Mercure : biogéochimie

Le cycle biogéochimique

Les cheminements dans l'environnement et les transformations naturelles du mercure sont très complexes et dépendent fortement des conditions locales. Pour évaluer l'évolution du mercure dans l'environnement et les répercussions des émissions anthropiques, les chercheurs doivent examiner une série d'interactions biogéochimiques qui ont une incidence sur les différents états physiques du mercure et sur ses formes chimiques. Pour prévoir les modifications sur le plan de la concentration et de la forme, il est primordial de comprendre la relation entre les conditions locales et les niveaux de mercure dans divers environnements et dans les organismes vivants.

Vous trouverez des informations détaillées ci-dessous.

Cette image montre le cycle du mercure entre l’atmosphère, l’eau, le sédiment et le sol. Le mercure est émis à l’atmosphère des volcans et des sources de pollution industrielles. Le mercure dans l’atmosphère se dépose dans l’eau et sur le sol. Le mercure dans l’eau peut se sédimenter. Le mercure dans l’eau, le sol et le sédiment peut être méthyler et déméthyler. Le méthylmercure dans l’eau peut se bioaccumuler dans les organismes aquatiques.

La conversion du mercure en ses formes diverses s'effectue selon deux types principaux de réactions : l'oxydation-réduction et la méthylation-déméthylation. Dans les réactions d'oxydation-réduction, le mercure est oxydé dans son état de valence le plus élevé (p. ex., de sa forme élémentaire Hg0 à une forme plus réactive Hg2+) par la perte d'électrons, ou est réduit, réaction inverse à la précédente, à un état de valence moins élevé.

Oxydation du mercure

L'oxydation du mercure élémentaire Hg° dans l'atmosphère est un mécanisme important des dépôts terrestres et aquatiques de mercure. Le mercure élémentaire (Hg0) peut se volatiliser relativement facilement et être émis dans l'atmosphère, et 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. En raison de sa solubilité dans l'eau, de sa faible volatilité et de ses propriétés, le temps de résidence de la forme ionique Hg2+ est inférieur à deux semaines. Ainsi, lors de 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».

À la fin des hivers polaires de l'Arctique, la conversion de Hg0 en Hg2+ dans l'atmosphère se produit très rapidement sous l'action d'un phénomène connu sous le nom d'«amenuisement de la concentration atmosphérique de mercure». Un scientifique de renom, le Dr William Shroeder du service météorologique d'Environnement Canada de Downsview, en Ontario, a découvert ce phénomène. Lors de la réapparition du soleil au printemps, le mercure élémentaire Hg0 dans l'atmosphère est converti en sa forme ionique Hg2+ sous l'action d'un processus photochimique en présence de substances chimiques réactives libérées du sel marin (p. ex., des ions chlorure et bromure). Les niveaux de mercure dans l'atmosphère «s'appauvrissent» au fur et à mesure que le Hg2+ se dépose sur les surfaces glacées et enneigées. Cela a pour conséquence de produire une circulation de mercure réactif dans l'environnement arctique au début de la courte saison de croissance de la flore. Il reste à savoir quelle fraction de mercure réactif est convertie en méthylmercure toxique et est absorbée par les animaux et les plantes.

Méthylation du mercure

Dans l'environnement, le mercure se transforme en méthylmercure par l'ajout d'un groupement méthyl (CH3) à des éléments du mercure réactif ou oxydé (Hg2+). La méthylation de Hg2+ est principalement un processus biologique naturel qui entraîne la production de composés de méthylmercure (MeHg+) fortement toxiques, leur bioaccumulation dans les tissus vivants et une augmentation de leur concentration dans la chaîne alimentaire, des microorganismes comme le plancton, à de petits poissons, puis à des espèces qui s'en nourrissent comme les loutres et les huards, et les humains.

En raison de sa toxicité très élevée, de sa nature rémanente et de sa bioaccumulation, il est capital de comprendre quelles sont les variables qui influent sur la formation du méthylmercure. On pense qu'une variété de microorganismes, principalement les bactéries qui requièrent du sulfate ainsi que les bactéries méthanogènes (qui produisent du méthane) participent à la conversion de Hg2+ en MeHg dans certaines conditions anaérobiques (sans oxygène) que l'on trouve, par exemple, dans des zones humides et des sédiments de rivière, ainsi que dans certains types de sol. La méthylation s'effectue principalement dans des environnements aquatiques à pH faible (acide) avec des concentrations élevées de matière organique.

Les taux de biométhylation sont liés à des variables écologiques qui ont une incidence sur la disponibilité des ions mercuriques ainsi qu'à la taille des populations des microbes de méthylation. Des facteurs comme l'alcalinité ou le pH jouent un rôle important sur le contrôle du processus puisque celui-ci est lié et influe sur l'adsorption des diverses formes de mercure dans les sols, l'argile et les particules de matière organique, et donc sur la disponibilité des ions mercuriques. Les retombées acides peuvent favoriser la biométhylation puisque la formation de MeHg requiert des conditions acides. Le mercure lié à des ions sulfures n'est alors plus disponible pour le processus de méthylation; cependant, le sulfate peut favoriser la croissance de certains microbes de méthylation. La matière organique peut favoriser la croissance des populations microbiennes, réduire les niveaux d'oxygène, et par conséquent favoriser la biométhylation. Le taux de ce processus augmente avec des températures plus chaudes qui favorisent une productivité biologique, et diminue pendant l'hiver.

Les évolutions de l'utilisation du sol qui ont une incidence sur certaines de ces variables peuvent conduire à une augmentation des taux de méthylation du mercure. Par exemple, la construction des barrages hydro-électriques peut entraîner la libération du mercure entreposé dans la végétation et dans la couverture inondée. La présence de matières organiques (sous la forme d'une végétation récemment immergée) combinée à des conditions anaérobiques peuvent favoriser la croissance microbienne et entraîner des niveaux élevés de méthylmercure.

En général, la forme du mercure dans l'environnement varie avec les saisons, avec les niveaux d'oxygène, de nutriments et de matière organique ainsi qu'avec les interactions hydrologiques dans l'écosystème. De plus, la quantité et les formes de mercure sont liées, dans une large mesure, à des sources d'émission et à des processus de transport. À leur tour, toutes ces variables ont une incidence sur le bilan global du mercure.

Signaler un problème ou une erreur sur cette page
Veuillez sélectionner toutes les cases qui s'appliquent :

Merci de votre aide!

Vous ne recevrez pas de réponse. Pour toute question, contactez-nous.

Date de modification :