SOMMAIRE

La présente étude a été, réalisée dans le cadre du Programme d'évaluation des techniques de mesure d'impacts en milieu aquatique (ETIMA), initiative conjointe du gouvernement et de l’industrie qui vise à examiner et à évaluer les techniques de surveillance environnementale permettant de déterminer f impact des activités minières sur les environnements aquatiques. L’objectif visé consiste à appliquer des principes scientifiques rigoureux à la surveillance des effets environnementaux, selon des critères de coût-efficacité.

Le programme prévoit la réalisation d'une série d'évaluations des techniques de surveillance des effets environnementaux dans un certain nombre de sites miniers répartis dans diverses régions du Canada. La société Beak Consultants Limited (BEAK) a été choisie pour réaliser, dans la région de Val-d'Or (Québec), une étude pilote destinée à orienter la conception des programmes qui seront mis en œuvre dans des sites miniers choisis en divers endroits du pays. Les méthodes de surveillance environnementale suivantes ont été sélectionnées par le Comité technique du Programme en vue de cette évaluation-pilote :

• comparaison de techniques de cartographie des sédiments de surface (relevé acoustique des couches sédimentaires subsuperficielles, relevé au sonar et échantillonnage ponctuel à l'aide d'une benne);
• comparaison de l'efficacité relative des dispositifs d'échantillonnage (carottiers Hornbrook, Kajak-Brinkhurst et Alpine), en vue de quantifier les concentrations prê-opérationnelles de métaux;
• évaluation visant à déterminer s'il est rentable de recourir aux méthodes utilisant les plus faibles seuils de détection pour les analyses chimiques de l'eau et des sédiments;
• comparaison des méthodes analytiques utilisées pour évaluer la qualité des sédiments, en vue de prévoir les effets biologiques. Cette comparaison reposera sur la mesure soit de la totalité des métaux présents dans les sédiments par extraction complète, soit des métaux faciles à extraire par digestion partielle (métaux présentant vraisemblablement une plus grande biodisponibilité);
• évaluation de trois méthodes de détermination de la toxicité des sédiments (Microtox^MD, Hyalella azteca et Tubifex tubifex), d'après leur capacité de prévoir avec précision les effets biologiques indésirables résultant de la contamination des sédiments par les métaux;
• évaluation de la capacité relative des supports artificiels et des échantillonnages ponctuels de mesurer l'incidence des activités minières sur les communautés d'invertébrés benthiques dans les zones de déposition;
• évaluation du rapport coût-efficacité et de la sensibilité des méthodes de traitement des invertébrés benthiques (taille des mailles, niveau d'identification taxinomique, nombre de répétitions) utilisées pour délimiter et surveiller l'impact des activités minières;
• évaluation des effets des effluents miniers sur les communautés de poissons, fondée sur l'examen des quatre principaux indicateurs de la réponse de ces organismes : structure d'âge, croissance, stockage d'énergie et reproduction;
• évaluation des concentrations de métaux accumulées dans divers tissus des poissons (branchies, reins, foie, muscles et viscères);
• comparaison des concentrations de métaux accumulées dans les tissus avec les concentrations de métallothionéine et les données histopathologiques.

La sensibilité, l'efficacité, par rapport au coût et l’utilité de chaque méthode ont été évaluées au cours de l'étude pilote.

La zone d'étude était située dans le cours supérieur de la Kinojévis, immédiatement à l'ouest de la ville de Cadillac et à environ 40 km à l'est de la ville de Rouyn. Les évaluations ont été réalisées dans les eaux recevant les effluents de la mine Doyon, du complexe Bousquet et de la mine Dumagami. Ces trois mines, exploitées essentiellement pour 1'or, rejettent leurs effluents dans la rivière Noire, la rivière Bousquet, le lac Chassignolle et le lac Preissac.

