Évaluation de la pollution et des répercussions des rejets des industries des pâtes et papiers sur la vie aquatique

The Science of the Total Environment, 14 (1980) 167--184 © Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam - - Printed in The Netherlands

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]~VALUATION DE LA POLLUTION ET DES RF_~ERCUSSIONS DES REJETS DES INDUSTRIES DES PATES ET PAPIERS SUR LA VIE ^

AQUATIQUE D. COUILLARD*

Institut National de la Recherche Scientifique (INRS-Eau), UniversitJ du QuJbec, C.P. 7500, Sainte-Foy, QuJbec G1 V 4C7 (Canada) (Re~u le 10 avril 1979; acceptd le 15 mai 1979)

ABSTRACT The pulp and paper sector has traditionally been numbered among those industries which are the most damaging to the environment. Based on the scientific literature, this article attempts to describe the behavior of different components of the aquatic environment when exposed to water quality modifications resulting from the effluents of these industries. The first aspect considered treats the global consequences of pulp and paper waste effluents on aquatic life in general. Then, for each of the principal parameters (suspended solids, dissolved oxygen, toxicity) affected by the discharge of these effluents, the article describes the more specific consequences of these agents on sedimentation, on photosynthesis and on the availability of dissolved oxygen in combination with mechanic damage to fish and the toxicity potentials of resinous acids and their derivatives, fatty acids (salts) and sulphurous derivatives on different aquatic organisms. Finally, problems of foul taste and odor (in water and fish) associated with the effluents of pulp and paper mills are discussed.

RI~SUM]~ Traditionnellement, le secteur des p~tes et papiers a toujours ~td au nombre des industries les plus dommageables pour le milieu. En s'appuyant sur la litt~rature scientifique, cet article tentera d'~tablir le c o m p o r t e m e n t des diff~rentes composantes de l'environnement aquatique face aux modifications apport~es ~ la qualit~ du milieu r~cepteur par les rejets de ces industries. Le premier aspect soulign~ donnera un aper~u des consequences globales des effluents de p~tes et papiers sur la vie aquatique en g~m~ral. Pour chacun des principaux param~tres affect~s (mati~res en suspension, oxyg~ne dissous, toxicitY) par le d~versement de ces effluents, l'article d~crit plus sp~cifiquement les c o n ~ q u e n c e s de ces apports sur le recouvrement des fonds, sur la photosynth~se et sur l'oxyg~ne dissous du milieu, et aussi en fonction des dommages m~caniques aux poissons et du potentiel de toxicit~ des acides r~sineux et d~riv~s, des acides gras (sels) et des compos~s sulfureux sur diffdrents organismes aquatiques. Finalement, l'auteur souligne les probl~mes de gofit et d ' o d e u r (~ l'eau et aux poissons) associ~s aux rejets d'usine de p~tes et papiers. * Professeur, INRS-Eau.

168 INTRODUCTION

Westfall (1948) avait d~j~ une idde bien arr~tde concernant le potentiel polluant des usines de pates et papiers versus l'environnement aquatique. Selon lui, t o u s l e s effluents provenant du processus industriel seraient dventuellement dommageables a un niveau quelconque de la vie aquatique. Les principaux parambtres ~ surveiller, selon Westfall, seraient la mati~re en suspension (MES), et plus particuli~rement la menace que reprdsentent les fibres de bois, compte tenu de la lenteur avec laquelle elles se ddgradent dans l'eau. Vient ensuite la demande biochimique en oxyg~ne (DBO), qui reprdsente un param~tre important dans la gamme des param~tres affectds par les ddversements d'effluents de pates et papiers, les principales sources de DBO dtant les composantes du bois comme telles ainsi que les substances servant aux diverses operations de mise en pate (Couillard, 1972). Westfall souligne l'effet toxique de certains composds bien sp~cifiques aux pates et papiers. Ces quelques param~tres, mis en dvidence par cet auteur, feront l'objet d'une attention particulibre de notre part.

MATII~RE E N SUSPENSION I~MISES P A R LES USINES DE P.~TES ET PAPIERS;

L'analyse des diverses caractdristiques polluantes des usines de pates et papiers montre que celles-ci (Couillard, 1979) envoient chaque jour ~ l'effluent des tonnes de mati~re en suspension. Cette derni~re se compose de multiples ~l~ments tantbt facilement biod~gradables, tantbt rdfractaires, c o m m e dans le cas des fibres de bois. La matitre en suspension et le recouvrement des fonds

Un premier impact qui peut ~tre encouru par la presence de la mati~re en suspension dite "r~fractaire" ~ la bioddgradation, serait le recouvrement graduel du lit du milieu r~cepteur (lac ou rivi~re). Ce phdnom~ne peut provoquer plusieurs r~percussions dommageables ~ la vie aquatique. Cette couche de mati~re organique accumul~e sur le fond diminue la productivitd du milieu en provoquant, par exemple, la suffocation des organismes benthiques. Pareille ~ventualitd se r~percute directement sur la chaine trophique. Une autre consdquence pouvant d~couler du recouvrement du fond par une couche de mati~re organique serait la destruction de certains types de fray~res qui ne peuvent exister que sur des fonds bien particuliers. S'il y a destruction des sites de fraie, la population est mise en danger. Vallin (1939) d~montra ces divers aspects provoqu~s par le recouvrement du fond. I1 insista surtout sur le fait qu'il existe un lien direct entre certains organismes benthiques et les poissons qui en d~pendent pour leur nourriture. Finalement, Vallin souligna un aspect inthressant qui peut ddcouler de cette modification du support biologique, soit la possibilit~ que cette nouvelle couverture du fond soit colonis~e par certains champignons ou bact~ries inddsirables.

