Des pollutions de source urbaine, industrielle et agricole affectent les organismes benthiques

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Seuils et critères de qualité chimique souvent dépassés 

Granulométrie et contenu en MO

Le pourcentage de sédiments fins ≤ 63 µm (fractions limoneuses et argileuses) variait de 49,5% (site I1) à 83,0% (site BN2). Dans le canal Stockalper, ce pourcentage variait entre 58,4% (STO6) et 80,9% (STO10). Les sédiments de tous les sites sont donc très fins, de texture loam limoneux, sauf ceux du site I1, de type loam sablonneux. Cette texture de sédiment, très arable peut être expliquée par la dominance des terres agricoles de cette région.
Le contenu en MO sur tous les sites est élevé, dépassant au moins le double de la valeur médiane suisse (tab. 1). Alors que le site BN3 présente le taux le plus faible de MO (4,8%) du jeu de données, le site BN2 présente le taux de MO le plus élevé (11%). La présence d’une arrivée d’eau du Rhône en amont du site BN3 pourrait expliquer le plus faible pourcentage de MO au site BN3 qu’au site BN2. Au niveau des sites BN2, BN4, STO5 et STO8-9-10, une origine anthropique explique probablement la teneur très élevée de MO, supérieure au 90e centile des données disponibles pour la Suisse (tab. 1). Un apport anthropique de MO semble certain au site BN4 (aval d’une STEP) au niveau duquel la teneur en MO est plus élevée qu’au site BN3 (amont de la STEP), alors que le pourcentage de sédiments fins est plus faible au site BN4 qu’au site BN3.

Métaux

L’évaluation de la qualité des sédiments selon les concentrations mesurées pour 8 métaux montre que les sites BN2-3-4 et STO5 sont les plus impactés, avec des concentrations pouvant excéder le double de la valeur seuil d’effet TEC pour le Cu, le Ni et le Zn (tab. 4; couleur orange, qualité médiocre). Pour les autres métaux, alors que les concentrations en Hg et Cd sont inférieures à la TEC pour 8 et 10 sites, respectivement, celles du Cr et du Pb correspondent à une qualité moyenne dans le canal du Bras-Neuf et au niveau du site STO5, et celles de l’As à une qualité moyenne sur 4 sites du canal Stockalper (STO6-8 et STO10). Enfin, les sites I1, STO7 et STO9 apparaissent les moins à risque avec trois ou quatre éléments classant le sédiment en qualité moyenne pour les métaux (tab. 4).
Les valeurs TEC n’ayant pas été entièrement validées pour une utilisation en Suisse, les résultats obtenus ont été comparés aux concentrations de fond dérivées récemment par Vivien et al. [7] pour la Suisse. Une contamination importante en Cu et Zn dans tous les sédiments des 3 canaux est observée. En effet, les concentrations sont jusqu’à 18 et 13 fois plus élevées que les concentrations de fond pour le Cu (5,12 mg/kg ps) et le Zn (20,2 mg/kg ps), respectivement. Comme discuté précédemment dans un rapport sur la contamination en métaux des sédiments en Suisse [30], pour le Ni, la valeur TEC semble un peu plus conservatrice que celle du Cu ou du Zn, par rapport aux concentrations de fond mesurées en Suisse. Ceci est illustré par exemple pour les sédiments du site STO5, pour lesquels la concentration en Ni, la plus élevée de l’étude, excède 4 fois la concentration de fond dérivé par Vivien et al. [7], contre 16 fois pour le Cu, pour une même classe de qualité médiocre. À l’inverse, alors que les concentrations en As ne dépassent la valeur TEC (qualité moyenne) que dans 4 sites sur 10, elles sont, pour tous les sites, supérieures à la concentration de fond (1,6 mg/kg ps [7]) (jusqu’à 7,5 fois supérieure au site STO8).
Concernant le Hg, les concentrations mesurées dans les sédiments des sites BN2 et STO6 à STO10 (entre 0,11 et 0,17 mg/kg ps) étaient proches du seuil TEC (0,18 mg/kg ps). MacDonald et al. [13] ont cependant montré que l’incidence de toxicité sur divers organismes benthiques à des concentrations de Hg inférieures à ce seuil TEC était de 65% (le taux le plus élevé parmi tous les métaux). Un risque écotoxique ne peut donc pas être écarté pour ces sites. La concentration de fond en Hg dans les sédiments des cours d’eau en Suisse a été récemment estimée à 0,009 mg/kg ps [7]. Les concentrations sur les 10 sites de la présente étude sont donc de 4 à 40 fois plus élevées que la concentration de fond, ce qui montre un niveau de contamination élevé du Hg de ces canaux. Si l’on ajoute cette concentration de fond à la concentration maximale admissible dérivée à partir de données de tests écotoxicologiques, un critère de qualité EQS_sed de 0,025 mg/kg ps (1% COT) a pu être dérivé par le Centre Ecotox [31, 32]. Avec ce critère de qualité normalisé par la teneur en COT de chaque site, les sites BN3, BN4 et STO6 ont des sédiments de qualité médiocre.

