Deuxième évaluation nationale des données d’études de suivi des effets sur l’environnement des mines de métaux : chapitre 6

6.0 Étude des communautés d’invertébrés benthiques

• 6.1 Traitement des données et méthodologie
• 6.2 Résumé de la taille des effets mesurés
• 6.3 Profils de réponse - Moyennes nationales
• 6.4 Profils de réponse - Autres méta-analyses
• 6.5 Influence du débit des effluents

Le troisième volet du Programme d’ESEE est l’étude des communautés d’invertébrés benthiques, qui évalue les impacts des effluents des mines de métaux sur l’habitat des poissons. L’étude des invertébrés benthiques apporte de l’information sur les ressources alimentaires aquatiques à la disposition des poissons et sur le degré de dégradation de l’habitat dû à la contamination physique et chimique. Les quatre critères qui servent à évaluer les changements dans les communautés d’invertébrés benthiques sont la densité totale, la richesse taxonomique (nombre de taxons), l’indice de régularité de Simpson et l’indice de dissimilarité de Bray-Curtis. Dans cette évaluation nationale, les taxons ont été analysés au niveau de la famille (ou à un niveau supérieur, pour les quelques taxons signalés seulement à des niveaux taxonomiques plus élevés). Consulter Bowman et Bailey (1997), Bailey et al.(2001), Lenat et Resh (2001) et Culp et al.(2003) pour des analyses plus approfondies sur le niveau de résolution taxonomique.

6.1 Traitement des données et méthodologie

Soixante-dix-huit mines ont réalisé une étude des communautés d’invertébrés benthiques, pour un total de 77 études (une étude a été réalisée conjointement par deux mines) au cours de la deuxième période d’évaluation nationale. Soixante-six études ont fourni suffisamment de données sous forme électronique pour les inclure dans l’évaluation nationale (tableau 4). Sur ces 66 études, 59 suivaient un plan contrôle-impact, et sept observaient un plan contrôle-impact multiple. Comme il est précisé à la section 3.1, les 66 études ont eu recours à un regroupement des stations d’échantillonnage, de sorte qu’il a été possible de procéder aux comparaisons entre la zone de référence et la zone fortement exposée à l’effluent (l’objet de la présente évaluation nationale) par analyse de variance. Trois mines ont effectué une étude conjointe à l’aide de l’approche des conditions de référence, une mine a eu recours à des substrats artificiels, et une autre a réalisé une étude faisant appel à un plan par gradient; ces études ont été exclues des analyses sommaires en raison des différences qu’elles comportent sur le plan des critères.

^a Ce nombre comprend une étude menée conjointement par deux mines.

^b Les données soumises pour ces études ont été analysées à l’aide des comparaisons entre la zone de référence et la zone fortement exposée par analyse de variance dans l’évaluation nationale.

^c Ces études ont été menées conjointement par trois mines, et les données ont été fournies séparément pour chaque mine.

6.2 Résumé de la taille des effets mesurés

La figure 12 présente les distributions et les plages des différences mesurées (en pourcentage) entre les zones exposées et les zones de référence pour la densité, la richesse taxonomique, l’indice de dissimilarité de Bray-Curtis et l’indice de régularité de Simpson. Les différences mesurées sont ici les différences entre les moyennes pour les zones exposées et les zones de référence, exprimées en pourcentage de la moyenne pour les zones de référence. Comme il a été fait pour les poissons, afin de faciliter les comparaisons des mines en phase 2 au cours de la deuxième période d’évaluation nationale avec les mines en phase 1 au cours de la première période (c.-à-d. les mêmes mines pour les deux périodes), les résultats des mines en phase 1 et en phase 2 au cours de la deuxième période d’évaluation nationale sont indiqués séparément.

Figure 12a. Distribution des différences mesurées (en pourcentage) entre la densité des communautés d’invertébrés benthiques dans les zones exposées et leur densité dans les zones de référence

Figure 12b. Distribution des différences mesurées (en pourcentage) entre la richesse taxonomique des communautés d’invertébrés benthiques dans les zones exposées et leur richesse taxonomique dans les zones de référence

Figure 12c. Distribution des différences mesurées (en pourcentage) de l’indice de Bray-Curtis appliqué aux communautés d’invertébrés benthiques dans les zones exposées et dans les zones de référence

Figure 12d. Distribution des différences mesurées (en pourcentage) de l’indice de régularité appliqué aux communautés d’invertébrés benthiques dans les zones exposées et dans les zones de référence

