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De nombreux produits chimiques différents sont considérés comme des polluants, allant des simples ions inorganiques aux molécules organiques complexes.
Les polluants de l'eau sont tous divisés en différentes classes. Chaque classe de polluants a ses propres manières spécifiques d'entrer dans l'environnement et ses propres dangers spécifiques. Toutes les classes contiennent des polluants majeurs qui sont connus de nombreuses personnes, en raison des divers effets sur la santé.
Polluants organiques
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Les composés organiques sont des composés constitués de liaisons longues, généralement constituées de carbone. De nombreux composés organiques sont les tissus de base des organismes vivants. Les molécules constituées de carbone et de carbone et d'hydrogène sont non polaires et ont peu ou pas de solubilité dans l'eau. Ils ont peu ou pas de charge électrique.
Le comportement des composés organiques dépend de leur structure moléculaire, de leur taille et de leur forme et de la présence de groupes fonctionnels qui sont des déterminants importants de la toxicité.
Il est important de connaître la structure des composés organiques, afin de prédire leur devenir dans les organismes vivants et l'environnement. Les composés organiques dangereux pour l'environnement sont tous d'origine humaine et n'ont existé qu'au cours du siècle dernier. hydrogen sont non polaires et ont peu ou pas de solubilité dans l'eau. Ils ont peu ou pas de charge électrique.
Le comportement des composés organiques dépend de leur structure moléculaire, de leur taille et de leur forme et de la présence de groupes fonctionnels qui sont des déterminants importants de la toxicité.
Il est important de connaître la structure des composés organiques, afin de prédire leur devenir dans les organismes vivants et l'environnement. Les composés organiques dangereux pour l'environnement sont tous d'origine humaine et n'ont existé qu'au cours du siècle dernier.
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Organic pollutant: oil
(environmental disaster in Spain)
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Hydrocarbures. Ce sont des liaisons carbone-hydrogène. Ils peuvent être divisés en deux classes, la première étant les alcanes à liaison simple, les alcènes à double liaison et les alcynes à triple liaison (gaz ou liquides) et la seconde les hydrocarbures aromatiques, qui contiennent des structures cycliques (liquides ou solides). Les hydrocarbures aromatiques tels que les HAP sont beaucoup plus réactifs que n'importe lequel des types d'hydrocarbures de première classe.
- Les PCB sont des fluides stables et non réactifs qui sont utilisés comme fluides hydrauliques, fluides de refroidissement/d'isolation dans les transformateurs et plastifiants dans les peintures. Il existe de nombreux PCB différents. Aucun d'entre eux n'est soluble dans l'eau. Dans de nombreux pays, les PCB sont limités.
- Les insecticides tels que les DDT sont très dangereux car ils s'accumulent dans les tissus adipeux des animaux inférieurs et pénètrent ensuite dans la chaîne alimentaire. Ils ont été restreints pendant des décennies.
Détergents. Ceux-ci peuvent être à la fois polaires et non polaires.
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Engrais inorganiques
Certains polluants inorganiques ne sont pas particulièrement toxiques, mais constituent toujours un danger pour l'environnement car ils sont largement utilisés. Il s'agit notamment des engrais, tels que nitrates et phosphates. Certains polluants inorganiques ne sont pas particulièrement toxiques, mais constituent toujours un danger pour l'environnement car ils sont largement utilisés. Il s'agit notamment des engrais, tels que les nitrates et les phosphates qui provoquent des proliférations d'algues dans les eaux de surface, ce qui provoque la oxygen niveau de l'eau à baisser. Cela provoque une privation d'oxygène en raison de l'absorption d'oxygène par des micro-organismes qui détruisent les algues. C'est ce qu'on appelle l'eutrophisation.
Métaux
La première classe à laquelle nous ferons référence ici est celle des métaux. Les métaux sont de bons conducteurs d'électricité et entrent généralement dans les réactions chimiques sous forme d'ions positifs, appelés cations. Les métaux sont des substances naturelles résultant de l'altération des corps minéralisés, où ils se sont déposés lors de l'action volcanique. Ils peuvent être déplacés dans des situations où ils peuvent causer de graves dommages environnementaux. Des exemples de métaux sont : lead, zinc, manganese, calcium et potassium. On les trouve dans les eaux de surface sous leurs formes ioniques stables. Les métaux non naturels peuvent être très dangereux, car ils proviennent souvent de réactions nucléaires artificielles et peuvent être fortement radioactifs.