HAP

Concernant les HAP, si l’on considère les substances individuellement, les concentrations les plus élevées sont toujours observées dans les sédiments des sites BN2 (9 sur 10 HAP détectés dans au moins 1 site) et STO9 (3 sur 10 HAP détectés dans au moins 1 site) (non présentées). Aucun HAP ne dépasse cependant le critère de qualité individuel normalisé par la teneur en COT. En évaluant le mélange d’HAP selon le QR_HAP, les sites I1, STO7 et STO8 présentent une qualité bonne, les sites BN4, STO6 et STO10 une qualité moyenne et les sites BN2, BN3 et STO5 et STO9 une qualité médiocre (tab. 4). Les concentrations totales en HAP calculées dans ce projet sont supérieures à la concentration de fond estimée selon le 10^e centile des mesures de 24 sites entre 2015 et 2018 (0,075 mg/kg ps; Centre Ecotox, non publiée), mais n’excèdent pas la valeur maximale mesurée dans des petits cours d’eau en Suisse (9,6 mg/kg ps; Centre Ecotox, non publiée).

PCB

Concernant les PCB, les sites BN2 et BN4 présentent les plus fortes concentrations avec 4 et 5 congénères détectés, suivis de STO5, I1, BN3 et STO6 avec 2 ou 3 congénères détectés, respectivement (tab. 4). Le risque toxique est particulièrement élevé au site BN2, au niveau duquel 4 congénères classent les sédiments comme de qualité médiocre et le PCB 118, utilisé comme indicateur pour tous les congénères de type dioxine, est présent à une concentration supérieure à 10 fois le EQS_sed, ce qui classe les sédiments en mauvaise qualité. L’évaluation du risque indique que les autres sites, à l’exception des sites STO7 à STO10, dont le risque ne peut pas être évalué (PCB non détectés), sont également de qualité médiocre, avec 4 (BN4), 3 (STO5) ou 2 (I1, BN3 et STO6) congénères avec des QR ≥ 2 (couleur orange). Pour la somme des 6 PCB indicateurs (28, 52, 101, 138, 153 et 180), alors que les sites I1, BN3-4 et STO5-6 présentent des concentrations que l’on peut retrouver dans la Birse ou la Sarine [33], le site BN2 (21,4 µg/kg ps) présente une concentration dépassant la valeur maximale de notre base de données pour des petits cours d’eau (Centre Ecotox, non publiée). Concernant le PCB 118, la concentration mesurée au site BN2 est 1,6 fois plus forte que la concentration maximale mesurée dans les petits cours d’eau en Suisse en 2018 et 270 fois supérieure à la concentration de fond de 0,010 µg/kg ps estimée selon le 10e centile des mesures de 24 sites entre 2015 et 2018 (Centre Ecotox, non publiées), indiquant une pollution importante.

Inhibition importante de la croissance de l'ostracode H. incongruens 

Aucun effet sur la reproduction de C. elegans n’a été observé pour les 10 échantillons de sédiments (fig. 2). Les sédiments des sites BN2, BN3, STO5, STO7 et STO10 ont en revanche induit une diminution statistiquement significative de la croissance des nématodes au bout de 4 jours (ANOVA, p-value = 2,93 × 10–37, fig. 2). L’inhibition de la croissance n’a cependant pas dépassé le seuil toxique de 25% (inhibition maximale de 13% pour les sites BN2 et STO7) [21].
Chez H. incongruens, aucun échantillon n’a induit de mortalité significative (fig. 2). En revanche, sur tous les sites, une croissance significativement plus faible que celle du contrôle a été observée (fig. 2) mais seuls les sites BN4 (canal du Bras Neuf) et STO5 à STO10 (canal Stockalper) ont induit une inhibition de croissance supérieure à 35% (voir tab. 3). L’inhibition de croissance la plus forte a été observée aux sites STO7 à STO10 (de 63 à 66%), mais elle n’a cependant pas dépassé le second seuil critique de 70% (équivalent à QE = 2).
Les résultats de ces deux tests indiquent que les trois sites en amont sont de bonne qualité écotoxicologique (couleur verte) et les sédiments du site BN4 ainsi que tous les sédiments du canal Stockalper d’une qualité écotoxicologique moyenne (couleur jaune), selon le système de classification (tab. 2). Un risque d’effets indésirables sur les organismes épibenthiques sensibles dans cette section du canal a donc été observé.
Les quotients d’effet pour la croissance des ostracodes étaient significativement corrélés avec le risque associé aux concentrations d’As dans les sédiments (R² = 0,83, p-value = 0,003). Malgré cette corrélation significative, les QR_As varient de 0,3 à 1,2 et l’As n’est donc très probablement pas (seul) responsable de la toxicité chez H. incongruens. Pour C. elegans, même si le seuil d’effet sur la croissance (25%) n’a pas été atteint, des différences statistiquement significatives par rapport au contrôle ont été relevées sur les sites BN2, STO7 et STO10 (ANOVA, p-value < 0,01). Les quotients d’effet sur la croissance des nématodes ont montré une corrélation positive avec le QR_Zn (R² = 0,64, p-value = 0,044), mais aussi avec la moyenne des QR_métaux (R² = 0,68, p-value = 0,029). Une récente étude effectuée en laboratoire a montré que la sensibilité de C. elegans aux métaux et HAP mesurés dans l’eau était comparable à celle d’autres espèces de nématodes [20], justifiant ainsi l’utilisation de C. elegans comme organisme test indicateur d’effets toxiques potentiels pour un certain nombre d’espèces de nématodes. Cependant, dans notre étude, il n’y pas de concordance entre les résultats du test C. elegans et ceux de l’indice NemaSPEAR[%]genus.