Dans les deux évaluations nationales, la densité est habituellement le critère qui présente la plus grande plage d’effets mesurés (Lowell et al., 2003, 2005) ainsi que la plage la plus extrême (de -99 % à 1070 % au cours de la première période d’évaluation nationale et de -99 % à 5484 % pour les mines en phase 2 au cours de la deuxième période d’évaluation; figure 12a). Les effets sur la richesse taxonomique variaient entre -85 % et 125 % au cours de la première période d’évaluation nationale et entre -92 % et 163 % pour les mines en phase 2 au cours de la deuxième période d’évaluation nationale. En ce qui concerne l’indice de Bray-Curtis, la majeure partie des mines se trouvaient dans la plage de 0 % à 400 %. Quant à l’indice de régularité de Simpson, la plupart des mines se sont trouvées dans la plage de -60 % à 60 %. Il est à noter que, en raison de la méthode de calcul employée, les effets mesurés sur l’indice de Bray-Curtis se présentent généralement sous forme de valeurs positives. Les quelques valeurs négatives associées à ce paramètre résultent de distributions inhabituelles des données.

Mises à part les indications à la section 6.3, des distributions semblables des effets ont été observées pour les trois catégories de mines de la figure 12. Pour les mines en phase 1 au cours de la deuxième période d’évaluation nationale (mines nouvellement réglementées), le profil de la richesse taxonomique s’est trouvé davantage sur la droite. En raison de la petite taille de l’échantillon, cependant, il est probablement trop tôt pour déterminer si cette tendance apparente est probante.

La figure 13 indique le nombre de mines qui ont mesuré des différences statistiquement significatives (un effet) ou non significatives dans les moyennes pour chacun des quatre critères. Les mines qui ont eu un effet sont divisées en deux groupes : celles dont l’effet était inférieur au seuil critique d’effet (SCE) de ± 2 écarts-types (± 2 ET) par rapport à la moyenne de référence, et celles dont l’effet était égal ou supérieur au SCE de ± 2 ET. Des tendances similaires en matière de résultats ont été observées entre la première et la deuxième évaluation nationale, dans lesquelles l’indice de Bray-Curtis était le plus sensible des quatre critères liés aux invertébrés benthiques (Lowell et al., 2003, 2005; Tessier et al., 2009) et présentait, le plus souvent, des effets égaux ou supérieurs au SCE. Par comparaison, un plus grand nombre de mines n’ont mesuré aucune différence significative pour les trois autres critères au cours des deux évaluations. En ce qui concerne la densité, la richesse taxonomique et l’indice de régularité, un pourcentage semblable de mines ont mesuré des différences statistiquement non significatives. Plus particulièrement, 60 % des mines de la première évaluation nationale et 63 % de la deuxième ont mesuré des différences non significatives en matière de densité. Par ailleurs, les pourcentages de différences non significatives pour la richesse taxonomique ont été de 58 % dans la première évaluation nationale et de 63 % dans la deuxième. Pour l’indice de régularité, ils ont été respectivement de 77 % et de 74 %.

Figure 13. Nombre de mines métaux présentant des différences significatives et non significatives au cours de la première et de la deuxième (phases 1 et 2) période d’évaluation nationale pour les critères relatifs aux communautés d’invertébrés benthiques . (EN - évaluation nationale)

6.3 Profils de réponse - Moyennes nationales

À l’échelle nationale, au cours de la première période d’évaluation nationale, on a noté chez les invertébrés benthiques des changements significatifs dans les zones exposées aux effluents pour les quatre critères mesurés (figure 14). En moyenne, la densité et la richesse taxonomique étaient réduites dans les zones exposées par rapport aux zones de référence, ce qui signale des effets inhibiteurs généralisés chez les invertébrés benthiques exposés aux effluents. Comme c’est le cas pour la moyenne générale des réponses observées chez les poissons, ces effets inhibiteurs peuvent avoir des causes diverses, dont la toxicité directe ou l’altération de l’habitat (Lowell et al.,1995, 2000, 2003). Du fait de son mode de calcul, l’indice de Bray-Curtis mesure les effets sous forme de valeurs positives. On sait que cet indice est le plus sensible des quatre critères mesurés ici (Lowell et al., 2003; voir aussi la figure 13), et il a montré des différences significatives dans la structure des communautés dans les zones exposées aux effluents. L’indice de régularité de Simpson a également fait ressortir des changements significatifs dans la structure des communautés d’invertébrés benthiques exposées aux effluents.

