Les petits organismes et les végétaux absorbent le mercure en s'alimentant. Puisque les espèces supérieures de la chaîne alimentaire consomment ces végétaux et organismes, elles absorbent le méthylmercure qui se dépose de nouveau dans les tissus à des concentrations plus élevées. Ce phénomène s'accentue le long des différents maillons de la chaîne alimentaire et les niveaux de mercure vont en progressant chez les espèces de plus grande taille et les prédateurs. Ainsi, les gros poissons prédateurs, tel les brochets ou les dorés, qui consomment des espèces de poissons plus petites, ayant eux-mêmes ingérés des microorganismes contenant du méthylmercure, auront des teneurs en mercure beaucoup plus élevées. Les oiseaux, les animaux et les humains s’alimentant fréquemment de gros poissons prédateurs sont donc les plus sujets à une exposition élevée au méthylmercure. Ainsi, un poisson prédateur de bonne taille peut avoir de 100 000 à 1 000 000 de fois plus de mercure dans son organisme que l’eau dans laquelle il nage. Ce phénomène est appelé bioamplification.
 

Sources et émissions de mercure dans l’environnement

Le mercure qui existe à l’état stable dans la croûte terrestre est souvent qualifié de mercure «géologique». Par opposition, le mercure dit «actif» débute son cycle dans l’environnement lorsqu’il quitte cet état stable, à travers des processus naturels ou des interventions de nature humaines. De nombreux débats ont eu lieu au sujet de la contribution relative du mercure de source naturelle par rapport aux émissions dans l’environnement dues à l’activité humaine. Un des principaux défis que pose ce débat est l’absence d’information exacte sur les niveaux d’émissions de mercure actuels et passés, et le manque d’outils appropriés afin de permettre la distinction entre ces deux sources. Les scientifiques ont déterminé, à partir de mesures des concentrations de mercure dans les sédiments, que les niveaux de mercure dans l’environnement sont aujourd’hui au moins le double de ce qu’ils étaient avant l’ère préindustrielle. D’autres mesures des niveaux de mercure dans l’atmosphère suggèrent que cette augmentation se poursuit au rythme de un pour cent par année. Ces contacts ont conduit la communauté scientifique à conclure que la moitié ou plus du mercure actuellement dans le cycle environnemental atmosphérique provient des activités humaines. La capacité du mercure à circuler dans l’environnement selon un cycle de déposition-réémission vers l’atmosphère rend également difficile la distinction entre ce qui est de source naturelle et ce qui provient des activités humaines.
 

Les sources naturelles du mercure

Le mercure est émis à partir d'un éventail de sources naturelles comme les volcans, les sols, les conduits volcaniques sous-marins, les zones géologiques riches en mercure ainsi que les eaux douces et les océans, les plantes, les feux de forêt, les cristaux de sel marin et la poussière météorique.
Bien que les émissions naturelles se produisent principalement sous forme de vapeurs de mercure élémentaire (Hg0), des particules et des vapeurs d'oxydes, de sulfures, d'halogénures ainsi que des vapeurs de méthylmercure peuvent également être émises.
Les chercheurs estiment que les sources continentales émettent chaque année environ 1 000 tonnes d'émissions naturelles. Selon eux, les océans émettaient près de 600 tonnes de fuites annuellement pendant la période préindustrielle. Aujourd'hui par contre, les fuites des océans s'élèvent jusqu'à environ 2 000 tonnes en raison de la réémission de dépôts de mercure attribuables aux activités humaines.
 

