Etude de la contamination des huîtres perlières par les métaux lourds par la spectrophotométrie UV/visible

Choix de l’espèce : Principe de bioindicateur

Ces mollusques bivalves (huîtres) sont considérés comme des organismes sentinelles dans le suivi des polluants en milieu marin. Ces huîtres sont benthiques et souvent sédentaires, ce qui les exposent à toutes les modifications physico-chimiques de l‟environnement (température, salinité, contaminants chimiques, etc.) sans possibilité de fuite. Leur mode de nutrition, de type suspensif, peut les conduire à accumuler dans leurs tissus des polluants de concentrations souvent élevées. D‟où elles sont considérées comme bioindicatrices.

Mode de vie et caractéristiques

Le genre Pinctada est caractérisé par un pied, un byssus et une coquille nacrée qui le différencie des huitres comestibles. L‟organe locomoteur, le pied, est atrophié à une glande byssogéne sur la ligne médio-centrale débouchant dans sa partie postérieure par un conduit d‟origine épithéliale. L‟huître perlière rayée se nourrit et respire en pompant l‟eau de mer au travers des branchies par filtration des aliments en suspension. Elle se nourrit de minuscules végétaux tels que les phytoplanctons (ensemble des particules végétales flottant dans la colonne d‟eau). Elle est capable d‟accumuler dans ses cellules des polluants comme les métaux lourds [10].

Anatomie

L‟huître est constituée d‟une coquille formée de deux valves réunies au niveau de la charnière qu‟elle fabrique elle-même : c‟est une bivalve. Elle est le résultat d‟une biominéralisation, c‟est-à-dire de la croissance d‟un minéral guidé par un être vivant. La biominéralisation est le phénomène par lequel un organisme vivant fabrique des minéraux. Elle permet, ainsi, aux êtres vivants de contrôler le dépôt de minéral à leur bénéfice. Au cours de l‟évolution biologique, ce processus ne cesse de construire des formes de plus en plus variées : coquilles des mollusques, carapaces des crabes et squelettes des vertébrés.
Situé entre la coquille et le corps mou, le manteau recouvre et protège l‟huître, puis permet aussi de fabriquer les perles. Les branchies ont pour rôle la respiration et l‟apport des matières nutritives (le plancton) jusqu‟à la bouche de l‟huître. Le manteau va sécréter tous les  constituants de la coquille. A l‟intérieur de l‟organisme se trouve un cœur, composé de deux oreillettes et d‟un ventricule, qui propulse l‟hémolymphe (sang) dans les différentes parties de l‟animal. Entre le manteau, la surface interne de la coquille et le péri-ostracum (fine couche de protéines qui couvre la surface externe de la coquille), se trouve un fluide appelé fluide extra-palléal au sein duquel la fabrication de la coquille a lieu [9,13].
Les figures 2 et 3 représentent respectivement une coupe intérieure et une anatomie de l‟huître perlière rayée.

Mode de reproduction et cycle de vie

L‟huître Pinctada radiata est un animal hermaphrodite successif, c‟est-à-dire qu‟elle est tour à tour mâle et femelle au fur et à mesure de sa croissance. Des études ont montré qu‟une huître de deux ans pouvait changer plusieurs fois de sexe au cours d‟un même été. Ce phénomène s‟expliquerait par la salinité de l‟eau, caractéristique constamment changeante dans ce milieu unique soumis aux jeux fluctuant des marées et des humeurs fluviales. Elle a une fécondation interne. La femelle émet ses gamètes en interne dans sa cavité palléale, tandis que le mâle répand sa laitance (spermatozoïdes) dans l‟eau où la femelle, en la filtrant, les récolte. Après une période d‟incubation qui dure entre 8 et 10 jours et dans des températures de l‟eau adéquate (18 °C), se déroule l‟union des gamètes, qui produit une larve microscopique qui va ensuite dériver aux grés des flots [15].
Six heures après la fécondation, l‟ovule évolue en larve trochophore, caractérisé par la présence de cils, lui permettant de se déplacer par mouvement de rotation. Au bout de 24 heures, elle aboutit à une larve véligère possédant les capacités de se déplacer et de capter sa nourriture. Cette phase de transformation se termine au bout de 20 jours. Ainsi suit la métamorphose qui va permettre la fixation puis le passage à la phase naissain avant de devenir adulte [10, 14].

