Le cuivre dans l'environnement
Il est important de comprendre l'impact du cuivre sur l'environnement. Les êtres humains et les autres organismes acquièrent du cuivre dans leur environnement par l'air, l'eau et le sol.
Parce qu'il s'agit d'un élément essentiel, l'impact du cuivre sur l'environnement ne peut être évalué de la même manière que les produits chimiques artificiels. La forme chimique du cuivre dans un milieu donné détermine sa disponibilité biologique, ou biodisponibilité, pour les organismes présents dans l'environnement. L'absorption de cuivre par un organisme dépend de la forme chimique du cuivre, de sa distribution dans l'environnement et de son mode de transport (c'est-à-dire de sa fixation aux particules). L'effet du cuivre dans l'eau, les sédiments et le sol dépend largement des caractéristiques chimiques et physiques de l'environnement local, ainsi que de la biodisponibilité des différentes formes chimiques du cuivre pour les organismes présents dans l'environnement.
L'impact environnemental du cuivre touche de nombreux domaines de la nature. De nombreux organismes ont développé des moyens physiologiques ou métaboliques pour réguler, excréter et/ou détoxifier les quantités excessives de cuivre interne et d'autres éléments essentiels. Ainsi, les concentrations de cuivre dans les tissus ne sont pas un bon indicateur des effets toxiques potentiels sur l'organisme, ce qui rend le concept de "bioaccumulation" (comme celui utilisé pour la classification des composés organiques en tant que produits chimiques persistants-bioaccumulables-toxiques [PBT]) inapproprié.
La biodisponibilité est la quantité d'une substance disponible pour être absorbée par les organismes vivants. La biodisponibilité du cuivre mesure la fraction de cuivre disponible pour le récepteur ou l'organe sensible d'un organisme. Lorsque la biodisponibilité du cuivre augmente, les organismes peuvent absorber trop de cuivre. Lorsque les organismes absorbent plus de cuivre qu'ils ne peuvent en utiliser et en éliminer en toute sécurité, des résultats indésirables peuvent se produire.
La biodisponibilité du cuivre dépend de plusieurs facteurs clés, notamment :
- La composition chimique des différentes formes de cuivre.
- Les concentrations de cuivre dissous et de cuivre adsorbé sur les matières particulaires (c'est-à-dire les sédiments en suspension).
- Les facteurs chimiques de l'environnement local, notamment l'acidité/alcalinité, la dureté (c'est-à-dire Ca, Mg), les autres cations (Na, K), les anions, les agents complexants (tels que le bicarbonate, le chlorure, le sulfate, le sulfure), les agents liants qui empêchent le cuivre d'être disponible et la matière organique dissoute.
- Interactions avec des sites récepteurs biologiques ("ligands biotiques"), tels que les branchies des organismes aquatiques.
Les mesures des concentrations de cuivre total dans l'environnement (c'est-à-dire dans les eaux de surface, les sédiments, les sols, etc.) ne peuvent pas être utilisées pour prédire les risques pour les organismes. Seule une petite partie de la quantité totale de cuivre est biodisponible pour les organismes et, par conséquent, potentiellement toxique. La biodisponibilité du cuivre est contrôlée par la chimie locale de l'environnement et les interactions mutuelles de ces produits chimiques et du cuivre avec chaque organisme.
Depuis près de deux décennies, l'ICA co-sponsorise des recherches scientifiques (évaluées par des pairs) sur les mécanismes qui contrôlent la biodisponibilité du cuivre pour un environnement aquatique ou terrestre. Sur la base de ces recherches, des méthodes prédictives sont maintenant adoptées par les gouvernements pour établir des normes de qualité environnementale spécifiques à un site et totalement protectrices.
Des modèles prédictifs chimico-mathématiques précis, tels que le modèle du ligand biotique (BLM), permettent d'estimer la biodisponibilité du cuivre dans divers milieux environnementaux :
- Environnements d'eau douce : Une grande partie du métal libéré dans les environnements d'eau douce est liée à des solides particulaires ou à des matières organiques dissoutes et n'est pas disponible pour être absorbée par les organismes. Seule une fraction relativement faible du cuivre total est disponible pour la vie aquatique.
- Environnements d'eau salée : La biodisponibilité du cuivre dans les masses d'eau salée, y compris les milieux estuariens et marins, est déterminée par la chimie locale de l'eau, tout comme dans les milieux d'eau douce. Dans les masses d'eau salée proches du rivage, les variations de la matière organique dissoute et, dans une moindre mesure, la salinité, régissent en grande partie la biodisponibilité du cuivre.
- Sols (terrestres) et sédiments (aquatiques) : La quasi-totalité du cuivre présent dans les sols et les sédiments est liée aux particules. L'exposition des organismes ne dépend que de la petite quantité de cuivre biodisponible dans les eaux interstitielles.
Des modèles de biodisponibilité, utilisant la chimie mesurée des environnements locaux, peuvent être utilisés pour fixer des seuils de sécurité pour les organismes vivant dans les sols, les sédiments et les eaux marines :
- L'Union européenne autorise la déclaration d'"absence de risque" pour les métaux présents dans les sols, les sédiments et les eaux de surface, sur la base des principes de biodisponibilité.
- Les États-Unis utilisent des modèles de biodisponibilité pour fixer des critères locaux de qualité de l'eau ambiante pour le cuivre dans l'eau douce et évaluent actuellement une version du modèle de ligand biotique pour les eaux marines.
- Le Canada évalue actuellement le modèle des ligands biotiques pour ses directives sur la qualité de l'eau douce.
- Le Vietnam envisage d'utiliser le modèle du ligand biotique pour ses normes de qualité de l'eau, notamment celles du bassin du Mékong.
- La Chine, l'Australie et la Nouvelle-Zélande envisagent des normes pour l'eau et le sol en ce qui concerne le cuivre, sur la base de la biodisponibilité.