Étude des communautés benthiques: Qualité biologique insatisfaisante 

Au total, 15 taxons d’oligochètes appartenant aux sous-familles Tubificinae (14 taxons) et Lumbriculidae (1 taxon) ont été trouvés. Les nombres de taxons obtenus par site sont globalement faibles, en particulier sur 8 sites (4–6 taxons) (tab. 5). Les peuplements d’oligochètes indiquent une mauvaise qualité sur les sites I1, BN2, BN3, STO5 et STO8 et médiocre sur les 5 autres sites (BN4, STO6, STO7, STO9 et STO10) (tab. 5). Sur tous les sites, seuls des taxons très résistants aux pollutions (tubificidés) ont été rencontrés (99–100%). La densité d’oligochètes est élevée sur tous les sites sauf I1. Elle est très élevée sur les sites BN2 à BN4 et STO7 à STO10 et donc une pollution par la matière organique est particulièrement suspectée sur ces sites.
Les communautés de nématodes sont également caractérisées par une diversité d’espèces/taxons assez faible. Seulement 14 à 23 espèces/taxons ont été rencontrés par site (tab. 5). En comparaison, 25 à 47 espèces/taxons par site sont généralement trouvés dans les rivières en Allemagne [23]. Les résultats de l’indice NemaSPEAR[%]genus montrent une qualité moyenne aux sites I1, BN3, STO5, STO6, STO9 et STO10, une qualité médiocre aux sites BN2, STO7 et STO8 et une qualité mauvaise au BN4 (tab. 8). De plus, l’indice a montré une qualité biologique nettement moins bonne en aval de la STEP de Collombey (BN4) par rapport à son amont (BN3).
Les résultats de l’indice IOBS peuvent être expliqués par l’effet des métaux. En effet, Vivien et al. [7] ont proposé pour chaque métal (Cr, Ni, Zn, Cu, Hg, Cd, Pb et As) des seuils spécifiques au-delà desquels des effets sur les peuplements d’oligochètes étaient possibles (TEL_oligo; Threshold Effect Level) et probables (PEL_oligo; Probable Effect Level) [7]. Les concentrations des métaux mesurés dans la présente étude sont presque toutes > PEL_oligo. Par exemple, le PEL_oligo du Hg (0,054 mg/kg ps) est largement dépassé sur tous les sites sauf I1. De plus, les auteurs ont proposé un seuil pour les métaux combinés mPEL_oligo-Quotient de 0,92, basé sur les valeurs PEL_oligo, au-delà duquel un effet sur les communautés d’oligochètes est probable. Les valeurs de ce quotient calculé à partir des concentrations de métal obtenues dans le présent travail sont supérieures à ce seuil sur tous les sites, puisqu’elles se situent entre 1,22 (site I1) et 2,76 (site BN4) (non présentées).
Concernant les communautés de nématodes, les concentrations de métaux, HAP et PCB obtenues sur tous les sites sont suffisantes pour induire un effet sur les communautés. En effet, Höss et al. [27] ont observé qu’au-delà d’un seuil mPEC-Q de 0,17 (PEC-Q = Probable Effect Concentration-Quotient) combinant les métaux, HAP et PCB, calculé en utilisant les valeurs SEL (Severe Effect Level, équivalent de PEC) de de Deckere et al. [34], un effet sur les communautés de nématodes était probable. Les valeurs mPEC-Q calculées pour les sites du présent travail se situent entre 0,18 et 0,31 (non présentées), et donc au-delà du seuil d’effet sur ces communautés.