Historique et formation des perles

Selon le naturaliste Français Guillaume Rondelet du seizième siècle, les perles seraient des concrétions pathogènes des mollusques.
Une théorie différente a été établie en 1578 par Girolamo Benzoni, qui propose que les germes et les plus nobles parties des œufs des huîtres fussent ceux qui devenaient des perles.
Cette fausseté de la transmutation des œufs a été démontrée par des connaissances scientifiques vers la fin du dix-huitième siècle [16].
Vers 1600, Anselnus de Boota a été le premier à lancer l‟hypothèse que la perle était, en plus d‟une réaction maladive, un produit formé par la même substance que celle des coquillages. Le portugais Pedro Texcira (1608) appuya cette théorie, insistant sur la ressemblance de la substance et de la couleur du coquillage avec celles de la perle. Tous deux soutenaient que l‟huître, malade en raison de l‟intrusion d‟un corps étranger, produit une substance qui s‟accumulait progressivement pour former une perle. Beaucoup d‟autres scientifiques ont parlé de cette formation perlière [17].

Contamination des huîtres

L‟absorption de métaux permet aux organismes vivants de couvrir leurs besoins en oligoéléments essentiels tels que le cuivre, le fer, le manganèse le nickel, le zinc… Les concentrations physiologiques requises sont propres à chaque espèce et à chaque tissu.
A côté des métaux essentiels, il y a également une entrée dans les cellules d‟éléments métalliques qui n‟interviennent pas dans le métabolisme comme le cadmium et le mercure.
Ainsi longtemps que l‟absorption est contre balancée par l‟élimination, les concentrations dans les tissus reflètent uniquement les teneurs géochimiques des métaux dans le milieu. Une augmentation des concentrations métalliques au-dessus des limites physiologiques ou géochimiques ne peut se produire que si les capacités de contrôles métaboliques sont dépassées. Ce qui donne naissance à une bioaccumulation des métaux et leurs effets commencent à se manifester. La bioaccumulation est le processus par lequel un organisme vivant absorbe une substance à une vitesse plus grande que celle avec laquelle il l‟excrète où la métabolise. Elle peut donner particulièrement une bioconcentration : processus par lequel une substance (ou un élément) se trouve présent dans un organisme vivant à une concentration supérieure à celle de son milieu environnant [19, 20].

Généralités sur les métaux lourds étudiés

Les métaux lourds sont omniprésents dans les eaux, l‟air et les sols. Toutefois, leurs teneurs sont généralement faibles d‟où l‟appellation „„métaux traces‟‟ ou élément „„traces métalliques‟‟. Un métal est une matière, issue le plus souvent d‟un minerai, dotée d‟un éclat particulier, bon conducteur de chaleur et d‟électricité, ayant des caractéristiques de dureté et de malléabilité, se combinant ainsi aisément avec d‟autres éléments pour former des alliages utilisables dans l‟industrie, en orfèvrerie…
La dénomination métaux lourds désigne les métaux qui ont une densité supérieure à 5. Parmi ceux-ci, les plus fréquents dans l‟environnement sont : le cadmium (Cd), le manganèse (Mn), le cobalt (Co), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le mercure (Hg), le molybdène (Mo), le fer (Fe), le nickel (Ni) et le zinc (Zn); on leur associe également le plomb (Pb) et l‟arsenic (As) (qui est en fait un métalloïde).
Le Fer, le Cuivre, le Chrome et le Zinc qui peuvent présenter une toxicité chez l‟homme ont fait l‟objet de notre étude.

Le Fer

Le fer et ses composés se retrouvent dans le milieu naturel par les rejets industriels, urbains et agricoles. La corrosion des canalisations métalliques, l‟utilisation de sels ferriques dans le traitement des eaux, l‟usage des transports ferrés conduisent également à la production d‟oxydes de fer (dans les enceintes de gare et de réseaux souterrains).

Propriétés chimiques

Le fer est souvent présent dans la nature sous forme d‟alliage. Il est insoluble dans l‟eau et les bases tandis qu‟il est attaqué par les acides. Le fer présente trois degrés d‟oxydation, 0 (corps simple et alliages), + 2 (ion ferreux) et +3 (ion ferrique).
Les potentiels standards par rapport à l‟électrode normale d‟hydrogène (ENH) sont -0,44V pour le couple Fe2+/Fe et 0,77V pour Fe3+/Fe2+.
Ainsi en présence d‟humidité, le fer donne dans l‟air libre des oxydes hydratés (Fe2O3.nH2O) et ou des oxy-hydrooxydes ferriques hydratés (FeO(OH).nH2O). C‟est le phénomène de la corrosion qui forme la rouille.