Figure 14. Moyenne nationale des effets des mines de métaux sur les invertébrés benthiques  dans les études de phase 1 (P1) effectuées au cours de la première période d’évaluation nationale et dans les études de phase 2 (P2) effectuées au cours de la deuxième période d’évaluation nationale. Les barres d’erreur représentent les intervalles de confiance à 95 %. Nombre de mines : (P1 = 57, P2 = 50). (EN - évaluation nationale)

La comparaison des résultats montre une réduction significative soutenue de la richesse taxonomique dans les deux périodes d’évaluation nationale, et une augmentation de la densité et de l’indice de Bray-Curtis dans la deuxième période. Les valeurs liées à l’indice de régularité indiquaient des réponses plus variées et chevauchaient la ligne d’effet nul au cours de la deuxième période d’évaluation nationale (figure 14).

Comme dans le cas des poissons (section 4.3), le profil moyen national de réponse des invertébrés benthiques exposés aux effluents des mines de métaux différait notablement des profils de réponse qui ont été observés de façon répétée chez les invertébrés benthiques exposés aux effluents des fabriques de pâtes et papiers (Lowell et al., 2003, 2004, 2005). En général, ces fabriques ont un effet stimulateur plus net, avec augmentation de la richesse taxonomique dans les zones exposées comparativement à ce qui a été observé pour les mines de métaux au cours des deux périodes d’évaluation nationale. Pour les fabriques de pâtes et papiers, les plus grandes différences des critères entre les zones exposées et les zones de référence qui ont modelé les profils de réponse moyens à l’échelle nationale découlent de l’eutrophisation provoquée par l’apport de nutriants (Chambers et al., 2000; Culp et al., 2000; Lowell et al., 1995, 2000). Ces effets stimulateurs généralisés de l’exposition aux effluents des fabriques de pâtes et papiers se distinguent des effets plutôt inhibiteurs de l’exposition aux effluents des mines de métaux.

6.4 Profils de réponse - Autres méta-analyses

À l’exemple de ce qui a été fait pour les poissons, il est possible de mieux comprendre les profils de réponse des invertébrés benthiques en subdivisant les séries de données des méta-analyses en sous-groupes. Dans la première évaluation nationale (Lowell et al., 2008), les méta-analyses étaient subdivisées selon l’habitat et le type de minerai. Il est particulièrement intéressant de regarder de plus près le critère de densité dont le profil de réponse a présenté la variation la plus marquée au cours de la deuxième période d’évaluation.

Au cours de la première période d’évaluation nationale, la répartition des analyses selon le type d’habitat a révélé que la densité des invertébrés benthiques était significativement réduite dans les habitats de lac et de ruisseau recevant des effluents (figure 15), quoique la taille de l’échantillon fût petite dans le cas des ruisseaux. Au cours de la deuxième période d’évaluation nationale, cependant, les profils de densité montrent une augmentation pour tous les types d’habitats, sauf pour les zones d’érosion des rivières.

Figure 15. Densité des invertébrés benthiques par type d’habitat  dans les études de phase 1 (P1) effectuées au cours de la première période d’évaluation nationale et dans les études de phase 2 (P2) effectuées au cours de la deuxième période d’évaluation nationale. Les barres d’erreur représentent les intervalles de confiance à 95 %. Nombre de mines de métaux : rivière - érosion (P1 = 12, P2 = 5), rivière - sédimentation (P1 = 13, P2 = 16), étang (P1 = 5, P2 = 3), lac (P1 = 20, P2 = 16), ruisseau (P1 = 7, P2 = 10). (EN - évaluation nationale)

On a aussi observé des profils de réponse plus détaillés en subdivisant les analyses des invertébrés benthiques selon le type de minerai, les deux types les plus courants étant les métaux précieux et les métaux communs. Au cours de la première période d’évaluation nationale, la densité était significativement réduite pour les mines de minerai de fer, mais la taille de l’échantillon était petite (figure 16). Il faut noter que la réduction significative de la moyenne générale nationale pour la densité a aussi été influencée par un échantillon plus grand de mines de métaux précieux affichant une réduction de la densité, même si le groupe des métaux précieux n’était pas statistiquement significatif dans son ensemble. Au cours de la deuxième période d’évaluation nationale, le profil de densité a montré une augmentation pour tous les types de minerais.

Figure 16. Densité des invertébrés benthiques par type de minerai  dans les études de phase 1 (P1) effectuées au cours de la première période d’évaluation nationale et dans les études de phase 2 (P2) effectuées au cours de la deuxième période d’évaluation nationale. Les barres d’erreur représentent les intervalles de confiance à 95 %. Nombre de mines de métaux : uranium (P1 = 6, P2 = 3), métaux communs (P1 = 20, P2 = 22), métaux précieux (P1 = 27, P2 = 24), minerai de fer (P1 = 4, P2 = 2). (EN - évaluation nationale)

6.5 Influence du débit des effluents

Une des hypothèses avancées pour expliquer les hausses de la densité observées au cours de la deuxième période d’évaluation nationale est qu’il s’agirait d’une réponse à l’intensification des activités minières au cours des dernières années, laquelle se serait traduite par des hausses du débit des effluents des mines, ce qui aurait mené à l’accroissement des effets d’enrichissement en nutriants. Pour déterminer si ce facteur peut bel et bien avoir causé une variation du profil de réponse, l’influence qu’exerce le débit des effluents sur l’ampleur des effets liés à la densité et à la richesse taxonomique a été examinée au moyen d’une combinaison d’analyses de régression et de méta-analyses.