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La mati$re en suspension et les dommages m~caniques aux poissons Un autre aspect n~gatif d~coulant de la mise en suspension d'une grande quantit~ de mati~res solides, en particulier les fibres de bois, se traduit par des dommages m~caniques s~rieux aux poissons. McLeod et Smith (1966) o n t r~alis~ une int~ressante ~tude fi ce sujet, off ils ont mis en ~vidence les diverses formes de dommages m~caniques pouvant ~tre faits aux poissons. Le dommage le plus courant serait le colmatage des branchies par les fibres de bois. I1 arrive m~me que certaines concentrations de fibres peuvent provoquer la m o r t de certaines esp~ces de poissons. Betts et Wilson (1966) recommand~rent fi cette effet que la concentration de solides en suspension soit inf~rieure fi 25 mg/l pour ne pas provoquer un "stress" sur les poissons. Jones (1964) fit une experience dans ce sens avec des truites arc-en-ciel (Salmo gairdneri); il a r~ussi fi faire survivre des truites pendant 7 mois fi des concentrations de fibres de bois allant de 50 fi 100 mg/1. I1 ne faut pas croire pour autant qu'il n ' y avait aucun dommage et on est en mesure de croire qu'il a dfi se produire un certain colmatage des branchies. En effet, il a d~jfi ~t~ observ~ qu'fi cause de la nature de certains solides en suspension, les poissons ne peuvent se d~barasser de cette presence ind~sirable dans les branchies, ce qu'ils f o n t ais~ment dans d'autres cas avec des s~cr~tions de mucus ou de simples ~ternuements. Jones observa ainsi qu'en augmentant la concentration h 200 mg/1, 50% des truites succombaient en delft de 12 semaines. Fry (1957) ~tudia ce r~flexe auto-nettoyant au niveau des branchies. I1 en arriva fi la conclusion que ce m~canisme de d~fense occasionnait une d~pense d'~nergie musculaire hors de l'ordinaire. En plus de cet effort inhabituel, les spasmes respiratoires en question semblaient diminuer l'endurance des poissons h la nage (Couillard et al., 1978). Les "stress" prbc~demment identifies ont fi leur t o u r des implications ~cologiques importantes. Par exemple, le fait de diminuer l'aptitude ~ se d~placer influence plusieurs aspects de l'activit~ normale du poisson, le rend plus vulnerable aux pr~dateurs, nuit fi sa croissance en diminuant sa capacit~ d'alimentation, donc, indirectement, influence la biomasse du poisson. Ces derni~res observations o n t ~t~ analys~es de plus pros par Herbert et Richards (1963). Donc, par le biais de la mati~re en suspension et en particulier fi cause de la presence des fibres dans le milieu r~cepteur, on peut diminuer la densit~ de la population de poissons en les ~liminant directement ou en rendant leur nourriture plus rare, ou en affectant leur m~tabolisme normal, ce qui peut provoquer des r~percussions fi long terme. La mati$re en suspension et la photosynth~se I1 existe un autre aspect ~ ne pas n~gliger qui est attribuable ~ la mati~re en suspension: une grande quantit~ de mati~re en suspension augmente la turbidit~ et, par consequent, diminue la p~n~tration de la lumi~re, ce qui a pour effet d'influencer la photosynth~se. Donc, jusqu'A une certaine mesure, toute la cha~ne alimentaire peut ~tre influenc6e par cet aspect: on sait que le p h y t o p l a n c t o n d~pend de la quantit~ de lumi~re qui p~n~tre dans le milieu,

170 le zooplancton d~pend du phytoplancton et de nombreux poissons d~pendent de ces deux ~l~ments de la chaine trophique.

LA DEMANDE BIOCHIMIQUE EN OXYGENE Les ~cosyst~mes aquatiques reposent sur l'~quilibre et la presence de certains param~tres physico-chimiques pour assurer leur existence. Parmi ces param~tres, l'oxyg~ne dissous est certes l'un des plus critiques. La faune aquatique a besoin d'un minimum d'oxyg~ne; l'introduction d'effluents charges de mati~res biod~gradables comme les effluents des pates et papiers influence directement la disponibilit~ en oxyg~ne du milieu. Dans certains cas, on rejette tellement de mati~res organiques, qu'on d~passe le pouvoir a u t o ~ p u r a t e u r du milieu; alors celui-ci devient ana~robique, ce qui est fatal pour la majorit~ des organismes y vivant. Toutes les mati~res organiques que l'on retrouve dans les effluents industriels ne sont pas ~galement biod~gradables. Prenons le cas de la lignine dans les effluents de pates et papiers: il appert que cette substance peut exiger une p~riode de 90 ~ 140 jours pour s'oxyder. I1 est ~vident que dans un pareil cas, les mesures de DBOs d'un effluent ne tiennent pas compte de ces substances; c'est pourquoi on doit mesurer aussi la demande chimique en oxyg~ne (DCO). Lesauteur (1967) d~montra l'importance de tenir compte des deux param~tres ~ la fois, dans les cadres de son ~tude sur la rivi~re des Outaouais (Canada). I1 observa par la mesure de la DBOs que la rivi~re atteignait son taux normal de demande biochimique en oxyg~ne approximativement 10 milles en aval d ' O t t a w a (Canada). Lorsqu'il tient compte de la DCO, le d~ficit en oxyg~ne se fait sentir au-del~ de 70 milles en aval de la capitale. Cette observation devrait ~tre valable dans t o u s l e s cas o~, sur un cours d'eau, se sont implant~es des usines de pates et papiers.

