Quelle quantité de mercure d’origine anthropique est stockée dans l’océan ?

Jeudi, 18 septembre 2014

Une équipe internationale de chercheurs, parmi lesquels un chercheur du laboratoire Géosciences environnement Toulouse (GET/OMP, CNRS / UPS / IRD / CNES), a établi un inventaire global du mercure anthropique stocké dans l’océan, à l’aide de données océanographiques obtenues principalement dans le cadre du programme international GEOTRACES. Les résultats suggèrent que, dans l’océan de surface et l’océan intermédiaire (au-dessus de 1000 mètres de profondeur), les concentrations de mercure ont triplé depuis la révolution industrielle, début de l’émission de mercure par les activités humaines.

Le mercure (Hg) est un métal trace dont les propriétés physico-chimiques uniques font que son cycle biogéochimique se distingue de celui des autres métaux traces. Il est en effet très volatile à température ambiante, contrairement aux autres métaux traces, et peu réactif dans sa forme gazeuse élémentaire. En conséquence, il possède un long temps de résidence dans l’atmosphère et peut être facilement dispersé sur toute la surface du globe par la circulation atmosphérique. Qu’il soit d’origine naturelle ou anthropique, il finit par s’oxyder (en Hg++) et devenir ainsi moins volatil et soluble dans l’eau où il peut être transformé par certaines bactéries en méthyle-mercure, une forme hautement toxique du mercure qui s’accumule en outre dans les organismes. L’exposition des humains au méthyle-mercure, notamment via la consommation de poissons, a été fortement reliée à des troubles neurologiques chez l’enfant et à des maladies cardio-vasculaires chez l’adulte.
Depuis la révolution industrielle, les émissions anthropiques de mercure, issues principalement de la combustion des combustibles fossiles, dépassent très largement les émissions naturelles dues essentiellement aux éruptions volcaniques. Quelle quantité de ce mercure d’origine anthropique s’est depuis lors accumulée dans les océans ? Cette question fait toujours l’objet de nombreux débats scientifiques.

Le mercure dissout dans l’océan a une forte affinité avec les particules riches en matière organique (essentiellement du plancton). Produites à la surface de l’océan, ces particules peuvent ensuite sédimenter, transportant du carbone, des nutriments et les métaux (comme le mercure) qui leur sont associés, puis être reminéralisées plus en profondeur (mais pas au-delà de 1000 mètres de profondeur). On peut donc s’attendre à ce que la distribution du mercure dissous s’apparente à celle de macro nutriments comme les phosphates, et c’est en effet ce qui a été ponctuellement observé dans de précédentes études.(1)

Prélèvements d'eau de mer dans des conditions ultra-propres lors d’une des campagnes GEOTRACES. © GET, Lars-Eric Heimbürger Pour la première fois au monde, une équipe internationale a analysé de nombreuses données océanographiques de concentrations de mercure et d’autres paramètres. Ces données étaient issues de mesures effectuées dans toute la colonne d’eau lors de plusieurs campagnes récentes organisées principalement dans le cadre du programme international GEOTRACES.

Les chercheurs ont ainsi pu montrer qu’en effet, dans la plupart des eaux profondes de l’océan mondial (en-deçà de 1000 mètres de profondeur), une forte corrélation existait entre les concentrations du mercure et du phosphate reminéralisés. Étant donné que ces eaux profondes sont des eaux qui ont quitté la surface bien avant la révolution industrielle, les chercheurs ont fait l’hypothèse qu’elles ne contenaient pas de mercure d’origine anthropique et que donc cette corrélation s’établissait entre le mercure d’origine naturel et le phosphate.
Ayant observé par ailleurs une déviation vis-à-vis de cette corrélation dans toues les eaux de l’océan Nord Atlantique(2) et dans la plupart des eaux intermédiaires de l’océan global, ils ont suggéré que cette déviation correspondait à la quantité de mercure d’origine anthropique contenue dans ces eaux, quantité qu’ils ont ainsi pu mesurer.
Les résultats montrent que l’océan contient de 60 000 à 80 000 tonnes de mercure d’origine anthropique, ce que correspond à environ 10 % de la quantité totale du mercure présent dans l’océan. La majorité de cette pollution au mercure d’origine anthropique se situe dans les 1000 premiers mètres de la colonne d’eau : dans cette zone en effet, les concentrations totales de mercure ont été multipliées par trois depuis la révolution industrielle. Or, cette zone est celle où les bactéries sont supposées convertir le mercure en méthyle-mercure assimilable par les organismes…

L’étude ayant révèle que l’impact des émissions anthropiques de mercure sur sa concentration océanique n’est pas uniforme dans tous les océans, l’estimation de l’augmentation des concentrations de méthyle-mercure, depuis le début de l’ère industrielle et dans le futur, va nécessiter d’étudier la composante verticale de la dynamique de la méthylation du mercure dans chaque grand bassin océanique.

Lars-Eric Heimbürger a bénéficié, pour les observations dans l’océan Arctique, du financement ERC-2010-StG_20091028 attribue à Jeroen E. Sonke du GET.

Note(s): 
  1. Il est intéressant de remarquer que le mercure ressemble au dioxyde de carbone (CO2) dans la mesure où c’est un gaz qui se répand sur de longues distances dans l’atmosphère, a une forte capacité d’échange à l’interface eau / atmosphère et peut être transporté verticalement dans l’océan, un ensemble de processus assimilable au pompage biologique du carbone.
  2. L’Atlantique Nord est le siège d’une forte convection qui permet aux eaux de surface de plonger vers les profondeurs océaniques et ainsi d’assurer un certain mélange des eaux.
Source(s): 

A global ocean inventory of anthropogenic mercury based on water column measurements. Lamborg, C.H., Hammerschmidt, C.R., Bowman K.L., Swarr G.J., Munson, K.M., Ohnemus, D.C., Lam, P.J., Heimbürger, L.E., Micha J. A. Rijkenberg, M.J.A. and Saito, M.A. Nature. 512, 65–68 (07 August 2014), doi:10.1038/nature13563.
Mercury Stable Isotope Signatures of World Coal Deposits and Historical Coal Combustion Emissions. Sun, R., Sonke, J.E., Heimbürger, L.E., Belkin, H.E., Liu, G., Shome, D., Cukrowska, E., Liousse, C., Pokrovsky, O.S. and Streets, D.G. Environmental Science & Technology 2014, 48(13): 7660-7668.

Contact(s):
  • Lars-Eric Heimbürger
    heimburger [at] lars-eric [dot] com, +49 421 218 651 16
  • Jeroen Sonke, GET/OMP
    jeroen [dot] sonke [at] get [dot] obs-mip [dot] fr, 05 61 33 26 06

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