Les métaux peuvent réagir aux produits dangereux avec d'autres ions. Ils sont souvent impliqués dans des réactions de transfert d'électrons impliquant l'oxygène. Cela peut conduire à la formation de radicaux oxytoxiques.
Les métaux peuvent former des métalloïdes puis se lier à des composés organiques pour former des substances lipophiles qui sont souvent très toxiques et peuvent être stockées dans la graisse des animaux et des humains. Les métaux peuvent également se lier aux macromolécules cellulaires du corps humain.
Les métaux lourds sont les métaux les plus dangereux. Ils ont une densité supérieure à 5 et sont donc appelés lourds.
Les métaux ne peuvent pas être décomposés en composants moins nocifs, car ils ne sont pas biodégradables. La seule chance que les organismes ont contre les métaux est de les stocker dans les tissus corporels où ils ne peuvent faire aucun mal.
Les organismes ont besoin de métaux, car ils sont essentiels à leur santé et sont généralement des composants essentiels des enzymes.
Isotopes radioactifs
Les demi-vies et les modes de désintégration des isotopes radioactifs déterminent leur dangerosité pour l'homme. Les humains créent tous les isotopes radioactifs dans l'industrie nucléaire. Il y a encore des débats sur la question de savoir si les avantages de l'énergie nucléaire dépassent les dangers des rayonnements radioactifs. Lorsqu'un atome d'une substance radioactive se désintègre, il peut produire quatre types de particules : alpha, bêta, gamma et neutrons.
Les particules alpha ne peuvent parcourir qu'une courte distance à travers l'air et les tissus humains, mais elles peuvent être très dommageables si elles entrent en collision avec les cellules en raison de leur masse importante. Ils sont chargés positivement.
Les particules bêta sont plus pénétrantes, mais elles font beaucoup moins de dégâts que les particules alpha. Ils sont chargés négativement.
Les rayons gamma sont très pénétrants. Leurs dégâts sont similaires à ceux des rayons bêta.
Les neutrons sont libérés par rayonnement et réagissent avec d'autres éléments par collision. Ils sont à la base de la fission nucléaire dans un réacteur.
La radioactivité d'une substance est mesurée en bequerels, mais cela n'exprime pas la quantité de dommages tissulaires causés par le rayonnement. C'est pourquoi la quantité de rayonnement provoquant 1 kg de tissu pour absorber 1 joule d'énergie est maintenant exprimée en grays. Différents types de rayonnement peuvent causer différents types de dommages, car l'énergie est transmise aux tissus de différentes manières. Ceci est exprimé en sieverts. Une quantité de rayonnement alpha peut faire vingt fois plus de dégâts que la même quantité de rayonnement bêta. Les matières radioactives doivent être stockées pendant différentes périodes de temps, afin d'effacer le danger. La durée de conservation dépend de la demi-vie des isotopes ; le temps mis par la moitié des atomes d'un isotope radioactif pour se désintégrer.
Les rejets d'eaux usées représentent une importante source mondiale de pollution. Les déchets domestiques et industriels sont rejetés dans les eaux de surface par les systèmes d'égouts. Dans certains cas, les déchets industriels sont rejetés directement dans les eaux de surface. La qualité des eaux usées qui pénètrent dans les eaux de surface dépend des polluants présents dans les eaux usées et de la mesure dans laquelle elles sont traitées avant d'être mises en contact avec les eaux de surface.
Les eaux usées domestiques se composent principalement de papier, de savon, d'urine, d'excréments et de détergents. Les déchets industriels sont variés et dépendent des processus spécifiques des plantes dont ils sont issus.
Les métaux lourds sont associés aux opérations d'extraction et de fusion, les chlorophénols et les fongicides aux usines de pâte à papier, les insecticides aux usines antimites, plusieurs produits chimiques organiques différents à l'industrie chimique et les substances radioactives aux centrales nucléaires.