L'étude pilote de 1995 s'est déroulée en trois étapes :

Étape I       Évaluation du caractère adéquat du site choisi par le Comité technique du Programme ETIMA, d'après une étude de reconnaissance sur le terrain, et préparation du plan de l'étude sur le terrain;

Étape II      Mise en œuvre du plan de l'étude;

Étape III     Préparation d'un rapport final comportant une évaluation et une comparaison des méthodes, ainsi qu'une série de recommandations concernant les modifications à apporter au plan de l'étude en vue de permettre au Comité technique du Programme ETIMA d'effectuer une comparaison fiable des méthodes au cours des années subséquentes.

COMPARAISON DES TECHNIQUES DE CARTOGRAPHIE DES SÉDIMENTS DE SURFACE

Ce volet de l'étude pilote avait pour objet de comparer l’efficacité relative du relevé acoustique des couches sédimentaires subsuperficielles à celle d'une méthode plus conventionnelle, l'échantillonnage ponctuel à l’aide d'une benne jumelée à l'utilisation d'un sonar standard.

Le relevé acoustique des couches sédimentaires subsuperficielles a permis une caractérisation plus fine des sédiments que les méthodes d'échantillonnage ponctuel avec sonar. Toutefois, les résultats des relevés acoustiques des couches sédimentaires subsuperficielles effectués dans le cadre de la présente étude se sont révélés nettement moins utiles, compte tenu des sommes investies pour les recueillir, aux seules fins de la cartographie des types d'habitats pour la surveillance des effets environnementaux. Des carottes prélevées à des fins de confirmation, dans certains cas à une profondeur atteignant presque 1 mètre, ont indiqué que le relevé acoustique des couches sédimentaires subsuperficielles pouvait conduire à des erreurs d'interprétation en ce qui a trait aux types de sédiments. Pour ce qui est de la cartographie bathymétrique, les deux méthodes comparées ont donné des résultats similaires.

L'étude pilote a révélé que la caractérisation des sédiments à l’aide de techniques conventionnelles faisant appel au sonar jumelées à l'échantillonnage ponctuel à l’aide de bennes est généralement la méthode la plus économique pour délimiter les zones de sédimentation et les endroits où les études géochimiques et les évaluations biologiques des sédiments devraient être effectuées.

ÉVALUATION DES MÉTHODES D’ÉCHANTILLONNAGE DES SÉDIMENTS

Trois dispositifs d'échantillonnage (carottiers) ont été comparés : Hornbrook, Alpine et Kajak-Brinkhurst.

L’étude a révélé, que l'échantillonneur Hornbrook ou d'autres dispositifs de carottage peuvent être utilisés à profit pour la surveillance des effets environnementaux, mais que les dispositifs faisant appel à la gravité permettent d'obtenir des mesures plus détaillées des profils des métaux et, notamment, de déterminer avec précision jusqu'à quelle profondeur s'étend la contamination des sédiments. Ces dispositifs comportent également un plus faible risque de contamination des sédiments plus profonds durant le prélèvement que l'échantillonneur Hornbrook.

Qualité de l'eau

La qualité de l'eau a été évaluée dans le bassin de la rivière Bousquet/lac Chassignolle et dans le bassin de la rivière Noire. Cet exercice visait essentiellement à déterminer les conditions qui peuvent avoir une incidence sur les communautés biologiques (p. ex., paramètres liés aux poissons et aux invertébrés benthiques). Des données concernant les coûts associés à l'utilisation des seuils de détection analytique plus faibles courants (dix fois plus faibles que les valeurs prescrites dans les normes sur la qualité de l’eau du CCME) sont également présentées.

On a constaté que les concentrations de métaux lourds potentiellement toxiques (Pb, Zn, Cu, Cd) dans les eaux réceptrices de la rivière Bousquet ne variaient pas de manière appréciable entre la station de référence, située en amont, et l'embouchure de la rivière. Les concentrations de métaux lourds dans les effluents miniers étaient faibles, tout au plus quatre fois plus élevées que celles enregistrées dans la station de référence. L’analyse des éléments traces présents dans la rivière Noire et le ruisseau Dormenan a révélé, pour plusieurs métaux, des concentrations plus élevées que les valeurs de référence enregistrées en amont, l'arsenic étant le cas le plus évident.

