L’exploitation minière implique de déplacer beaucoup de roche, donc on s’attend à des dégâts. 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, a 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.
En fin de compte, la méthodologie intelligente de l’équipe a montré que la restauration peut améliorer certains des plus gros problèmes de contamination minière. Leurs conclusions, publiées dans la revue Sciences de l’eau douce, a révélé des stratégies qui ont bien fonctionné en tant que modèles de récupération dans les quatre cours d’eau. Les résultats suggèrent également que les règlements doivent 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 », a déclaré Herbst, biologiste de recherche au Sierra Nevada Aquatic Research Laboratory (SNARL) de l’université à Mammoth Lakes. « Ce sont des problèmes répandus, persistants et de longue durée. Mais la bonne nouvelle est qu’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 sierrien à 40 km au sud-est du lac Tahoe, qui est le site d’un effort de restauration dans le cadre du CERCLA (le Comprehensive Environmental Response, Compensation et Liability Act), également connu sous le nom de Superfund. La région n’était pas exploitée pour les métaux précieux, mais pour extraire du soufre pour fabriquer de l’acide sulfurique afin de traiter les minéraux d’autres sites. La présence de minéraux soufrés fabriqués pour une eau naturellement un peu acide, mais l’exploitation à ciel ouvert exposait ces minéraux aux éléments. Le résultat était un acide plus fort qui a lessivé des traces de métaux comme l’aluminium, le cobalt et le 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. De plus, différentes rivières abritent différentes espèces d’invertébrés aquatiques, avec des centaines de types différents dans chaque cours d’eau, a déclaré 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 l’assainissement sur les éphémères, les phlébotomes et les 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 partageant 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. De plus, 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, a expliqué Herbst. Des effets chroniques, comme une croissance et une reproduction réduites, peuvent éliminer des espèces d’une zone au fil du temps sans réellement tuer d’individus.
Compte tenu de la variété des toxines, les chercheurs ont opté pour une autre norme de 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 du CU 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. Ainsi, 7,1 µg/L équivaut à 1 CU de cobalt. Pendant ce temps, 150 g/L d’arsenic ont empêché les invertébrés de vivre leur meilleure vie, donc 150 ?g/L ont été définis comme 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 manière dont la toxicité totale devrait se produire dans la nature. Ainsi, 7,1 g/L de cobalt seul, ou 150 ?g/L d’arsenic seul, ou même une combinaison de 3,55 ?g/L de cobalt plus 75 ?g/L d’arsenic produisent tous une unité de critères cumulatifs ( CCU) de 1, ce qui pose des problèmes similaires pour les créatures aquatiques, quelle que soit la manière dont 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, et non individuellement, lors de l’évaluation du seuil de toxicité sur le terrain », a déclaré Herbst.
Ainsi, malgré la variété des métaux à différents endroits, en exprimant la toxicité en unités de critères cumulatifs, les scientifiques ont pu comparer d’une rivière à l’autre. Lorsque la toxicité totale dépasse 1 CCU, la diversité des invertébrés s’effrite.
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 cours d’eau, tous les projets ont abouti à des résultats positifs », a déclaré Herbst.
Une grande partie de la récupération s’est produite au cours des premières années de traitement, a-t-il ajouté. Étant donné que les conditions sont les pires 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 », a déclaré Herbst. Le taux de rétablissement, l’ordre dans lequel les espèces sont revenues (sur la base de traits communs) et même le calendrier à long terme étaient similaires 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.
Leçons et bouts libres
L’assainissement des quatre sites en Californie, au Colorado, en Idaho et au Montana est en cours. De nombreuses interventions, comme le traitement de l’eau acide à la chaux, nécessitent une attention continue. Cependant, des efforts tels que le remplacement des sols contaminés, la mise en place de bioréacteurs microbiens et la revégétalisation des zones excavées et riveraines permettront, espérons-le, de rendre l’assainissement autonome.
Et une solution autonome est l’objectif, car ces sites peuvent devenir inaccessibles à certaines périodes de l’année, entraînant des niveaux de pollution variables. Par exemple, la neige empêche l’accès à la mine Léviathan en hiver, de sorte que l’assainissement ne peut avoir lieu qu’entre le printemps et l’automne. La fonte des neiges au printemps dissout également plus de métaux, créant des conditions pires que pendant les périodes plus sèches au début de l’automne.
Herbst prévoit de revoir les aspects saisonniers de l’assainissement dans de futures recherches. Pour l’instant, il pense que d’autres mines abandonnées devraient mettre en œuvre des pratiques d’assainissement et de surveillance pour évaluer le succès de la restauration.
Ces découvertes passionnantes auraient été impossibles sans une surveillance à long terme sur les quatre sites. « Vous obtenez rarement des études de suivi des projets de restauration qui durent plus de quelques années », a déclaré Herbst, « ce qui est vraiment dommage car la plupart d’entre eux ne montrent aucun type de réponse sur une si courte période de temps ».
Et la seule raison pour laquelle Herbst et ses collègues disposaient de ces ensembles de données était qu’ils avaient eux-mêmes investi du temps et des ressources. « Cela est dû en grande partie au dévouement des chercheurs individuels à ces projets », a-t-il déclaré. « Il y a d’autres acteurs qui vont et viennent en cours de route, mais tant qu’il y aura un chercheur dédié qui collecte ces données, elles seront là à l’avenir sur lesquelles nous fonderons nos décisions. »
Outre l’importance de la surveillance à long terme, le message que Herbst espère que l’EPA et l’industrie adopteront est que nous ne pouvons pas appliquer individuellement les normes de qualité de l’eau pour les métaux toxiques. « Nous devons les appliquer collectivement en fonction de la manière dont ils agissent ensemble », a-t-il déclaré.
Même si les contaminants individuels sont inférieurs aux limites requises, leur effet combiné pourrait être bien supérieur à ce que la faune peut supporter. Le concept d’unités de critères cumulatifs fournit un moyen très simple de tenir compte de cela : si huit toxines dans un flux sont toutes à la moitié de leur valeur UC, elles totalisent quand même 4 CCU.
Bottom line: Il y a des raisons de célébrer. « Nous sommes en mesure de démontrer grâce à cette recherche que ces programmes peuvent réussir même pour les plus gros problèmes », a déclaré Herbst, « ce qui est exactement ce que les projets Superfund sont destinés à résoudre ».
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