L 'oxyg$ne dissous et l'$cosyst~me aquatique T o u s l e s chercheurs s'entendent pour reconna]tre l'importance capitale de l'oxyg~ne dissous dans l'~cosyst~me aquatique, mais ils ne semblent pas tous d'accord quand il faut parler de concentrations critiques. Certains chercheurs consid~rent, c o m m e dose acceptable d'oxyg~ne dissous, la quantit~ n~cessaire pour qu'un poisson puisse survivre, peu importe les difficult~s ("stress") qu'il ~prouve. D'autres auteurs sont plus stricts et consid~rent c o m m e concentration critique, non pas uniquement la survie du poisson, mais le comp o r t e m e n t de celui-ci c o m m e la facilit~ ~ se d~placer, par exemple. Dans cette question de concentration critique d'oxyg~ne dissous, il faut tenir compte aussi des categories de poissons impliqu~s. Par exemple, les poissons dits d'eau chaude n ' o n t certes pas les m~mes exigences que les poissons dits d'eau froide; il arrive m~me qu'~ l'int~rieur d'une m~me cat~gorie de poissons, les exigences ne soient pas les m~mes. Wilding (1939) a r~alis~ une bonne revue de la litt~rature concernant les seuils d'oxyg~ne dissous pour diverses esp~ces de poissons. I1 trouva ainsi que

171

le seufl critique pour "Ide dor~" (Leuciscus erythrophthalmus) etait de 1.0 ppm d'oxyg~ne dissous et qu'~ des concentrations inferieures ~ 0.71 ppm, la survie de cette esp~ce devient impossible. Wilding releva aussi qu'une concentration de 7.1 ppm d'oxyg~ne etait largement suffisante pour la carpe (Cyprinus carpio); le seuil critique pour ce poisson se situait autour de 4.3 ppm, en deq~ de quoi il eprouvait de serieuses difficultes. On est arrive aussi determiner le seuil critique de la truite a 1.14ppm d'oxyg~ne pour une temperature de 6.5°C et 3.4 ppm pour une temperature de 25°C. La temperature a une influence directe sur la consommation en oxyg~ne par les divers organismes de l'ecosyst~me. Cette exigence metabolique veut que pour une augmentation de temperature les organismes poikilothermes exigent une quantit~ d'oxyg~ne plus grande que la quantit~ initiale. C'est pour cette raison que, la majeure partie du temps, les concentrations critiques d'oxyg~ne sont fixees pour des temperatures donnees. Wilding (1939) trouva aussi les concentrations critiques pour le poisson rouge (Cracius auratus), soit 0.56 ppm pour une temperature de l l ° C et 0.6 ppm ~ une temperature de 27°C. Van Horn et al. (1949) etudi~rent une autre facette de la disponibilit~ en oxyg~ne pour l'ecosyst~me aquatique. Ils ont observe que la concentration en oxyg~ne dissous pouvait influencer le developpement des oeufs de poissons. Ils ont fait leur experience sur les oeufs de dotes jaunes (Stizostedion vitreum). Les r~sultats experimentaux demontrent que pour une concentration de 3 ppm d'oxyg~ne dissous (OD), le temps de developpement des oeufs est plus court (36 h) que pour le cas oi~ la concentration est de 2 ppm, le temps de developpement etant alors de 72 h. De plus, ils ont observe que durant ce laps de temps qui caract~rise les concentrations differentes en oxyg~ne dissous, il y avait des differences dans le taux de mortalit~ ainsi que dans le potentiel d'activit~ des alevins. Plus recemment, Jones (1964) estima que 6 ~ 7 mg/1 d'oxyg~ne dissous 5--10°C constituait le seufl critique ~ l'activit~ normale de la truite arc-enciel (Salmo gairdneri). Hicks et Dewitt (1971) fix~rent les concentrations suivantes en OD en fonction du LTs0 (le temps necessaire pour que 50% des poissons participant ~ une experience meurent, compte tenu de certaines concentrations) dans des effluents de procede kraft: OD (mg]l)

LTs0 (h)

3.4 4.1 4.8 5.6 6.6 8.1

11.0 16.5 16.5 17.5 27.0 56.0

Compte tenu de l'ensemble de ces observations, on peut ~tre en accord avec le "U.S. Interior Dept." (1967) qui recommande une concentration

172 minimale de 5 mg/1 pour les eaux chaudes et une concentration de 6 ~ 7 mg/1 p o u r les eaux froides. Diminuer ces concentrations par le biais de la pollution p e u t ~tre des plus dommageable pour les diverses composantes environnementales. C'est pourquoi les usines de pfites et papiers n'~chappent pas cette responsabilit~ face fi l'environnement, ~tant donn~ l'importante quantit~ de mati~res organiques qu'elles d~versent r~guli~rement par leurs effluents.