Le mercure d’origine anthropique

Les sources de mercure d’origine anthropique sont reliées aux activités humaines (figure suivante). Les principales émissions de mercure au Canada provenant des activités humaines sont :

Crédits
Environnement Canada
Légende
Rejets de mercure dans l’atmosphère au Canada
Les autres sources de mercure sont :

Les émissions de mercure attribuables à l’intervention humaine sont classées en deux catégories :

 

Impacts du mercure sur l’Humain

La consommation de certaines espèces de poissons est la plus importante voie d'absorption du méthylmercure chez l'humain. Les personnes qui consomment beaucoup de poissons et de mammifères marins dans leur régime quotidien, sont exposées à des niveaux de méthylmercure potentiellement élevés. Les habitants du nord du Canada par exemple, dont le régime se compose en grande partie de poissons et de mammifères marins, ont plus de risque d'être exposés au méthylmercure que les Canadiens des régions plus au sud qui ne présentent pas le même régime alimentaire.
Les effets du mercure sur la santé
Le mercure et le méthylmercure sont considérés comme des neurotoxines. Ils affectent le système nerveux central et y causent un grand nombre de dérèglement. La gravité de ces troubles dépend du niveau spécifique de chaque individu, c’est à dire de la quantité de mercure qu’il absorbe en une période de temps donné. De récentes études conduites par la Faculté de Médecine de L'université de Calgary révèlent que le mercure dégénère les neurones du cerveau (http://commons.ucalgary.ca/mercury ). Les scientifiques ont déterminé que de faibles concentrations de mercure peuvent réduire la capacité d’apprentissage et engendrer un retard sur la coordination musculaire des enfants à naître. Ces derniers ont aussi noté des risques significatifs au niveau du développement des systèmes cardiovasculaires et immunitaires, et ce, même dans les cas d'exposition à de faibles concentrations de mercure. Les personnes les plus menacés sont les enfants, les fœtus, les femmes enceintes et les gros consommateurs de produits de la mer, de poissons ou d'animaux qui s'en nourrissent.
Remarque
L'exposition au mercure affecte surtout le système nerveux, le système cardiovasculaire, le système immunitaire et les reins. L'exposition fœtale au mercure peut entraîner des troubles neurologiques du développement chez l'enfant.
Femmes enceintes et enfants
Le mercure présente un danger particulier pour les femmes enceintes et les femmes qui allaitent. Le méthylmercure ingéré par une femme enceinte, ou le mercure à l'état métallique qui pénètre dans l'organisme par inhalation d'air contaminé, peut être transmis dans le sang maternel au fœtus en franchissant la barrière placentaire. En outre, le mercure inorganique et le méthylmercure peuvent être transmis du lait maternel à l'enfant allaité. Le méthylmercure peut également s'accumuler dans le sang de l'enfant à naître, à des concentrations plus élevées que les concentrations dans l'organisme de la mère. La quantité de mercure présente dans le lait varie selon le degré d'exposition et la quantité de mercure absorbée par la mère qui allaite.
 

Présentation d’un réseau de recherche interdisciplinaire pancanadien sur le mercure : Le réseau COMERN (Collaborative Mercury Research Network)

