Recherche d'outils biologiques mesurant la performance environnementale des papetières pour leurs effluents en eaux douces au Canada

Cette thèse recherche des outils biologiques utilisables en laboratoire et dans le milieu en vue de mesurer la performance environnementale des usines de pâtes et papiers en eaux douces pour leurs effluents; à cette fin, elle fait des liens entre des effets observés et des technologies utilisées par les usines dans la fabrication de leurs produits et dans le traitement de leurs effluents. Les outils étudiés dans cette perspective impliquent deux espèces de poissons au laboratoire, trois espèces de poissons et une espèce d’invertébrés sentinelles dans le milieu et l’analyse de l’intégrité biotique de communautés de poissons. Nous avons commencé en explicitant que l’induction d’une oxydase à fonction mixte (OFM) hépatique est un bon biomarqueur d’exposition aux substances xénobiotiques des effluents chez la truite arc-en-ciel Oncorhynchus mykiss. En laboratoire, nous avons étudié la réponse de cette OFM comme outil de comparaison entre des effluents issus de différents procédés de fabrication de pâtes et papiers et de différents types de traitements. Nous avons aussi explicité que le traitement secondaire d’effluents de papetières diminue l’induction de cette OFM hépatique chez des truites-arc-ciel. Une investigation plus poussée a permis d’identifier deux substances de ces effluents qui induisent l’activité de l’OFM dans le foie de la truite arc-en-ciel, à savoir la juvabione et la déhydrojuvabione. Celles-ci sont deux composants naturels du bois de sapin baumier où ils protégent l’arbre contre des insectes nuisibles en agissant comme des analogues d’hormones d’insectes juvéniles. Nous avons ensuite cherché à compléter le biomarqueur OFM avec un second outil étudiant les effets des effluents de papetières sur des paramètres de la reproduction du cyprinidé dulcicole Pimephales promelas. Nous avons alors constaté que des effluents d’usines de pâtes et papiers pouvaient perturber des caractéristiques sexuelles chez des mâles et des femelles, affecter les niveaux de leurs hormones sexuelles stéroïdes et interrompre la production d’oeufs. Ils pouvaient aussi induire une production de vitellogénine chez des mâles, laquelle protéine n’est normalement produite que par les femelles au moment de la formation des œufs; ceci est une indication claire d’exposition à des substances féminisantes. Nous avons également montré que le traitement secondaire des effluents de papetières pouvait considérablement atténuer les effets précités sur la production d’œufs des poissons. Un suivi complémentaire nécessaire entre des examens en laboratoire et des études de terrain a ultérieurement orienté notre recherche vers une comparaison d’outils diagnostiques basés sur des espèces sentinelles et des communautés pour évaluer l’état biologique des poissons des milieux où sont rejetés des effluents d’usines de pâtes et papiers. L’étude a porté sur trois différents effluents de papetières qui sont déversés dans la rivière SaintFrançois au Québec. Pendant cette étude (1991–1998), deux des trois usines ont installé un système de traitement secondaire en 1995 et la troisième a raffiné ses procédés de traitement mis en place antérieurement. Quatre approches différentes ont été employées. Trois d’entre elles ont été faites avec le meunier noir Catostomus commersoni comme espèce sentinelle qu’on peut aussi considérer comme une espèce « parapluie »; les trois approches ont étudié des paramètres morphophysiologiques, un indice de santé des poissons et des paramètres biochimiques (OFM et hormones sexuelles stéroïdes). La quatrième approche a caractérisé la structure des communautés de poissons selon un indice d’intégrité biotique. L’analyse comparative des résultats a ciblé la possibilité que des modifications de procédés et des améliorations de traitement des effluents avaient eu un effet bénéfique sur les poissons. Les résultats morphométriques, l’indice de santé des poissons et les mesures biochimiques chez les espèces sentinelles n’ont pas révélées une amélioration de la performance environnementale des effluents des trois usines. Par contre, l’évaluation des communautés de poissons a indiqué que des effets liés aux effluents des trois usines ont considérablement diminué après l’installation et(ou) d’un traitement secondaire. Cette différence entre les réponses des trois premiers paramètres et la réponse des paramètres communautaires suggère que des composants des effluents de papetières en eaux douces entraînent des effets au niveau supérieur d’organisation biologique, tandis que d’autres composants occasionnent des effets au niveau inférieur d’organisation biologique. Une dernière approche in situ examine la croissance de la moule d’eau douce Elliptio complanata pendant 50 à 100 jours entre 1998 et 2000 aux mêmes sites que ceux des poissons sentinelles afin d’évaluer les effets des trois effluents de papetières sur des invertébrés dans la rivière SaintFrançois. Les résultats obtenus ont montré une eutrophisation progressive du haut vers le bas de la rivière qui se manifeste par l’augmentation du taux de croissance des moules, sauf en aval de la troisième papetière ou un effet inhibiteur a été constaté. Cet effet d’eutrophisation ne se manifeste pas chez les espèces de poissons sentinelles et dans l’indice d’intégrité des communautés de poissons. \nLes apports de cette thèse soulignent que le suivi de la réduction des effets des effluents de papetières chez les poissons d’eaux douces doit être assumé par une complémentarité de bioessais en laboratoire à court et moyen termes et d’études de monitoring in situ. Les bioessais en laboratoire peuvent documenter les effets des technologies industrielles et plus particulièrement celui du traitement secondaire sur des paramètres physiologiques et la capacité de reproduction chez des poissons dans des conditions contrôlées. Ils peuvent aussi servir à identifier des substances responsables et leurs sources. Les études in situ de monitoring des communautés ichthyologiques se sont avérées plus utiles pour détecter les changements de la qualité globale du milieu à la suite de l’installation et(ou) de l’amélioration d’un traitement secondaire des effluents; elles s’avèrent plus explicites que les examens des paramètres biochimiques et morphophysiogiques d’espèces sentinelles.

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