LE POTENTIEL POLLUANT DU CHLORE ET DE SES DERIVI~S Le chlore est un ~l~ment tr~s toxique pour la vie aquatique. On le retrouve habituellement sous forme d'acides hypochloriques. Dans le cas des effluents de pfites et papiers, le chlore est susceptible de se lier d'abord avec les compos~s ~ base de lignine, cette r~action n~cessitant une condition de pH favorable. Plusieurs chercheurs s'int~ress~rent fi l'impact des compos~s chlor~s sur l'~cosyst~me aquatique. Taylor et James (1928) d~montr~rent que les jeunes truites arc-en-ciel (Salmo gairdneri) ne pouvaient survivre plus de 2 h fi des concentrations de 0.3 mg/1 de chlore. Pike (1971) fit des experiences sur la truite brune (Salmo trutta). I1 observa que des truites expos~es fi une concentration de 0.04 mg/1 de chlore fi une temperature de 11°C, pendant 2 min, ne pouvaient survivre plus de 24 h, m~me si on les remettait darts une eau fraiche. I1 fit quelques autres experiences fi diverses concentrations et d~montra que des truites brunes (Salmo trutta) expos~es pendant une p~riode continue fi une concentration de 0.03 mg/1 de chlore ne pouvaient survivre plus de 7 h et demie. M~me pour une concentration de 0.01 mg/l, l'esp~rance de vie de la truite ne d~passait pas 45 h. Jones (1964) s'int~ressa aussi fi l'impact des chlorures et observa que des truites arc-en-ciel (Salmo gairdneri) ne pouvaient survivre plus de 8 jours des concentrations de 0.08 mg/1 de chlorure. I1 ~tablit m~me que le seuil de s~curit~ p o u r le chlore devrait se situer fi 0.004 mg/1. Zillich (1972), pour sa part, s'int~ressa ~ la r~action des men~s face au chlore. I1 observa que le seuil l~thal pour les "men~s fi g o s s e t~te" (Pimephales promelas) se situait entre 0.04 et 0.05mg/1 de chlore. On observa que m~me la fraie pouvait ~tre influenc~e par la presence de chlore. Zillich (1972) indiqua qu'une concentration aussi faible que 0.085 mg/1 de chloramine pouvait presque suffire ~liminer la fraie des "mends ~ grosse t~te" et qu'une concentration de 0.043 mg/1 pouvait suffire fi diminuer consid~rablement le nombre d'oeufs. Sprague et Drury (1969) observ~rent un 6trange c o m p o r t e m e n t de la truite arc-en-ciel (Salmo gairdneri) face au chlore. Les truites d~montraient une apathie lorsqu'elles ~taient plac~es pendant quelques heures ~ des concentrations de chlore allant de 0.001 mg/1 ~ 1 mg/1; par contre, cette apathie semblait disparaitre lorsqu'on laissa la truite pendan~quatre jours ~ une concentration de 0.1 mg/1. On remarqua m~me que la truite semblait attir~e par l'eau chlor~e.

173 LE POTENTIEL POLLUANT DES COMPOS]~S)k BASE DE SOUFRE Parmi les compos~s les plus toxiques 6mis par les usines de p~tes et papiers, on retrouve les composds sulfurds, lesquels ont fair l'objet de nombreuses recherches. Le Tableau 1 (Brouzes, 1975) prdsente un aperTu des valeurs considdrdes comme critiques pour les produits sulfur, s. Dans ce tableau, on peut retenir que les ~ldments les plus toxiques sont l'anhydride sulfureux, le mdthyle mercaptan, le sulfure de dimdthyle, le disulfure de dimdthyle, le sulfoxide dim6thyle et le sulfure de sodium. Seppovaara (1971) d6montra clairement la toxicith des produits sulfurds quand il observa que des saumons et des perches ne pouvaient survivre audela de 96 h quand ils sont soumis ~ une eau dont la concentration en soufre total atteint 0.4 a 0.6 mg/1. JemelSv (1973) observa une toxicith accrue chez les poissons quand les sulfures totaux sont en majorit~ compos6s d'anhydride sulfureux et de composds organo-sulfur6s. La dose ldthale atteignait 0.25 mg/1 et il observa de nombreux changements pathologiques dans les organes et dans le sang.

LA TOXICIT]~ DES EFFLUENTS DE P~kTESET PAPIERS ET L'ENVIRONNEMENT Westfall (1948) caracthrisa 3 diff~rents types d'~l~ments toxiques, le premier ~tant le toxique ~ effet direct qui provient principalement des composantes du bois comme telles (r~sines, acides gras, thr~benthine, lignine, etc.) ou des produits chimiques servant ~ la cuisson du bois. L'autre grand type de toxique identifi~ se rapporte aux effets toxiques cumul$s. I1 arrive que par le jeu des dilutions ~ l'~gout, les effets toxiques agissent fi retardement. Le troisi~me type d'~l~ment toxique identifi~ par Westfall se rapporte aux produits sp~cifiques provenant des diff~rentes substances employees dans le procbd~ de mise en pfite. Le d6nominateur commun pour ~valuer les divers effets toxiques des effluents de phtes et papiers est l'application de la th~orie des doses l~thales, i.e. une concentration donn~e provoquant la mort chez 50% de la population expos~e en un temps donn~ (habituellement 96 heures). Van Horn et al. (1950) furent parmi les rares chercheurs fi avoir tentd de v~rifier l'impact toxique des pfites et papiers kraft sur diff~rents organismes fi la fois. Pour les poissons, ils se servirent d'esp~ces assez sensibles: les mends (Notropis spilopterus; Notropis atherino~des). Ils ~tudierent aussi l'impact des toxiques fi diff~rents niveaux de la chaine trophique. Ils choisirent une Cladoc~re, la daphnie, et les larves d'insectes de Trichopteres, Pl~copthres et M~galopthres. Tousles essais furent r6alisds en laboratoire dans des conditions contrbl~es, la :seule diffdrence ~tant dans la grandeur de l'aquarium utilisd pour les poissons et les daphnies. Le premier jalon de leur recherche visait ~ ddterminer, ~ partir d'une s~rie d'exp@riences, quels ~taient les composds provenant des eaux us6es kraft