COMERN (Collaborative Mercury Research Network) est un réseau de recherche pancanadien établie en 2001 grâce au support financier du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG). Sa naissance, résulte de la préoccupation commune face à la question du mercure de trois groupes d’acteurs à savoir les communautés consommatrices de poissons des lacs canadiens, les scientifiques et les pouvoirs publics.
De nombreuses régions du Canada ont identifié des teneurs en mercure dans les poissons et autres organismes aquatiques non négligeables. Ces teneurs peuvent varier de façon significative d’un lac à l’autre, même si ceux-ci sont relativement proches (quelques kilomètres) . Même si il est aujourd’hui largement reconnu que les activités anthropiques ont significativement contribué à augmenter la concentration de mercure dans l’atmosphère pendant le 20ième siècle, il reste impossible de lier l’augmentation observée des dépôts atmosphériques de mercure à la qualité globale des écosystèmes lacustres, exprimé par la quantité de Hg locale/régionale incorporée dans la chair des poissons.
Pour tenter de comprendre les variations des niveaux de mercure des écosystèmes, d’évaluer le risque de contamination et proposer des solutions le COMERN a choisi d’orienter sa recherche selon un modèle conceptuel qui intègre les différentes étapes du cycle du mercure et de l’organiser selon une approche interdisciplinaire et écosystémique. Une meilleure compréhension du cycle du mercure depuis les sources d’émission jusqu’à l’incorporation humaine permettra de mettre en place, plus efficacement, des moyens de lutte contre la contamination des humains par le mercure. Le réseau COMERN recherche plus particulièrement à identifier les causes de l’augmentation de la contamination et de ses impacts sur la santé des communautés.
Crédits
COMERN
Légende
Schéma conceptuel de recherche du réseau COMERN
Organisation de la recherche au sein du réseau COMERN
Quelques résultats de recherche clés du réseau :
Pour expliquer, les variations des teneurs en mercure des différents lacs canadiens les chercheurs du COMERN se sont penchés sur les différents facteurs qui influencent les teneurs en mercure dans les poissons. L’augmentation des apports en mercure par l’atmosphère ne peuvent seuls expliquer la dégradation de la qualité globale des écosystèmes, qui s’expriment par la quantité de mercure incorporée dans la chair des poissons. D’autres facteurs essentiellement représentés par des caractéristiques, morphologiques, physico-chimiques et biologiques des lacs et de leurs bassins versants semblent jouer un rôle important. Ainsi des critères aussi variés que l’utilisation du sol et le couvert végétal (forêt, mine, agriculture, exploitation forestière, coupe à blanc…) , l’intensité de pêche, la quantité de zones humides sur le bassin versant, le pH, les concentrations en carbone organique dissout influencent (positivement ou négativement) les concentrations en mercure des poissons des lacs canadiens. Ces résultats de recherche mettent en évidence l’importante d’agir non seulement vers un diminution des émissions de mercure dans l’atmosphère à l’échelle globale mais également de concentrer les efforts de gestion à l’échelle du bassin versant en menant une action locale complémentaire de l’action global.
Conclusion

La problématique du mercure dans l’environnement est complexe et doit se gérer à différentes échelles. En raison de sa capacité à traverser les frontières soit par transport atmosphérique à grande distance soit par l'importation et/ou l'exportation de produits, des mesures sont prises afin d'assurer la diminution des émissions anthropiques de mercure. La gestion de la problématique du mercure à l’échelle locale reste aussi très importante et doit être couplée à l’action internationale. Si l’on se réfère au modèle conceptuel de recherche proposé par le réseau COMERN plusieurs niveaux d’intervention sont envisageables : agir à la source en mettant en place des mesures pour diminuer les rejets de mercure dans l’environnement tout en menant des actions complémentaires à un niveau plus local tel que le recensement des populations à risques, la mise en place campagnes de sensibilisation et d’information pour réduire l’exposition des populations menacées … .

De nombreux pays dans le monde sont de plus en plus conscients des effets du mercure sur l'environnement et la santé humaine. Alors que dans la grande majorité des pays développés les émissions de mercure dans l’atmosphère ont tendance à diminuer en raison des nombreuses mesures prises à l’échelle internationale, l’envolée économique des pays asiatiques inquiète la communauté scientifique et les politiques. Des études scientifiques récentes (Zhang et al , 2006 ; Jaffe et al, 2005) alertent sur les hauts niveaux de contamination des écosystèmes asiatiques et montrent également l’importance des sources de Hg d’origine Asiatique dans l’atmosphère. Concernant les risques sur la santé de l’exposition au mercure, là aussi la prise de conscience varie significativement d’un pays à l’autre. Alors que de nombreux pays industrialisés comme Australie, le Canada, le Japon, les Etats Unis, les pays de l’Europe de l’Ouest ont pris des mesures pour tenter de limiter et prévenir l’exposition des populations au mercure, les pays en voie de développement n’en sont encore qu’à leur balbutiement. Pour encourager les pays à agir, se fixer des objectifs et à prendre des mesures concrètes, un programme d’action a été initié en 2003 par le Programme des Nations Unis pour l’Environnement (UNEP) . Ce programme vise à favoriser l’action aux niveaux national, régional et mondial en vue de réduire et éliminer les utilisations et les rejets de mercure pour limiter ses effets nocifs sur les personnes et l’environnement.