BILAN ET PERSPECTIVES

Le bilan de la triade a été élaboré à l’aide de la construction d’un dendrogramme (fig. 3). Le premier site qui se distingue des autres est le site BN2. Ceci reflète son intense signature chimique, qui présente un risque écotoxique non discutable selon l’approche des quotients de risque, pour les métaux, HAP et PCB, et des indices biologiques médiocre et mauvais. De nombreux sites industriels (ancienne raffinerie Tamoil, industries chimiques Sygenta, Huntsman Advanced Materials, BASF) et de gestion des déchets et des eaux usées (Cimo, SATOM) sont à proximité de ce site (aires industrielles sur fig. 1). Ensuite, les sites BN4 et STO5, pour lesquels les tests écotoxicologiques et/ou les indices biologiques montrent des effets indéniables sur les organismes benthiques, se séparent dans 2 clusters uniques supplémentaires. Le site STO5 se situe en amont mais très proche de l’embouchure du canal du Bras-Neuf et en aval de la zone urbaine de Collombey-Muraz et est probablement impacté par des apports d’eaux pluviales chargées à certaines périodes par des métaux (Cu et Ni) et HAP. Une part importante de métaux, HAP et PCB sur ce site pourrait également être apportée par le canal du Bras-Neuf, et ainsi, comme le site BN4, le site STO5 serait impacté par la STEP de Collombey, en amont du site BN4. L’étude d’un site en amont du site STO5 sur le canal Stockalper permettrait de vérifier les hypothèses sur l’origine de la pollution des sédiments de ce canal. Les teneurs en matière organique dans les sites BN2, BN4 et STO5 sont en outre très élevées.
Seuls les échantillons I1, BN3 et STO6 (les plus faibles en MO et valeurs QR pour les métaux), ainsi que STO7, STO8, STO9 et STO10 (effets montrés – biotests et indices biologiques) forment 2 groupes d’échantillons. Pour le premier sous-cluster, le site I1 étant en amont des sites industriels susmentionnés et le site STO6 en aval de l’embouchure avec le canal Bras-Neuf, bénéficiant par rapport au site STO5 d’une dilution de la pollution par les eaux de ce canal, le regroupement de ces échantillons, séparément des autres, n’est pas surprenant. Le site BN3 se distingue surtout par une teneur modérée en MO (le plus faible du jeu de données).
En plus de la présence de stations d’épuration (Vionnaz en amont du site STO8 et Port-Valais au niveau du site STO10), les eaux de ruissellement des terres agricoles, pourraient être responsables de l’effet significatif sur la croissance observée chez les ostracodes au niveau des sites STO7-10, rangeant ces sites dans le deuxième sous-cluster. Le canal Stockalper est caractérisé par la présence de surfaces agricoles intensives (cultures céréalières et fourragères) et de pâturages (fig. 1). Dans une récente étude sur la qualité des sédiments de petits cours d’eau, l’ostracode H. incongruens s’est montré particulièrement sensible aux sédiments de ruisseaux dont les bassins versants étaient dominés par l’agriculture [2]. La différence entre STO6 et STO7 peut également s’expliquer par des apports d’eaux plus riches en nutriments en provenance de la pisciculture du Vionnaz. Le site STO9 se distingue cependant légèrement des 3 autres sites dans son sous-cluster, du fait du risque qu’il présente aussi pour le mélange des HAP. La contamination importante en HAP des sédiments de ce site pourrait être expliquée par la proximité du site avec une zone urbaine (Commune de Vouvry en amont) et le trafic routier (axe routier important à la Porte du Scex). Le rôle des HAP au site 9 ainsi que des substances non mesurées dans les autres sites est à explorer. Des analyses chimiques complémentaires, des tests de toxicité sur d’autres organismes (p. ex. amphipodes ou insectes), ou des études sur la biodisponibilité des polluants (p. ex. bioaccumulation) peuvent aider à mieux définir les causes des effets toxiques dans le canal Stockalper.
Pour résumer, cette étude a permis de décrire l’état chimique des sédiments des trois canaux et d’évaluer les effets des polluants mesurés sur la composition des communautés d’organismes inféodés aux sédiments et sur la croissance, reproduction et mortalité de deux organismes tests en contact direct avec les sédiments. Une qualité biologique insatisfaisante et/ou des effets sur la croissance de l’ostracode H. incongruens a été observée sur tous les sites. Ces résultats ont pu être expliqués par l’effet des substances chimiques mesurées et de la teneur importante en matière organique. Cette étude souligne par ailleurs l’intérêt de coupler différents outils de chimie, d’écotoxicologie et de biologie pour une meilleure évaluation de la qualité des écosystèmes.