(CH3)2 S (CH3)2 S2 (CH3)2 S O Na 2S

Sulfure de d i m ~ t h y l e

Na2 $2 0 4 Na2 $4 06 NaHS Na2 $2 02

H y d r o s u l f a t e de s o d i u m

TStrathionate de sodium H y d r o s u l f u r e de s o d i u m

Thiosulfite de sodium

a b c d e f

0.3 d

2500 c 2500 d

1.0 c 1.0 d

0.5 d

3.0 e

0.5 e

1.0 e

Mort du premier poisson (mg/1)

SULFUR]~S

1.8 d

1800 f

100 f

750 f

3500 f 10000 f 100 f

550 f

5500 f

5.0 d 6700 c 6700 d

0.5 ~ 300 f

2f

54 f

23 f 4f

(mg/1)

150 f 15 f

48 h LCs0

24 h LCs0

(mg/l)

Daphnie

3.0 c 3.0 d

1.2 c 0.9 d

1.0 c 1.0 d

LC m i n i m a l e b (mg/l)

Concentration critique: quantit~ maximale de toxique pouvant ~tre tol~r~e par les poissons sans causer la mort. Concentration l~thale minimale: la plus petite quantit~ d'agent toxique pouvant causer 1 0 0 % de mortalit~s. Haydu et al. (1952). Cole (1935). Van Horn et al. (1950). JernelSv (1973).

Sulfate de sodium

Sulfite de s o d i u m

Na2 $2 03 Na2 SO3 Na2 SO4

Thiosulfate de sodium

S u l f o x i d e de d i m ~ t h y l e Sulfure de s o d i u m

Disulfure de d i m ~ t h y l e

CH3SH

Mdthylemercaptan

0.9 c

0.5 c 0.3 d

H2S

LES PRODUITS

Anhydride sulfureux

POUR Concentrations critiques a (mg/1)

TOXIQUES

Param~tres

TABLEAU ia SYNTHI~SE DES VALEURS

b=A

a Van Horn et al. (1950). b Cole (1935). c Haydu et al. (1952).

Sulfure de sodium Thiosulfate de sodium Sulfite de sodium Sulfate de sodium Hydrosulfate de sodium T~trathionate de sodium Hydrosulfure de sodium Thiosulfite de sodium

Anhydride sulfureux M~thyle mercaptan Sulfure de dim~thyle Disulfure de dim~thyle Sulfoxide de dim~thyle

Param~tres

100

100

10.0

3 5 100

1,0 1.0

Daphnies a

1.0 0.5

Men~s a

LC minimale (rag/l)

100

1.0

1.0 1.0

Larves eph~m~ropt~res a

T A B L E A U Ib SYNTHESE DES V A L E U R S TOXIQUES P O U R LES PRODUITS SULFURES

0.5 5.0 20

1.75

3.0 100

0.7 1.0

120 h LCs0 pour la truite c

1.0 0.5

LC minimale provoquant la mort de t o u s l e s poissons b

¢91

b.a

176

(Tableau 2) qui pourraient ~tre considdrds comme toxiques. Le Tableau 3 illustre les rdsultats de cette premiere phase expdrimentale. On peut retenir de ce dernier tableau concernant l'ensemble des ~ldments considdrds c o m m e toxiques et rejetds dans le milieu aquatique par le procddd de mise en p~te kraft, que le mdthyle mercaptan, le sulfure d'hydrog~ne et les acides rdsineux sont parmi les plus toxiques. A partir de ces premieres considdrations, il est intdressant de voir c o m m e n t les autres organismes retenus (Van Horn et al., 1950) ont pu se comporter avec les m~mes compos~s (Tableau 4). Cette ~tude d'une dur~e de 6 mois porta sur 5 usines kraft. La premibre partie de l'dtude visait ~ identifier les composds les plus toxiques pour l'environnement. La deuxi~me partie cherchait ~ ddterminer la quantit~ de chacune des mati~res toxiques susceptibles de se retrouver ~ l'effluent et aussi leur concentration une fois rendues ~ la rivi~re. Le Tableau 5 donne un aper~u des rdsultats d'analyse de la qualitd des eaux usdes d'un moulin typique de mise en p~te avec le proc~dd kraft (Couillard, 1979). La principale observation qu'on doit tirer de cette derni~re dtude est que les concentrations ~ l'effluent atteignent et ddpassent fr~quemment, pour plusieurs polluants, les doses l~thales, en particulier pour les mercaptans et les savons ~ base d'acide rdsineux. Cela signifie qu'en absolu, ~ l'effluent, il y a de n o m b r e u x composds qui sont toxiques, mais lorsqu'on tient compte du taux de dilution en rivi~re, il n'y a plus aucune dose ldthale et cette observation est valable pour la majoritd des cas, car les moulins sont habituellement installds sur des rivi~res qui ont un bon d~bit. M~me dans le pire des cas, c o m m e l'a suppos~ Van Horn (1960), oh l'on prendrait le taux de dilution le plus faible (94) avec les concentrations les plus fortes ( 2 5 . 8 p p m pour les sulfures, 8.1 ppm pour les mercaptans, 1 8 . 0 p p m pour les acides rdsineux, l l 5 p p m pour l'hydroxide de sodium et un pH de 9.4}, on n'atteint pas encore les doses ldthales. I1 ne faut pas croire pour autant que les usines de p~tes et papiers sont inoffensives pour le milieu rdcepteur et que les dangers ne r~sident que dans l'effluent comme tel. Ici, fl faut remettre en question la notion de dose ldthale (LCs0)*. Ce concept de dose l~thale est un concept plus ou moins arbitraire permettant de statuer au niveau des effluents. Le probl~me intervient lorsque certains exp~rimentateurs n'admettent pas qu'il y a toxicitd, lorsque la dose ldthale LCs0 n'est pas atteinte. Cela veut dire que si 40% d'une population meurt lorsqu'elle est soumise ~ une concentration donnde, on ne doit pas considdrer cette concentration c o m m e toxique. Et pourtant, l'exp~rience montre que m~me si une substance ne cause pas directement la mort, elle peut provoquer suffisamment de dommages aux diverses composantes de l'dcosysthme aquatique pour mettre des populations en pdril ~ plus ou moins long terme. On peut parler alors de doses subldthales, i.e. routes substances introduites dans le milieu par l ~ o m m e et qui sont la cause d'une * LCs0 : Concentration ~ laquelle 5 0 % de la population soumise ~ cette dose meurt et ce, dans un laps de temps inf~rieur ~ 96 h.