Pour ce qui est des paramètres et des seuils de détection applicables aux éléments traces, l’ICP-SM a permis d'analyser un plus grand nombre d'éléments que l’ICP. En outre, l’ICP-SM utilise typiquement des seuils de détection 1 000 fois plus faibles que ceux de l’ICP, et ce à un coût comparable. Ainsi, l’ICP-SM permet d'éviter les problèmes découlant des seuils de détection utilisés par l’ICP qui, typiquement, nécessite des analyses additionnelles pour atteindre les seuils de détection prescrits pour certains critères de qualité de l'eau.

Qualité des sédiments

La qualité, des sédiments a été, évaluée dans les bassins de la rivière Bousquet/lac Chassignolle et de la rivière Noire. Les résultats n'ont révélé, aucune augmentation évidente des concentrations des métaux lourds dans le lac Chassignolle par rapport aux valeurs de référence enregistrées dans le lac Bousquet. Les concentrations d'arsenic étaient très élevées dans la rivière Noire et son embouchure. Les données ont indiqué que les sources étaient des mines désaffectées. Les concentrations de certains métaux, dont le nickel, le cuivre et le zinc, semblaient aussi légèrement plus élevées en aval des sites miniers.

Les résultats de l’extraction partielle ont été comparés à ceux de l'extraction complète pour certaines stations choisies. De façon générale, l'extraction partielle a permis de récupérer la majeure partie du cadmium, une faible proportion du cuivre, environ la moitié de l’arsenic et du zinc et environ 30 % du fer et du nickel.

L’analyse en composantes principales a démontré que les regroupements de stations fondés sur les résultats de l’extraction complète et de l’extraction partielle étaient semblables et comparables aux regroupement fondés sur l’analyse des communautés benthiques. L'étude a également révélé, que l’extraction complète des métaux, couplée au dosage du COT et à l'analyse granulométrique, permet de déceler plus efficacement des différences significatives, avec une plus grande puissance, entre les secteurs de référence et les zones avoisinantes et éloignées du site de déversement.

ÉVALUATION DE LA TOXICITÉ DES SÉDIMENTS

Pour évaluer la toxicité des sédiments, on a exposé des organismes choisis aux sédiments, puis mesuré les paramètres suivants : survie et croissance chez l’amphipode Hyalella azteca, survie et reproduction chez l'oligochète tubificidé Tubifex tubifex, inhibition de la photoluminescence chez la bactérie Vibrio fischeri (épreuve Microtox^MD).

La survie des amphipodes a oscillé entre 66 et 92 % dans les sites de référence, tandis que la toxicité des sédiments a varié de 0 à 16 % dans les stations situées en aval des effluents miniers.

Les taux de survie de Tubifex tubifex dans toutes les stations étaient comparables aux valeurs enregistrées dans les sites de référence, sauf dans une station du lac Preissac. Le nombre de descendants éclos produits par les oligochètes exposés aux sédiments dans toutes les stations était comparable à celui observé dans les sites de référence, sauf dans une station située en aval d'une mine désaffectée. À cet endroit, le nombre de descendants par adulte était également plus faible que dans le site de référence, dans une proportion d'environ 99 %. En aval des effluents miniers, la réduction du nombre de descendants par adulte atteignait 83 %, et les effets liés à la toxicité chez les oligochètes exposés étaient perceptibles jusqu'à environ 1 km en aval du point de rejet des effluents (réduction du nombre de descendants par adulte oscillant entre 32 à 42 %).

Une comparaison des valeurs de CI₅₀ avec celles enregistrées dans les stations de référence a révélé que les sédiments de toutes les stations de la rivière Noire exerçaient une certaine activité inhibitrice (épreuve Microtox^MD).