Sur terre, les rejets de déchets industriels sont étroitement contrôlés, mais l'extraction de pétrole et de manganèse en mer entraîne des rejets directs de polluants dans les mers. Les déchets radioactifs sont déversés dans la mer dans de grands barils en béton pour se décomposer, mais souvent les barils commencent à avoir des défauts après un certain temps. Les représentants des usines expédient souvent des déchets en mer pour les déverser illégalement, car il est très coûteux de faire purifier leur eau.
Le pétrole est rejeté dans la mer par les pétroliers et les épaves et des pesticides sont appliqués sur l'eau pour lutter contre les parasites aquatiques. Les peintures sur les bateaux se décomposeront lors de longs voyages sur l'océan et finiront par se retrouver dans l'eau.
Pendant la période de croissance des cultures, les nitrates et les phosphates sont absorbés par les plantes, mais lorsque les plantes meurent, ils sont libérés de la matière végétale morte dans le sol et se retrouvent souvent dans les eaux de surface.
À l'exception des causes délibérées de pollution des eaux de surface, les polluants peuvent également pénétrer accidentellement dans l'environnement aquatique, par exemple par le biais de dépôts atmosphériques. Les pesticides peuvent ainsi pénétrer facilement dans les eaux de surface, car ils sont appliqués sous forme de gouttelettes ou de pulvérisations. Les polluants présents sur terre peuvent pénétrer dans les eaux de surface par de fortes précipitations ou s'infiltrer dans le sol et pénétrer dans les eaux de surface par les eaux souterraines.
Les effets des polluants sont observés principalement dans les petites mers intérieures et les lacs. En effet, les océans disposent d'un système de dilution naturel des polluants entrants, alors que les lacs n'ont pas d'exutoire effectif. Pour cette raison, beaucoup dépend du taux de dégradation et des précipitations qui élimineront les polluants de l'eau.
Les polluants peuvent exister dans l'eau dans différents états. Ils peuvent être dissous ou en suspension, ce qui signifie qu'ils existent sous forme de gouttelettes ou de particules. Les polluants peuvent également être dissous dans des gouttelettes ou absorbés par des particules. Tous les états de polluants peuvent parcourir de grandes distances dans l'eau de différentes manières.
Les particules peuvent tomber au fond des cours d'eau et des lacs ou remonter à la surface, selon leur densité. Cela signifie qu'il reste la plupart du temps au même endroit lorsque l'eau ne coule pas très vite. Dans les rivières, les polluants parcourent généralement de grandes distances. La distance qu'ils parcourent dépend de la stabilité et de l'état physique du polluant et de la vitesse d'écoulement de la rivière. Les polluants peuvent se déplacer le plus loin lorsqu'ils sont en solution dans une rivière à débit rapide. Les concentrations sur un site sont alors généralement faibles, mais le polluant peut être détecté sur beaucoup plus de sites que lorsqu'il n'aurait pas été aussi facilement transporté.
Dans les lacs et les océans, les polluants sont transportés par les courants. Il existe de nombreux courants dans les océans, qui sont entraînés par le vent. Cela permet à un polluant de voyager d'un continent à l'autre.
Nous comptons généralement sur la capacité des océans à réduire la concentration des polluants, ce qu'on appelle la « capacité d'auto-nettoyage » des océans. Mais cela ne fonctionne pas toujours, car le mouvement des courants dans les océans n'est pas uniforme. Cela fait que les eaux côtières ont souvent des niveaux de pollution nettement plus élevés que la mer ouverte.
Lorsque des polluants persistants s'accumulent dans les poissons ou les oiseaux marins, ils peuvent non seulement devenir un danger toxique pour les chaînes alimentaires aquatiques, mais ils peuvent également parcourir de grandes distances au sein de ces animaux et se retrouver dans les chaînes alimentaires des zones non polluées.
Les processus physiques déterminent le mouvement des produits chimiques dans l'eau; le mouvement dépend des propriétés des produits chimiques eux-mêmes et des propriétés de l'eau. Ces processus seront présentés ici.
