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By anne-marie.dubois - Posted on 28 janvier 2016

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Expertises

Géochimie et écotoxicologie aquatique

 

418 654-2538

418 654-2600

peter.campbell@ete.inrs.ca

 

Centre Eau Terre Environnement

  • 490, rue de la Couronne

    Québec (Québec)

    G1K 9A9 CANADA

 

 

 


 

Intérêts de recherche

 

Pour plusieurs métaux bivalents (ex. Cd, Cu, Pb, Zn) et pour des milieux artificiels étudiés au laboratoire, il existe beaucoup de données démontrant que la réponse biologique provoquée par le métal dissous dépend de la concentration de l’ion métallique libre, Mz+. Pour un organisme aquatique donné, les effets biologiques d’un métal dissous vont également dépendre de divers autres facteurs environnementaux (ex. pH, dureté, [Ca], salinité, [matière organique dissoute]). Ces facteurs peuvent, en principe, agir de deux manières : directement sur l’organisme, en influant sur sa physiologie et donc sa sensibilité au métal; et indirectement, en influençant notamment la spéciation du métal dans le milieu. Les recherches du professeur Campbell visent le développement d’un modèle général pour prédire la biodisponibilité des métaux traces chez les organismes aquatiques; ce modèle devra tenir compte de la spéciation du métal ainsi que de l’influence directe de divers facteurs environnementaux : la matière organique dissoute, le calcium, la salinité et le pH.

 

Les recherches en cours comprennent des éléments de chimie analytique, de géochimie et de toxicologie aquatique. D’abord, on vise le développement de méthodes analytiques fiables pour déterminer la spéciation de certains métaux traces dissous, aussi bien dans les eaux naturelles que dans les milieux synthétiques utilisés pour des bioessais; on s'intéresse à des métaux essentiels (ex. Cu, Zn) ainsi qu’à des métaux non essentiels (ex. Al, Ag, Cd). L’application de telles méthodes analytiques à des eaux naturelles permet d’étudier le comportement géochimique de ces métaux et d’identifier/quantifier les facteurs qui contrôlent leur spéciation et leur mobilité. Finalement, on poursuit des recherches écotoxicologiques complémentaires sur ces mêmes métaux, dans le but d’élucider les relations existant entre les formes de métal présentes dans les eaux naturelles et leurs effets biologiques. Pour les métaux cationiques et leurs complexes hydrophiles, nous avons choisi comme point de départ le Modèle du ligand biotique (BLM ou Biotic Ligand Model), compte tenu de sa capacité indéniable de rationaliser la grande majorité des données toxicologiques obtenues au laboratoire, dans des milieux artificiels. Il s’agit ici de tester les limites du BLM dans des conditions réalistes, notamment en ce qui concerne le pH, la salinité, la présence de ligands organiques naturels, et la présence de métabolites assimilables, de poids moléculaire faible.

 

Cette validation du modèle fait appel à des expériences de prise en charge (uptake), où l’on suit de près la cinétique des réactions impliquées (adsorption à la surface biologique; transport à travers la membrane biologique; complexation intracellulaire), et à des bioessais. Les cibles biologiques sont exposées aux métaux, en contrôlant avec soin la spéciation du métal dans le milieu d’exposition - la manipulation de la spéciation des métaux dans le milieu externe permet d’explorer les limites du modèle et de le raffiner.

 

Outre ces expériences au laboratoire, le professeur Campbell étudie aussi comment les organismes aquatiques répondent à une exposition aux métaux sur le terrain. Ces recherches se déroulent dans des régions minières et elles impliquent l’échantillonnage d'organismes indigènes dans des lacs ou des rivières situés le long d’un gradient de contamination en métaux. On cherche ici à tester les modèles de laboratoire sur le terrain et à établir des liens entre l’exposition aux métaux, la prise en charge des métaux et leur spéciation intracellulaire (complexation par la métallothionéine ou par d’autres ligands cytosoliques) et la manifestation d'effets biologiques délétères chez les organismes cibles.

 

 

Équipe et réseaux

 

Support à la recherche :

CARON Antoine, agent de recherche

Étudiants : 
Maîtrise
LARGO SIERRA Andrei Alexis - codirection

NGUIMGOU SIGNING Bienvenu - codirection

RAHMA Rahal  - codirection

RIOUX Geneviève  - codirection

Doctorat
GUILLEUX Camille - codirection

Stagiaire postdoctoral :
LIU Fengjie
 

Réseaux :

Centre interinstitutionnel de recherche en écotoxicologie (CIRÉ)

Centre de recherche interinstitutionnel en toxicologie de l'environnement (TOXEN)

CRSNG FONCER Mine de Savoir

 

 

Activités scientifiques

 

Académie des sciences de la Société royale du Canada

Membre du Comité de direction et co-éditeur de la Revue des sciences de l'eau/Journal of Water Science

Membre du Comité de direction du Metals in the Environment (MITE) Research Network

 

 

Formation

 

B.Sc. Chimie physique, Université Bishop's

Ph.D. Chimie organique et organométallique, Université Queen's

 

 

Projets récents

 