Les seules différences significatives relevées entre la station de référence et les sites avoisinants ont été observées chez Tubifex tubifex. Le taux de survie de Hyalella (en pourcentage) est le seul paramètre qui différait de façon significative entre les stations de référence et les sites éloignés du site de déversement.

C'est le taux de survie chez Hyalella qui s'est révélé l’indicateur de la toxicité le plus sensible. Toutefois, malgré une sensibilité légèrement inférieure, c'est la production de descendants par adulte chez Tubifex qui a présenté la réponse la mieux graduée au stress environnemental et présenté la plus faible variabilité d'une station de référence à l'autre. Bien qu'elle ait permis de détecter les échantillons de sédiments de toxicité maximale et intermédiaire, l'épreuve Microtox^MD n'a pas révélé de différences significatives entre les stations de référence, les sites avoisinants et les sites éloignés.

ÉTUDE DE LA COMMUNAUTÉ DES INVERTÉBRÉS BENTHIQUES

L'étude a permis de comparer l’efficacité et la sensibilité des méthodes de traitement des invertébrés benthiques suivantes :

• niveau d'identification privilégié (famille, genre et espèce);
• taille des mailles (200, 500 et 1 000 µm);
• type de données répétées (regroupées et non regroupées);
• supports artificiels par opposition à des échantillons ponctuels prélevés à l'aide d'une benne dans les zones de sédimentation;
• nombre d'échantillons répétés.

L'étude a également permis d'examiner les relations entre la chimie et la toxicité des sédiments et la structure de la communauté des invertébrés benthiques.

Les principales conclusions de l'étude sont les suivantes :

• les échantillons répétés non regroupés ont permis de faire ressortir la variation entre les stations au sein des groupes, mais ont procuré peu d'avantages additionnels;
• la taille des mailles a eu une incidence sur l'identification taxonomique;
• les tamis à mailles de 200 µm ont permis de distinguer d'une manière plus fiable les différences entre les zones;
• l'identification jusqu'à l’espèce ou jusqu'au genre a fourni le meilleur potentiel discriminatoire entre les zones étudiées;
• chez les invertébrés benthiques, l'échantillonnage ponctuel à l'aide d'une benne Ponar a semblé plus efficace que les supports artificiels suspendus pour faire ressortir les différences entre les communautés de référence et les communautés exposées;
• l'extraction complète des métaux présents dans les sédiments a permis de discriminer plus efficacement les zones de référence des zones exposées, même si les liens avec les indicateurs benthiques étaient plus faibles que dans le cas de l’extraction partielle;
• les données détaillées sur les invertébrés benthiques (p.ex., identification à l’espèce et utilisation de tamis à mailles de 200 µm) étaient plus étroitement corrélées à la chimie des sédiments que les données grossières sur ces mêmes organismes (identification à la famille et utilisation de tamis à mailles de 1 000 µm);
• la concordance la plus étroite entre les indicateurs benthiques et les effets toxiques étudiés a été révélée par la mortalité chez Hyalella et la reproduction chez Tubifex, et ce aussi bien avec les données détaillées qu'avec les données grossières sur la communauté des invertébrés benthiques.

ÉTUDE DE LA COMMUNAUTÉ DES POISSONS

Le relevé de poissons avait pour objectif d'évaluer différentes méthodes de mesure des effets de l’activité minière sur la communauté de poissons. Dans le cadre de ce relevé, on a recueilli des données sur l'état de santé général, le coefficient de condition et sur la reproduction des poissons dans divers environnements, ainsi que des informations sur la bíoaccumulation des métaux et les concentrations de métallothionéine (MT) dans leurs tissus (muscles, branchies, foie et reins). D'autres échantillons ont été prélevés aux fins des analyses histopathologiques. Les espèces étudiées ont été le doré jaune, le meunier noir, le suceur blanc, le grand brochet, la perchaude, l'épinoche et la barbotte.