L'eau est un liquide polaire. Cela signifie que l'atome d'oxygène dans une molécule d'eau attire les électrons des atomes d'hydrogène, de sorte que ceux-ci développent des charges positives partielles. L'atome d'oxygène reçoit une charge négative partielle, à travers laquelle il peut attirer des atomes d'autres molécules d'eau pour former des liaisons hydrogène. Dans les composés non polaires, tels que les hydrocarbures, il n'y a pratiquement pas de séparation de charge et par conséquent ils ne se dissolvent pas dans l'eau.
L'eau a tendance à former des agrégats dans lesquels quatre autres molécules entourent chaque molécule d'eau. Les cations et les anions ont une affinité pour les parties de l'eau qui portent une charge opposée, de sorte que les agrégats d'eau sont rompus et les ions se dissolvent. De nombreux sels organiques et composés organiques polaires sont solubles dans l'eau, mais les liquides organiques non polaires ne le sont pas.
De cela, nous pouvons conclure que les molécules capables de séparer les charges peuvent facilement se dissoudre dans l'eau, alors que les molécules qui n'ont pas de charges ne sont pas très solubles dans l'eau.
Une conséquence de la polarité est l'effet hydrophobe. Dans le processus de formation d'agrégats avec des molécules chargées, l'eau exclut activement les substances non polaires. Cela conduit à la formation de bicouches phospholipidiques, qui contribuent au mouvement des polluants hydrophobes à travers les membranes.
Le niveau d'hydrophobie est déterminé par le coefficient de partage eau/octanol. La concentration d'un composé dans l'octanol est divisée par la concentration dans l'eau. Plus le nombre qui résulte de ce calcul est élevé, plus le composé en question est hydrophobe.
La présence d'un composé dans l'eau est également déterminée par sa pression de vapeur. La pression de vapeur désigne la tendance d'un liquide ou d'un solide à se volatiliser. La pression de vapeur augmente lorsque les températures augmentent, car les molécules de surface augmentent en énergie cinétique. Ensuite, plus de molécules dans une solution aqueuse ont tendance à se vaporiser, ce qui signifie qu'elles ne sont plus en solution.
La répartition du produit chimique entre les différents compartiments environnementaux de l'air, de l'eau et du sol est un autre facteur important. La tendance à s'échapper ou la « fugacité » d'une substance détermine le mouvement d'un compartiment à un autre.
La stabilité moléculaire est un facteur qui détermine le temps qu'un produit chimique reste dans l'environnement et les distances qu'il peut parcourir. Dans l'environnement, les processus chimiques et biochimiques, tels que les hydrolyses et l'oxydation, décomposent les produits chimiques. La décomposition n'est pas seulement déterminée par la stabilité du produit chimique, mais aussi par les facteurs environnementaux température, niveau de rayonnement solaire, pH et nature de la surface absorbante. Par exemple, le pH de l'eau détermine la solubilité dans l'eau des métaux. Parfois, la biotransformation d'un composé dans l'environnement pendant la décomposition n'est pas très positive, car elle peut entraîner une toxicité accrue d'un produit chimique.
Lorsque la pollution pénètre dans le corps d'un organisme, elle provoque une variété de changements. Ces changements peuvent servir ou non à protéger l'organisme contre les effets nocifs.
La première réponse d'un organisme aux polluants est de mettre en action un mécanisme de protection. Dans la plupart des cas, ces mécanismes maintiennent la détoxification des polluants, mais dans certains cas, ils produisent des substances actives qui peuvent causer plus de dommages à la cellule que le polluant d'origine.
Une autre réponse consiste à réduire la disponibilité des polluants en les liant à une autre molécule, pour les excréter ou les stocker.
En plus des mécanismes de protection, un organisme peut également mettre en œuvre un mécanisme qui répare les dommages causés par les polluants.
Répond à la toxicité et l'absorption de polluants dépend non seulement du polluant qui pénètre dans le corps de l'organisme, mais également du type d'organisme en question.
Les polluants de l'eau peuvent avoir de nombreux effets différents sur les organismes, toujours en fonction du polluant et de l'organisme en question. Ici, les effets généraux qu'un polluant peut avoir sont discutés.