Spéciation et biodisponibilité de métaux dans les eaux naturelles


La contamination de l'air, de l'eau et du sol par des métaux toxiques est reconnue comme l'un des principaux problèmes environnementaux auxquels la société fait face. Cependant, la simple présence d'un contaminant dans l'environnement, tel que détecté par un chimiste analytique compétent, ne signifie pas nécessairement que le contaminant est préjudiciable à la qualité de l'environnement –ceci est particulièrement vrai pour les métaux, puisque ces derniers sont naturellement présents dans l'environnement et un métal donné peut être présent sous différentes formes ou « espèces » (« spéciation » = la distribution d’un métal parmi ces formes). Certaines espèces métalliques sont relativement inoffensives, alors que d’autres formes du même métal peuvent être très toxiques. Le lien entre la « spéciation » d'un métal et sa toxicité a été largement étudié pour divers organismes aquatiques au cours des 20 dernières années et quelques généralités utiles ont émergé. Cependant, la très grande majorité de ces études ont été réalisées en laboratoire, dans des milieux synthétiques; très peu de travail a été fait sur des systèmes qui commencent à s’approcher de la complexité que l’on trouve dans des eaux naturelles. En conséquence, il n’est pas clair dans quelle mesure les résultats de laboratoire obtenus à ce jour peuvent être transposés aux systèmes naturels. Le programme de recherche actuel est conçu pour aider à combler cette lacune. L'approche expérimentale globale est interdisciplinaire, car elle fait appel à des aspects de la chimie analytique, de la géochimie et de la toxicologie aquatique. Les métaux qui nous intéressent comprennent à la fois des micronutriments essentiels (par exemple, le cuivre et le zinc) et les métaux toxiques n’ayant aucune fonction biologique connue (par exemple, l'argent et le mercure). Les « cibles » biologiques dans nos expériences sont les algues d'eau douce et les invertébrés aquatiques, et nous étudions la prise en charge des métaux (adsorption, accumulation, répartition subcellulaire) ainsi que la réponse de l'organisme (physiologie, croissance, mortalité). Dans le cadre de ce programme, le terme « spéciation » comprend à la fois les formes de métaux présentes dans les eaux naturelles, les espèces qui se forment à la surface des cellules biologiques, et la distribution des métaux dans le milieu intracellulaire. Il s'agit en effet d'un continuum entre la spéciation des métaux dans le milieu d'exposition (biodisponibilité) > spéciation « extracellulaire » à la surface des cellules (prise en charge) > spéciation « intracellulaire » (détoxication). Les résultats expérimentaux issus de ce programme de recherche seront utiles aux gestionnaires de l'environnement dans leurs efforts en cours pour raffiner les critères actuels de qualité de l'eau pour les métaux, et pour développer des techniques viables pour le suivi des effets environnementaux imputables aux émissions de métaux.

 

Financement : CRSNG - Subvention à la découverte, Chaire de recherche du Canada en écotoxicologie des métaux
Collaborateurs : Claude Fortin et Landis Hare (INRS)

 

Chaire de recherche du Canada ern écotoxicologie des métaux

 

L’objectif des travaux de cette chaire est de proposer de nouvelles approches d’analyse des risques environnementaux posés par les métaux afin de mieux tenir compte de leurs propriétés spécifiques. L’équipe de la chaire travaille en ce sens au développement de modèles de bioaccumulation des métaux dans les organismes aquatiques et élabore de méthodes novatrices pour détecter les effets des métaux sur ces organismes et prendre en compte leur capacité à détoxiquer les métaux accumulés. Dans le premier thème (Prédiction de la bioaccumulation et de la toxicité des métaux), nous poursuivons deux approches en parallèle. La première est calquée sur le Biotic Ligand Model (BLM) qui suppose l’établissement d’un équilibre chimique entre la surface de l’organisme et les métaux présents dans son milieu d’exposition, suivi du transport transmembranaire du métal; dans sa forme actuelle ce modèle ne considère pas les métaux associés à la nourriture. La deuxième approche retenue tient plutôt compte de la dynamique des échanges de métaux entre l’organisme et son milieu, et elle peut considérer à la fois les métaux dissous et les métaux associés aux particules ingérées (la nourriture). Dans le second thème (Indices écotoxicologiques), tout comme dans le premier, nous poursuivons deux approches complémentaires, l’une biochimique impliquant le suivi du devenir intracellulaire des métaux et l’autre toxico-génomique faisant appel à des mesures d’expression génétique. Nous visons ici à améliorer les méthodes utilisées pour évaluer les effets des métaux sur les organismes présents dans le milieu récepteur.


Financement : Chaires de recherche du Canada

Collaborateurs : Patrice Couture, Claude Fortin et Landis Hare (INRS), Louis Bernatchez (U. Laval), Marc Amyot (U. de Montréal)

 

Évaluation des risques écologiques des opérations minières à Chibougamau, Québec

 

La communauté Cree d’Oujé-Bougoumou s’inquiète des effets cumulatifs des opérations minières que se déroulent sur son territoire traditionnel depuis environ 50 ans. Dans leurs discussions avec le gouvernement du Québec, il a été convenu que l’on devrait réaliser une évaluation des risques posés par ces opérations minières sur la population humaine et sur l’écosystème aquatique. Le présent projet ne concerne que ce second volet (évaluation des risques écologiques), et il implique une coordination des activités d’échantillonnage et d’analyse qui sont réalisées par Environnement Québec.

 

Financement : Grand Conseil des Cris
Collaborateurs : D. Laliberté (Environnement Québec), P. Wertman (Grand Conseil des Cris), E. Neiboer (U. McMaster)

 

 

Publications

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