Propriétés biologiques

Le fer est un minéral essentiel à notre organisme impliqué dans de nombreux processus physiologiques. Notamment la synthèse de l‟hémoglobine qui est une protéine indispensable, dans le transport de l‟oxygène par les globules rouges. Il participe dans la synthèse de la myoglobine, protéine du muscle stockant l‟oxygène. De même, le fer est inclus dans la production d‟enzymes intervenant dans la respiration et la synthèse de l‟ADN [25].
Le fer est un élément mineur essentiel en biologie. Il est nécessaire à la photosynthèse, aux réactions de transport d‟électrons, aux réactions d‟assimilation du nitrate, à la respiration et à de nombreuses autres réactions métaboliques [26].
Toutefois, l‟Organisation Mondiale de la Santé (OMS) recommande de ne pas dépasser 0,3 g/L, parce que nocif pour les systèmes digestifs [27]. Cependant une carence en fer peut avoir certains effets, notamment une insuffisance de développement mental et de l‟activité chez l‟enfant, une perte de rendement chez l‟adulte et dans les cas graves, un taux d‟hémoglobine trop bas entrainant une anémie et une oxygénation compromise.

Toxicité

La toxicité dépend de la quantité de fer ingérée. Le fer, dans son état d‟oxydation 0, est tolérable jusqu‟à 20 mg/Kg. Il est légèrement toxique entre 20 et 60 mg/Kg, peut entrainer des symptômes sévères au-delà de 60 mg/Kg. Ainsi un excès de fer peut se traduire par une accumulation au niveau du foie, du pancréas et au niveau du cœur. On parle d‟hémochromatose. L‟excès de fer peut aussi avoir une action pro-oxydante, une augmentation du stress, entrainer ainsi un risque plus élevé de cancer chez les gros consommateurs de viande rouge d‟où une mauvaise tolérance digestive qui occasionne les nausées, les diarrhées, etc. [28]

Utilisation industrielle

Le Fer est de loin le métal le plus utilisé : près de 95 % de la production mondiale. Le fer est un métal très stable d‟où le rôle important apporté dans l‟industrie en tant que matériau de base pour la fabrication des machines. Il est utilisé notamment pour les pétroliers, en passant par les voitures ou le bâtiment, avec des applications quasi illimitées. Aujourd’hui, les usages les plus courants du fer sont dans le bâtiment, la fabrication de métal, d’instruments, de machines ou encore de véhicules de transport. Le seul problème du fer est qu’il rouille, d’où son utilisation en alliages. Les principaux alliages avec le fer sont :
– La fonte : fer + carbone (à plus de 2,1% en masse de carbone)
– L’acier : fer + carbone (à moins de 2,1% en masse de carbone)
– L’acier inoxydable : fer + carbone + chrome et parfois nickel, molybdène et vanadium.

Zinc

Le zinc est présent à l‟état naturel dans l‟eau, le sol et l‟air. Grâce à son fond géologique (background), c‟est-à-dire son transport par divers mécanismes d‟érosion, les processus géologiques et géochimiques forment des minerais importants en zinc. Ainsi les feux de forêts, la formation d‟aérosols au-dessus des océans et les éruptions volcaniques sont des processus naturels qui participent au transport de zinc dans la nature.
Une partie importante de ces minerais se retrouve dans les dépôts carbonatés (calcaires et dolomies), dans les shales noires marins ou pierres argileuses (schistes à sillimanite et des gneiss), dans les amas de sulfures (roche calcaro-silicaté, la blende) [30].
Les émissions d‟origine anthropiques de zinc proviennent essentiellement du secteur routier pour le milieu atmosphérique, et de l‟agriculture pour le milieu terrestre.
Elles sont aussi dues à la métallurgie (production de fonte et d‟acier, fonderie de métaux ferreux, centrales thermiques et autres installations de combustion), au secteur agroalimentaire, à l‟industrie manufacturière, etc. [31]. De par ses propriétés physico- chimiques, le zinc s‟adsorbe en milieu aquatique sur les matières en suspension. Ainsi les sédiments d‟eau douce constituent un stock potentiel de zinc.

Propriétés physiques

Le zinc est le vingt-quatrième élément le plus important de la croute terrestre à hauteur de 0,02% de la lithosphère. C‟est un élément de transition de masse atomique 65,37 g/mol. Ce métal blanc bleuâtre de numéro atomique (Z) égale à 30 appartenant au groupe IIB et au bloc d, a une structure électronique de [Ar]3d104s2 . Sa structure cristalline est une maille hexagonale compacte ce qui lui confère des propriétés anisotropes. Le zinc possède une masse volumique de 7130Kg/m3 et une densité de 7,14. Ses températures de fusion et d‟ébullition sont relativement basses pour un métal et valent respectivement 419,5°C et 907°C. Il n‟est malléable qu‟entre 100°C et 150°C et devient cassant au-dessus de 200°C ainsi qu‟en-dessous de 5°C. Le zinc présente cinq isotopes stables de masse atomique respectif 64, 66, 67, 68 et 70g/mol. Sa conductivité thermique est de 113W/m.K.