177 TABLEAU 2 LISTE DES P R O D U I T S T O X I Q U E S D A N S LES REJETS K R A F T

A cides r$sineux et d$riv$s

Aeides abidtiques et d~rivds Acide d~shydroabi~tique Acide oxodSshydroabidtique Acide monochlorod~shydroabi~tique Acide dichlorod~shydroabi~tique Abi~tate de Na D~shydroabi~tate de Na Acides st~ariques et d~riv~s Acide ~poxyst~arique Acide di~poxyst~arique Acide dichlorost~arique d~riv~A d~riv~ B Acide dim~thoxyst~arique Acide m~thoxyhydroxyst~arique Isopimarate de Na Acides gras (sels)

Acide palmitol~ique Acide ol~ique Acide linol~nique Acide linol~ique Compos$s sulfureux

Lignine

M~thyl-~thyl c~tone T~trachloro~-benzoquinone Gua~acols

Trichlorogudiacol T~trachlorogu~/iacol ~ Catechols

Trichlorov~ratrole

Dichlorocatechol S Trichlorocatechol T~trachlorocatechol Pentachlorocatechol A utres alcools

Ethanol M~thanol 4-(P-tolyl)-l,1 pentanol Eugdnol Trans-iso~eugdnol a-terpin~ol Phenols

Pentachlorophdnol 4~thyl-2-m~thoxyph~nol

Acide sulfurique Sulfure de Na Thiosulfate de Na Sulfydrate de Na Hydrosulfure de Na Sulfure d'hydrog~ne Dim~thylsulfure Dim~thyldisulfure Mercaptans m~thyl-mercaptans Sulfite de Na Sulfate de Na Hydrosulfite de Na TStrathionate de Na Thiosulfite de Na Dim~thylsulfoxyde ddthrioration quelconque au niveau de la qualith de la vie d'une esp~ce donn6e. Cette notion (la dose subldthale) attribue aux usines de phtes et papiers leur caracthre nocif et polluant. Le Tableau 6 illustre bien quelques ~tudes faites sur des effets subldthaux provenant des effluents d'usines kraft, ~ partir de diverses esp~ces de poissons. Malheureusement, ces effets subldthaux des usines de phtes et papiers ne sont que rarement considdr~s dans les analyses d'imp acts.

178 TABLEAU 3 LES DOSES LI~THALES MINIMALES POUR LES MENI~S, DOSES PROVENANT DES COMPOSES D'UN EFFLUENT DE PATE A PAPIER KRAFT Compos~s

Doses l~thales minimales (ppm)

Hydroxide de sodium Sulfure de sodium M~thyle mercaptan Sulfure d'hydrog~ne Thiosulfate de sodium Formaldehyde Chlorure de sodium Carbonate de sodium Sulfate de sodium Alcool m~thylique Acides r~sineux (et sel de sodium) Acides gras (et sel de sodium)

100.0 3.0 0.5 1.0 5.0 50.0 2500.0 250.0 100.0 1000.0 1.0 5.0

TABLEAU 4 DOSES LETHALES MINIMALES POUR LES DAPHNIES, LES LARVES DE TRICHOPTI~RES ET LES LARVES DE^CHIRONOMIDES, DOSES PROVENANT DES COMPOSES D'UN EFFLUENT DE PATE KRAFT Compos~s

Hydroxide de sodium Sulfure de sodium Sulfure d'hydrog~ne M~thyle mercaptan Sel de sodium, acides r~sineux Sel de sodium, acides gras

Concentrations l~thales minimales en ppm pour: Daphnies

Larves de Trichopt~res

Larves de Chironomides

100.0 10.0 1.0 3.0 3.0 1.0

100.0 1.0 1.0 ---

700.0 1000.0 750.0 50.0 50.0

LA TOXICITI~ DES EFFLUENTS DE P.~TES ET PAPIERS ET LES INVERTI~BRES Les invert~br~s s o n t aussi affect~s p a r les e a u x usees des p a t e s et papiers. P a r m i ceux-ci, les huitres f u r e n t les plus ~tudi~es, s u r t o u t a cause de leur i m p o r t a n c e c o m m e r c i a l e . W o e l k e ( 1 9 6 0 ) s'int~ressa p a r t i c u l i ~ r e m e n t ~ l ' i m p a c t des liqueurs us~es ~ base de sulfites sur le cycle de r e p r o d u c t i o n des h u i t r e s Olympia sp. ainsi q u e sur les h u i t r e s Ostrea aurida. W o e l k e ( 1 9 6 0 b ) d ~ m o n t r a , en l a b o r a t o i r e , q u e les liqueurs us~es ~ base de sulfites p e u v e n t i n t e r r o m p r e le c y c l e de r e p r o d u c t i o n des h u i t r e s Ostrea lurida ~ p a r t i r d ' u n e c o n c e n t r a t i o n de 16 p p m . I1 d ~ m o n t r a aussi q u e des c o n c e n t r a t i o n s plus faibles (2, 4, 8 p p m ) de liqueurs de cuisson ~ base d ' a m m o n i a q u e p o u v a i t avoir des i n f l u e n c e s n~fastes sur le cycle de r e p r o d u c t i o n des h u i t r e s Olympia sp.