Génotoxicité
De nombreux composés qui pénètrent dans le corps d'un organisme sont connus pour endommager l'ADN. Ces composés sont appelés génotoxines, en raison de leur effet génotoxique.
Habituellement, lorsque les polluants endommagent l'ADN, un système de réparation naturel dans un organisme le ramènera à son état habituel, mais lorsque cela se passe mal pour une raison particulière, les cellules dont l'ADN est endommagé peuvent se diviser. Des cellules mutantes sont alors produites et le défaut peut se propager, provoquant chez la progéniture de l'organisme en question de graves défauts souvent très dommageables pour leur santé.
Des exemples de génotoxines sont les HAP, l'aflatoxine et le chlorure de vinyle.
Dans toutes ces génotoxines, ce n'est pas le composé d'origine qui réagit avec l'ADN, car celui-ci est relativement stable. Les produits à courte durée de vie hautement réactifs produits à partir du composé d'origine par des enzymes provoquent généralement les réactions.
Cancérogénicité
Plusieurs polluants sont cancérigènes, ce qui signifie qu'ils peuvent induire des cancers dans le corps des humains et des animaux. Les polluants cancérigènes sont des polluants qui jouent un rôle dans une ou plusieurs des étapes du développement du cancer dans un organisme.
Les polluants peuvent être des inducteurs ; cela signifie qu'ils introduisent des propriétés cancérigènes dans les cellules d'un organisme. Ils peuvent également être des promoteurs, ce qui signifie qu'ils favorisent la croissance de cellules ayant des propriétés cancérigènes. Enfin, ils peuvent être des progresseurs, ce qui signifie qu'ils stimulent la division et la propagation effrénées des cellules cancéreuses. Lorsqu'une de ces substances est absente, le cancer ne peut pas être induit.
Lorsque les cellules cancéreuses sont malignes, elles peuvent se propager rapidement dans le corps humain, causant des défauts aux cellules saines et aux mécanismes immunitaires. Ils détruiront les cellules normales du corps et causeront le cancer des organes et des systèmes.
Neurotoxicité
Le système nerveux des organismes est très sensible aux effets toxiques des produits chimiques, à la fois naturels et artificiels. Les produits chimiques qui provoquent des effets neurologiques sont appelés neurotoxines. Les insecticides sont des exemples de neurotoxines dangereuses.
Les neurotoxines perturbent toutes d'une manière ou d'une autre la transmission normale des impulsions le long des nerfs ou à travers les synapses.
Les conséquences de la neurotoxicité sont variées. Il peut s'agir de tremblements et de convulsions musculaires non coordonnés, d'un dysfonctionnement des nerfs et des transmissions, d'étourdissements et de dépression, voire d'un dysfonctionnement total de parties du corps. La neurotoxicité peut être si grave que les synapses sont bloquées. Le bloc synaptique provoque la mort à la suite d'une paralysie des muscles du diaphragme et d'une insuffisance respiratoire.
Perturbation du transfert d'énergie
La transformation de l'énergie dans les organismes se fait par les systèmes de mitochondries dans les cellules. Sur la mitochondrie, des molécules d'ATP sont produites, qui transfèrent de l'énergie à travers le corps d'un organisme. Lorsque la production d'ATP est perturbée, le transfert d'énergie cesse. Cela rendra un organisme fatigué et sans vie et incapable de fonctionner normalement.
Échec de la reproduction
Les polluants qui provoquent un échec de la reproduction en raison de dommages aux organes reproducteurs sont appelés perturbateurs endocriniens. Un polluant peut agir de plusieurs manières comme perturbateur endocrinien.
Le premier est un produit chimique œstrogénique. Il s'agit d'un produit chimique qui peut imiter un œstrogène en se liant au récepteur des œstrogènes. Cela entraîne l'induction de processus œstrogéniques, provoquant un échec de la reproduction d'un organisme en raison d'une perturbation du système reproducteur.
Un produit chimique oestrogénique peut également bloquer les effets des oestrogènes endogènes en se liant au récepteur oestrogénique. Cela provoque la masculinisation des organismes femelles.
