Les nymphes de l'éphémère broutent les algues qui poussent sur les rochers des rivières. Ils sont particulièrement sensibles aux métaux dissous, leur présence est donc une indication qu'un cours d'eau se rétablit. Crédit :Bruce Medhurst
L'exploitation minière implique de déplacer beaucoup de roche, donc un peu de gâchis est prévu. Cependant, les opérations minières peuvent continuer à affecter les écosystèmes longtemps après la fin de l'activité. Les métaux lourds et les substances corrosives s'infiltrent dans l'environnement, empêchant la faune et la végétation de revenir dans la région.
Heureusement, ces dommages peuvent être inversés. Une équipe de scientifiques, dont Dave Herbst de l'UC Santa Barbara, ont étudié comment les écosystèmes fluviaux réagissent aux efforts d'assainissement. L'équipe a combiné des décennies de données provenant de quatre bassins versants pollués par des mines abandonnées. Il a fallu une réflexion créative pour simplifier la dynamique complexe de près d'une douzaine de toxines sur la myriade d'espèces de chaque rivière.
Finalement, la méthodologie intelligente de l'équipe a montré que la restauration peut améliorer certains des plus gros problèmes de contamination minière. Leurs découvertes, publié dans la revue Sciences de l'eau douce , ont révélé des stratégies qui ont bien fonctionné en tant que modèles de récupération dans les quatre cours d'eau. Les résultats suggèrent également que la réglementation doit considérer tous les contaminants ensemble, plutôt que d'établir des normes sur une base individuelle.
« Il y a un gros problème que nous avons avec les anciens sites miniers, non seulement aux États-Unis mais dans le monde entier, " dit Herbst, un biologiste de recherche au laboratoire de recherche aquatique de la Sierra Nevada (SNARL) de l'université à Mammoth Lakes. « Ils sont répandus, problèmes persistants et de longue durée. Mais la bonne nouvelle est que, avec l'investissement et les efforts de programmes comme CERCLA Superfund, nous pouvons résoudre ces problèmes."
Le travail de Herbst s'est concentré sur Leviathan Creek, un ruisseau Sierran à 25 miles au sud-est du lac Tahoe qui est le site d'un effort de restauration dans le cadre de CERCLA (la réponse environnementale globale, Compensation, et loi sur la responsabilité), également connu sous le nom de Superfund. La zone n'était pas exploitée pour les métaux précieux, mais pour extraire du soufre pour fabriquer de l'acide sulfurique pour traiter les minéraux d'autres sites. La présence de minéraux soufrés destinés à une eau naturellement un peu acide, mais l'exploitation minière à ciel ouvert a exposé ces minéraux aux éléments. Le résultat était un acide plus fort qui a lessivé des traces de métaux comme l'aluminium, cobalt et fer de la roche dans l'environnement. Les effets combinés de l'acidité accrue et des métaux toxiques ont dévasté l'écosystème aquatique local.
Tri des normes
Chaque site minier produit un mélange unique de polluants. Quoi de plus, différentes rivières abritent différentes espèces d'invertébrés aquatiques, avec des centaines de types différents dans chaque flux, dit Herbst. Cette variabilité rendait les comparaisons difficiles.
Les chercheurs se sont donc mis au travail pour établir des normes et des repères. Ils ont décidé de suivre l'effet de la pollution et de la remédiation sur les éphémères, phlébotomes et phryganes. Ces groupes sont essentiels au réseau trophique aquatique et présentent une variété de tolérances à différentes toxines. Plutôt que de comparer des espèces étroitement apparentées, les scientifiques ont regroupé des animaux avec des caractéristiques communes, comme des traits physiques et des histoires de vie.
Ensuite, l'équipe a dû donner un sens à tous les polluants. Ils ont rapidement réalisé qu'il ne suffirait pas de suivre séparément la toxicité de chaque métal, comme cela se fait souvent en laboratoire. C'est l'impact combiné qui affecte réellement l'écosystème. Par ailleurs, les scientifiques mesurent souvent la toxicité sur la base d'une dose mortelle. Et pourtant, la pollution peut dévaster l'écologie à des concentrations beaucoup plus faibles, Herbst a expliqué. Effets chroniques, comme une croissance et une reproduction réduites, peut éliminer des espèces d'une zone au fil du temps sans réellement tuer d'individus.
Un bassin de confinement recueille les eaux de ruissellement polluées de la mine pour traitement. Crédit :Dave Herbst
Étant donné la variété des toxines, les chercheurs ont décidé d'une autre norme pour la toxicité :l'unité de critère. Ils ont défini 1 unité de critère (UC) comme la concentration d'une toxine qui a produit des effets néfastes sur la croissance et la reproduction des organismes d'essai. Bien que la variété des réponses fasse de l'UC une approximation, il s'est avéré être une métrique étonnamment robuste.