L’étude a révélé, que dans le bassin de la rivière Bousquet, il n'existait pas de différences marquées entre les zones de référence et les zones exposées pour ce qui est des concentrations de métaux lourds accumulées chez les différentes espèces de poissons et dans les divers types de tissus. De plus, aucune différence claire n'a été, relevée entre les zones d'aval et les zones d'amont pour ce qui est des concentrations de MT dans les tissus potentiellement attribuables à une exposition à des métaux produits par les activités minières ou à une augmentation de la concentration des métaux en aval des mines. Les concentrations de plusieurs métaux variaient en fonction de l'âge des poissons, pour un type de tissu donné.

Il convient toutefois de noter que toutes les corrélations observées étaient faibles et que des concentrations de métaux significativement plus élevées ont été, enregistrées dans certains tissus de certains poissons provenant tantôt de la zone exposée, tantôt de la zone de référence.

De façon générale, les plus fortes concentrations de métaux accumulés dans les tissus ont été, observées dans les reins, les branchies et le foie, beaucoup plus rarement dans le tissu musculaire.

Comme chez les poissons adultes, les concentrations de métaux ont varié considérablement chez les jeunes poissons, tant pour un métal donné que d'un métal à l'autre, ainsi que d'une espèce de poisson à une autre ou d'une station à l’autre.

Une analyse de régression a fait ressortir des corrélations positives significatives entre les concentrations de métaux et les concentrations de MT dans le foie des meuniers noirs et des grands brochets adultes. Ces corrélations n'ont cependant pas été observées avec les autres types de tissus.

Les analyses histologiques des branchies n'ont révélé, aucune atteinte grave chez aucun des poissons examinés. Aucune altération sérieuse de la fonction rénale n'a été constatée ni chez les meuniers noirs ni chez les grands brochets provenant des stations de référence et des stations exposées de la rivière Bousquet. Les analyses du foie des meuniers noirs et des dorés jaunes provenant de l’embouchure de la rivière Noire ont toutefois mis en évidence certaines réponses qui semblaient de nature adaptative, à savoir une augmentation du diamètre des noyaux des hépatocytes ainsi que de la taille des hépatocytes. I-e foie des grands brochets provenant de la station exposée de la rivière Bousquet contenait beaucoup moins de glycogène que celui des grands brochets issus du site de référence de cette même rivière. La vitellogenèse (développement des œufs) a également été, étudiée chez le meunier noir, le grand brochet et le doré jaune. A ce chapitre, l’analyse des indices gonadosomatiques ainsi que des données sur la fertilité relative (nombre d'œufs par gramme de poisson), le diamètre et le poids des œufs et le pourcentage d'oocytes par ponte n'a révélé chez le meunier noir et le grand brochet aucune différence entre les stations de référence et les stations exposées de la rivière Bousquet.

Les principales conclusions du volet de l'étude portant sur les poissons sont les suivantes :

• les concentrations de métaux à des valeurs décelables sont faciles à mesurer dans tous les types de tissus échantillonnés; l’analyse des quatre types de tissus chez les poissons adultes comporte probablement une certaine redondance inhérente;
• les concentrations de MT dans le foie ont varié conjointement avec les concentrations totales de cadmium, de zinc et de cuivre dans le foie; il pourrait être plus efficace d'effectuer le dosage de la MT dans le foie que dans les branchies ou les reins;
• les analyses histologiques ont fait ressortir entre les sites certaines différences possibles dans les tissus des poissons; les résultats donnent à croire que ces mesures pourraient être d'une certaine utilité comme indicateurs de la réponse biologique;
• les jeunes poissons sont plus faciles à capturer et à maintenir en vie que les poissons adultes; on pourrait donc réduire considérablement les coûts de l'étude en examinant les viscères des petits poissons plutôt que les organes des poissons plus âgés.

L’étude a également débouché sur un certain nombre de recommandations concernant les projets qui seront entrepris dans le cadre du Programme dans certains sites miniers choisis répartis dans diverses régions du pays.