Pour chaque mine comprise dans les méta-analyses, le débit total annuel des effluents a été extrait de la base de données sur les mines de métaux pour l’année d’échantillonnage des invertébrés benthiques au cours des deux périodes d’évaluation nationale. Pour corriger les résultats de façon à tenir compte des très grandes différences de débit des effluents entre les mines, la fluctuation du débit des effluents entre la première et la deuxième période d’évaluation nationale a été calculée sous forme de rapport ([deuxième période d’évaluation nationale moins première période d’évaluation nationale] divisé par première période d’évaluation nationale). Le paramètre calculé ainsi rend compte du changement dans le débit des effluents, exprimé comme une proportion du débit au cours de la première période d’évaluation nationale. Il a aussi été appliqué à l’année qui a précédé l’échantillonnage des invertébrés benthiques (pour tenir compte des possibles effets d’un décalage, c’est-à-dire d’effets différés), mais les résultats ont été les mêmes; par conséquent, les résultats pour une même année sont indiqués ici.

De plus, pour chaque mine comprise dans les analyses, l’augmentation ou la diminution de l’ampleur des effets sur la densité et la richesse taxonomique ont été calculées au moyen des tailles normalisées des effets (valeurs transformées d de Hedges calculées au cours des méta-analyses). Le changement dans l’ampleur des effets, de la première à la deuxième période d’évaluation nationale, a été calculé sous forme de différence (deuxième période d’évaluation nationale moins première période d’évaluation nationale).

L’examen des figures 17 et 18 indique qu’il n’y a pas eu d’augmentation globale du débit des effluents entre la première et la deuxième période d’évaluation nationale. Ainsi, il y a plus de points du côté gauche des figures que du côté droit, ce qui indique que davantage de mines ont mesuré des diminutions du débit des effluents plutôt que des augmentations au cours de la deuxième période d’évaluation nationale. Il est à noter que chacun des points des figures suivantes représente une étude sur une mine.

Figure 17. Changements dans la densité par rapport au débit des effluents, des études de phase 1 effectuées au cours de la première période d’évaluation nationale aux études de phase 2 effectuées au cours de la deuxième période d’évaluation nationale

Figure 18. Changements dans la richesse taxonomique par rapport au débit des effluents, des études de phase 1 effectuées au cours de la première période d’évaluation nationale aux études de phase 2 effectuées au cours de la deuxième période d’évaluation nationale

En outre, si l’hypothèse était confirmée que les augmentations de la densité observées au cours de la deuxième période d’évaluation nationale ont été causées par des augmentations du débit des effluents, il serait raisonnable de s’attendre à une pente positive à la figure 17. Il n’y a cependant aucune pente positive, et la corrélation est très faible (r = -0,048, p > 0,5). On peut donc conclure que, globalement, les changements dans le débit des effluents n’ont pas influé de façon marquée sur les changements dans l’ampleur et le profil des effets en ce qui concerne la densité. Il est cependant faux de prétendre que le débit des effluents n’a eu aucune incidence. En effet, pour certaines mines, les diminutions du débit des effluents ont été associées à de grandes diminutions ou à de grandes augmentations de la densité (plus grande plage de changements des effets du côté gauche de la figure 17). Fait intéressant, seule une grande augmentation du débit des effluents a été associée à un changement prononcé dans la densité (plage de changements des effets essentiellement plus étroite du côté droit de la figure 17). Le débit des effluents n’est probablement que l’un des nombreux facteurs qui peuvent agir sur l’ampleur et le profil des effets.

Les résultats pour la richesse taxonomique correspondaient à ceux de la densité (figure 18). Il n’y a pratiquement aucune pente positive (ou négative), et la corrélation est très faible (r = -0,142, p > 0,2). On peut donc conclure que, globalement, les changements dans le débit des effluents n’ont pas influé non plus de façon marquée sur les changements dans l’ampleur et le profil des effets sur la richesse taxonomique. Et, comme pour la densité, la plupart des changements importants dans la richesse taxonomique ont été associés à des diminutions et non à des augmentations du débit des effluents.