179 TABLEAU 5 Rl~SULTATS OBTENUS D'ANALYSE D'EAUX USI~ES D'UN MOULIN TYPE DE P.~TES ET PAPIERS KRAFT Echantillon No.

Taux de dilution en rivi~re

Sulfure (ppm)

Mereaptan (ppm)

Acides r~sineux (ppm)

Hydroxide de sodium (ppm)

pH

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

170 178 185 275 224 142 123 173 173 166 153 157 156 113 96 94 136

0.7 1.5 1.0 18.4 0.2 0.9 0.8 0.2 0.2 0.0 0.2 0.0 2.1 0.4 0.0 25.8 3.6

1.5 4.1 1.2 12.0 0.7 1.6 1.6 1.4 1.2 1.2 1.1 0.6 1.9 1.6 3.1 8.1 5.1

5.0 18.0 5.0 18.0 3.0 3.0 3.0 5.0 2.0 3.0 3.0 2.0 3.0 3.0 5.0 18.0 5.0

6.6 61.4 12.0 114.0 0.0 0.0 14.7 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 13.3 4.0 9.3 115.0 13.7

8.6 9.9 9.0 10.6 8.2 8.2 8.7 8.3 7.6 7.9 8.4 8.3 8.9 8.5 8.7 9.4 8.9

Ces observations ~ p r o p o s des huitres nous p e r m e t t e n t de faire le p o i n t p o u r m o n t r e r l'importance que p e u v e n t j ouer les invert~br~s dans l'~valuation de la qualit~ d ' u n e rivi~re. Hynes {1958) est l'un de ceux qui d~fendent la th~orie voulant que les invert~br~s soient de bons indicateurs de pollution aquatique. Un des avantages des invert~br~s, t o u t c o m m e les plantes d'ailleurs, c'est qu'ils ne peuvent changer r a p i d e m e n t de place dans le milieu et, par consequent, doivent subir t o u s l e s changements apport~s aux conditions locales. C'est p o u r cette raison qu'ils peuvent devenir de bons indicateurs de la qualit~ de l'eau, d S p e n d a m m e n t de la tolerance des esp~ces impliqu~es. La disparition subite d ' u n e esp~ce sensible indique qu'il y a des modifications la qualit~ du milieu. Beak (1965) s'est servi de cette m~thode p o u r ~valuer la qualit~ de certains cours d'eau r~cepteurs d'effluents de mise en pfite kraft. I1 en arriva a la conclusion que p o u r la faune benthique, qui vit sur les fonds des rivi~res dans les r~gions off on exploite des usines de pfites et papiers, en Am~rique du Nord, on d~nombrait 15 ou 20 groupes diff~rents reproduits au Tableau 7. Selon Beak, les premiers effets de la pollution se manifestent par la dimin u t i o n du n o m b r e d'esp~ces intol~rantes; par exemple, le genre Hexagenia apparait tr~s sensible aux diminutions d'oxyg~ne dissous, d'autres esp~ces se r~v~lant plus sensibles aux toxiques, c o m m e les organismes du genre Sialis. La prochaine ~tape d'observation, qui t~moigne de la d~gradation du milieu,

Fonctions et syst~mes affect~s

Respiratoire

Cireulatoire

M~tabolique

Croissance

Croissance

Comportement

Comportement

Pathologie et morphologie

Esp~ces affect~es

Truite arc-en-ciel

Saumons Coho

Saumons Coho

Saumon Sockeye

Saumon Chinook

Saumon Coho

Sockeye, Saumon du Pacifique

Saumons Chinook

Les pupilles des yeux deviennent opaques H~morragies internes D~coloration du foie

Facult~ de s'orienter dans les courants

Faqon de se nourrir

Baisse du taux de croissance

Baisse du taux de eroissance

Augmentation de l'acidc lactique Diminution de l'habilet~ ~ nager

41.3 g

4 b 10 g

Juveniles

12

8

10 ~ 13

7 ~ 13

15

13 -+ 1

Juveniles 2.4 i 2.8 g

11 -+ I

11 + 1

10.5 -+ 0.5

11 +- 1

T (°C)

Juveniles

Juveniles

207 ~ 312 g

Augmentation du besoin en 02 R~duction du nombre des cellules blanches du sang

8 ~ 10 pouces

Longueur et/ou poids

Eternuements frequents

Effets des effluents kraft

TABLEAU 6 EFFETS SUBLETHAUX DES EFFLUENTS D'USINES DE PATE KRAFT (BROUZES, 1975)

0.8 LCs0

0.1 ~ 0.2 LCs0

0.14 ~ 0.35 T L ~

10 ~ 25% d'un effluent kraft normal

0.20 T L ~

0.25 T L ~

0.1 TL96

0.33 LCs0

1.1% d'un effluent kraft normal

Seuil approximatif

Composite d'effluent

Effluent de blanchiment kraft

Apr~s 2 semaines d'exposition

Effluent kraft non blanchi

Exposition d'environ 8 semaines

Apr~s 200 jours d'exposition Apr~s 200 jours d'exposition

Apr~s 21 jours d'exposition

Possibilit~ d'adaptation

Commentaires

Scrvizi et al. (1966)

Masson et Davis (1971 )

Webb et Brett ( 1972)

Howard et McLeay ( 1971 )

Brouzes (1975)

Davis (1973)

Walden et al. (1970)

R~f~rences

O

~0

181 TABLEAU 7 LES PRINCIPAUX GROUPES BENTHIQUES POUVANT SERVIR D'INDICATEURS BIOLOGIQUES (BEAK, 1965)

Esp~ces

Les pr6dateurs

Les herbivores

Intol6rantes

Sialissp.