La concentration dans 1 UC varie d'une substance à l'autre. Par exemple, les chercheurs ont utilisé une valeur de 7,1 microgrammes de cobalt par litre d'eau comme seuil toxique pour la vie aquatique. Donc, 7,1 g/L équivaut à 1 UC de cobalt. Pendant ce temps, 150 μg/L d'arsenic ont empêché les invertébrés de vivre leur meilleure vie, donc 150 μg/L a été fixé à 1 UC d'arsenic.
Cette approche a permis aux scientifiques de comparer et de combiner les effets de toxines complètement différentes, fournissant une validation de la façon dont la toxicité totale devrait se produire dans la nature. Donc, 7,1 μg/L de cobalt seul, ou 150 μg/L d'arsenic seul, ou même une combinaison de 3,55 g/L de cobalt plus 75 μg/L d'arsenic produisent tous une unité de critères cumulatifs (UCC) de 1, ce qui pose des problèmes similaires pour les créatures aquatiques, mais il est atteint.
Cet effet combiné s'est avéré essentiel pour comprendre les implications réelles de la pollution minière, car les animaux sont exposés à de nombreuses toxines à la fois. "Vous devez considérer ces métaux ensemble, pas individuellement, lors de l'évaluation du seuil de toxicité sur le terrain, " dit Herbst.
Ainsi, malgré la variété des métaux à différents endroits, en exprimant la toxicité en unités de critères cumulatifs, les scientifiques pourraient comparer à travers les rivières. Lorsque la toxicité totale dépasse 1 CCU, la diversité des invertébrés s'effiloche.
Juger de leurs efforts
L'équipe avait désormais ses sujets (les invertébrés aquatiques) et un moyen simple de mesurer la pollution (l'unité de critères cumulatifs). Ils disposaient également de plus de 20 ans de données de terrain provenant de quatre bassins versants où des nettoyages du Superfund étaient en cours. Ils ont utilisé des cours d'eau non pollués près de chaque rivière comme référence pour juger de l'avancement de la restauration.
Les auteurs ont découvert que ces projets étaient capables de restaurer les rivières à des conditions proches de la nature en 10 à 15 ans. C'était une merveilleuse surprise. « Indépendamment du fait qu'il y avait différents polluants miniers, différentes manières de résoudre le problème et différentes tailles de flux, tous les projets ont abouti à des résultats positifs, " dit Herbst.
Une grande partie de la récupération s'est produite au cours des premières années de traitement, il ajouta. Étant donné que les conditions sont à leur pire au début, même un petit effort fera une grande différence.
"L'autre partie surprenante était le degré de similitude dans les réponses malgré des contaminants et des pratiques d'assainissement différents, " dit Herbst. Le taux de récupération, ordre dans lequel les espèces sont revenues (basé sur des traits partagés), et même le calendrier à long terme était similaire dans les quatre rivières. Ces résultats prometteurs et ces voies partagées suggèrent que même les problèmes environnementaux les plus redoutables peuvent être résolus avec des efforts et des investissements appropriés.
Leviathan Creek tel qu'il apparaît 20 ans après le début de l'assainissement. Crédit :Dave Herbst
Leçons et bouts libres
Remediation at the four sites in California, Colorado, Idaho and Montana is ongoing. Many interventions, like treating acidic water with lime, require continuous attention. Cependant, efforts like replacing contaminated soil, setting up microbial bioreactors and revegetating excavated and riparian areas will hopefully make remediation self-sustaining.
And a self-sustaining solution is the goal, because these sites can become inaccessible at certain times of year, leading to variable levels of pollution. Par exemple, snow prevents access to the Leviathan mine in winter, so remediation can occur only between spring and fall. The spring snowmelt also dissolves more metals, creating worse conditions than during drier times at the beginning of autumn.
Herbst plans to revisit the seasonal aspects of remediation in future research. As for now, he thinks that other abandoned mines should implement remediation and monitoring practices to evaluate the success of restoration.
These exciting discoveries would have been impossible without long-term monitoring at the four locations. "You seldom get monitoring studies of restoration projects that last more than a couple of years, " Herbst said, "which is really a shame because most of them don't show any kind of response over that short a period of time."
And the only reason Herbst and his colleagues had these datasets was because they invested the time and resources themselves. "A lot of it is due to the dedication of individual researchers to these projects, " he said. "There are other players that come and go along the way, but as long as there's some dedicated researcher collecting this data then it will be there in the future for us to base decisions on."
Aside from the importance of long-term monitoring, the message Herbst hopes the EPA and industry embrace is that we can't apply water quality standards for toxic metals individually. "We must be applying them collectively according to how they're acting together, " il a dit.
Even if individual contaminants are under the required limits, their combined effect could be well over what wildlife can handle. The concept of cumulative criteria units provides a really simple way to account for this:If eight toxins in a stream are all at half of their CU value, they still add up to 4 CCUs.
Bottom line:There is reason to celebrate. "We're able to demonstrate through this research that these programs can be successful even for the biggest of problems, " Herbst said, "which is exactly what Superfund projects are intended to fix."