Il est également possible que des produits chimiques reproducteurs femelles se trouvent dans les organismes mâles. Cela provoque des hermaphrodites. L'imposex a été largement rapporté dans les organismes marins, par exemple avec les bulots de chien par le tributylétain.
Une autre série de problèmes survient lorsque des produits chimiques bloquent les sites récepteurs hormonaux. Dans ce cas, l'action normale de l'hormone est inhibée, car elle ne peut pas réagir avec le récepteur. Cela peut provoquer l'infertilité lorsqu'elle se produit sur une longue période de temps.
Effets comportementaux
Tous les comportements sont vulnérables à l'altération par les polluants. Les niveaux de recherche de nourriture peuvent s'épuiser, entraînant une réduction de la production. La vulnérabilité aux prédateurs peut augmenter, en raison d'un épuisement de la vigilance. Ainsi, les effets des polluants sur le comportement entraînent une baisse de la production et des taux de mortalité plus élevés.
Un résultat courant de la pollution est une perte d'appétit et donc une diminution de l'absorption de nourriture. La recherche de proies peut également être affectée, en raison des effets des polluants sur l'apprentissage, la stratégie de recherche et les systèmes sensoriels.
Ces effets comportementaux réduisent les chances de survie des organismes, principalement des animaux.
Une propriété des polluants qu'il faut toujours garder à l'esprit est leur possibilité d'interagir les uns avec les autres. Les réactions chimiques qui provoquent la combinaison des polluants peuvent réduire leur effet chimique global, mais peuvent également l'augmenter, rendant un polluant encore plus dangereux pour les organismes.
La toxicité des produits chimiques dans l'eau peut être testée avec des animaux aquatiques comme indicateurs. Les tests de toxicité sur les animaux aquatiques portent principalement sur l'absorption directe à partir de l'eau. Les produits chimiques peuvent être en solution, en suspension ou les deux.
Pour déterminer les valeurs des concentrations létales, les organismes sont exposés à différentes concentrations. Lorsqu'un effet se produit, l'effet-concentration du produit chimique est noté. Lorsque l'animal d'essai meurt, la concentration létale est notée. De cette façon, la toxicité d'un produit chimique est déterminée en laboratoire. Lorsque de nombreux animaux d'essai meurent à de faibles concentrations d'un produit chimique, cela signifie que le produit chimique en question est très toxique. Lorsque nous savons à quel point un produit chimique est toxique, nous connaissons également les effets de ce produit chimique lorsqu'une certaine concentration est présente à un endroit.
La toxicité d'un produit chimique pour certains organismes aquatiques dépend de la concentration actuelle du produit chimique et du temps d'exposition au produit chimique. Le temps d'exposition à un produit chimique au cours d'un essai de toxicité dépend des animaux d'essai qui sont utilisés. Les daphnies sont souvent utilisées pour certains tests de toxicité. Ces tests ne prennent généralement que 24 à 48 heures. En revanche, les tests de toxicité sur les poissons prennent plus de temps, généralement de quatre jours à une semaine.
Les données de ces tests de toxicité chimique montrent non seulement à quel point un certain produit chimique est toxique, elles donnent également une indication de la toxicité d'un produit chimique par rapport à d'autres produits chimiques. Tous les tests de toxicité ne fonctionnent pas jusqu'à des limites mortelles ; parfois, un changement de comportement d'un animal aquatique est l'indicateur de la toxicité d'un certain produit chimique.
Les tests de toxicité sont influencés à la fois par les propriétés du produit chimique et par les propriétés de l'organisme d'essai. La disponibilité du produit chimique pour l'organisme d'essai est toujours un facteur important, car la toxicité d'un produit chimique diminue lorsqu'il n'est pas facilement disponible pour un organisme d'essai.
Les laboratoires peuvent également effectuer des tests de toxicité pour les produits chimiques présents dans les sédiments d'eau de nos jours.
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Un système de test de toxicité pour les poissons
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ions toxiques danger de l'eau d'irrigation
Pour la terminologie de l'eau, consultez notre Water Glossary ou retourner à water FAQ overview
Pour les tests de toxicité et les réponses de toxicité de la vie aquatique, consultez toxicity to aquatic organisms
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