Eph6m6roptSre Trichopt~re

Trichopt~re Odonate Pl6copt~re Facultatives

P61opiin6 Procladius sp. Anatopynia sp.

Tendip6did6 P61opiin6

Hirudin6 Tol6rantes

Procladius

D6composeurs

Amphipode Isopode Oligoch~te P616cypode Tubificid6 Oligoch~te

Culiciformis sp.

se manifeste par la compl~te disparition des esp~ces intoldrantes. II arrive que pour un milieu donnd, la pollution soit devenue si importante qu'on assiste la disparition des derniers organismes facultatifs c o m m e les Hirudin~s et qu'en m ~ m e temps on observe l'apparition des esp~ces tol~rantes c o m m e les Tubifidds et les Lumbriculidds. II faut mentionner qu'il existe une autre composante au concept d'index biotique, soit les densitds de population. Avant qu'une esp~ce disparaisse compl~tement, il est possible qu'on observe des modifications dans la densit~ de population, ce qui peut ddja ~tre consid~rd c o m m e un indicateur de pollution. A la lueur de ces observations, Beak sugg~re un index biotique (Tableau 8) bas~ sur la faune des macro-invertdbr~s. C o m m e on le remarque, l'index compte 6 classes distinctes allant d'une eau limpide et pure jusqu'a une eau des plus pollu~e oa on ne retrouve m ~ m e plus de faune. Beak prend soin d'associer le potentiel ichtyologique susceptible d'etre retrouvd dans chacune des classes. Cet index biotique est fondd sur l'observation des changements dcologiques occasionn~s par la modification du milieu, et ilpeut se rdvdler un outil fort intdressant en mati~re d'dvaluation d'impact, surtout au niveau de la notation.

LES S O U R C E S P O L L U A N T E S

PROVOQUANT

LE G O O T ET L ' O D E U R

Parmi les effets subldthaux engendrds par les effluents d'usines de p~tes et papiers, celui le plus remarqu~ par le profane est sans aucun doute l'odeur et le go~t qui peuvent se transrnettre ~ la chair des poissons et ~ l'eau. Cook et Hocs (1971) r~alis~rent une ~tude int~ressante concernant le goflt et l'odeur que l'on retrouve chez la perche (Perca flavescens) qui vit non loin de l'usine Domtar, ~ Cornwall (Canada). Ils ~tablirent que les principaux pro-

Index biotique 6

5~4

3

2

1 0

Etat de la pollution

Non pollute

l.~g~rement pollute

Mod~r~ment pollute

Mod~r~ment ~ fortement pollute

Fortement pollute

Tr~s fortement poUu~e et habituellement toxique

TABLEAU 8 INDEX BIOTIQUE (BEAK, 1965)

Aucun macro-invert~br~ n'est present.

On ne retrouve que les d~composeurs trJs tol~rants et en grand nombre.

Si on est en pr~,sence d ' u n e pollution toxique, les esp~ces sensibles et tol~rantes r~duites en nombre, si c'est une pollution organique, les queiques esp~ces insensibles aux faibles concentrations d'oxyg~ne sont pr~sentes en grand nombre.

T o u t ~ les esp&ces sensibles sont absentes, m~me certaines esp~ces facultatives de pr~dateurs comme les Hirudines peuvent ~tre absents. Les pr~dateurs (p~lopiin~) et les herbivore~ (tendip~did~) s o n t presents des densit~,s mod~r~,es.

La deusit~ de population des esp~ces seusibles de pr~dateurs et d'herbivores d ~ r o i t rapidement. Par ailleurs les esp~ces facultatives de pr~dateurs et d'herbivores et p o u i b l e m e n t les d~composeurs sont appel~s b s'accroltre en nombre A mesure que r i n d e x d~cro~t.

Toutes les esp~ee~ peuvent ~tre r e p r ~ e n t ~ s : des plus sensibles jusqu'aux d~composeurs, par contre aucune esp~ce ne pr~domine d'une faqon marquee au point de r u e hombre.

Type de c o m m u n a u t ~ d e macro-invert~br~s

Aucun poisson.

On ne retrouve q u e q u e ] q u e s poissons des plus tol~rants.

Si on retrouve des poissons, il ne pourra s'agir que des esp~ces reconnues comme fortement tol~rantes b la pollution.

Seulement les poissons tol~rants peuvent s'y maintenir.

Les esp~ces les plus seusibles de poissous sont appel~es b d~croltre et m~me disparaitre.

Toutes les esp~ces de poissons susceptibles d'habiter ce type de milieu peuvent s'y retrouver.

Potentiel ichtyologique

00 t~

183

duits provoquant ces consequences ddsagr~ables ~taient les mercaptans ainsi que route la gamme des produits sulfur, s. La majeure pattie de ces composds sont produits par le lessiveur ou par les pertes assocides ~ la fournaise de rdcup,ration (CouiUard, 1979). I1 va de soi que le goSt et l'odeur affectant l'eau par le biais des effluents de p~tes et papiers constituent un ddsavantage p o u r l'approvisionnement en eau potable.

REMERCIEMENTS

Cette revue de la litthrature a ~td r~alis~e dans le cadre d'un projet de recherche subventionn~ par le CNR, Ottawa, Canada (subvention A3711).

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