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Dix ans de recherches les effets sur les environnementaux des effluents des fabriques de pâtes et papiers au Canada (1992-2002)

3.2 Recherches canadiennes qui ont mené à l'ensemble réglementaire sur les effluents des fabriques de pâtes et papiers de 1992

Déclenchées en quelque sorte par les études suédoises du début des années 1980, les premières études semblables menées au Canada ont été réalisées au site d'une grande fabrique de pâte kraft blanchie située à Terrace Bay (en Ontario), qui déversait ses effluents dans la baie Jackfish, sur le lac Supérieur, depuis la fin des années 1940 (tableau 1, Figure 1).

Figure 1. Chronologie et évolution des questions de recherche liées aux études de terrain des impacts environnementaux des effluents de fabriques de pâtes et papiers au Canada
...Période...Question de la recherche
1982-1985Le project suédois « Cellulose dans l’environnement » identifie des impacts possibles à proximité des sites de rejet  
1988-1989Existe-t-il des réponses semblables chez les poissons sauvages au Canada? (Premières études dans la baie Jackfish, en Ontario)
1989-1990Existe-t-il des effets similaires à d’autres sites d’effluents d’usines de pâte kraft blanchie au Canada? (La Tuque, Espanola)
1991Aux fabriques qui n’utilisent pas de chlore et appliquent un traitement secondaire à l’effluent, constate-t-on des effets sur le poisson?
1992Mise en application de nouveau REFPP et début d’un programme de recherche; le cycle 1 des ESEE commence
1993Quelles sont les conséquences d’un stress d’échantillonnage non cohérent?
1994Aux fabriques où on ne note pas d’effets, les effluents ont-ils le potential d’en causer?
1992-1996Quels sont méchanismes responsables des effets sur le système reproducteur?
1993-1997Les populations de poissons se rétablissent-elles après la mise en place du traitement secondaire et de divers changements des procédés?
1996-2000Recherches associatives visant un certain nombre de questions liées au succès des études de terrain; site de référence et variabilité naturelle, facteurs de confusion, utilisation de poisson-fourrage, etc.
1999-2002Constate-t-on des effets sur les endocrines de la reproduction à proximité des usines les plus modernes et les plus récentes du pays?
2002Quel a été le profil national de réponse des invertébrés benthiques et des poissons dans le cycle 2 des ESEE?

Elles ont montré que les meuniers noirs (Catostomuscommersoni ) des zones exposées à des effluents ayant subi un traitement primaire atteignaient la maturité plus tard, et présentaient une réduction du développement des gonades. En outre, on notait une moindre expression des caractères sexuels secondaires chez les mâles et une baisse de la fécondité avec l'âge chez les femelles (McMaster et al., 1991; Munkittrick et al., 1991). Ces études, qui ont également révélé des baisses dans les taux des principales hormones reproductrices circulantes, ont fourni de premières indications que certains effluents des fabriques de pâtes pouvaient perturber les systèmes hormonaux chez les poissons. Elles ont confirmé les travaux précédemment menés en Suède, qui avaient montré que de bas niveaux d'effluent de fabriques de pâte kraft blanchie pouvaient affecter la croissance, la reproduction et la physiologie des poissons (Södergren, 1989).

La fabrique de pâte de Terrace Bay a commencé à appliquer un traitement secondaire à ses effluents en octobre 1989, en réponse à une réglementation provinciale supplémentaire visant à régler les problèmes de létalité aiguë de l'effluent. On a constaté que le traitement secondaire apportait de nombreuses améliorations à la qualité de l'effluent, en abaissant la DBO (de 92 %), les matières en suspension (de 31 %), les composés organiques halogénés adsorbables (COHA) à des niveaux inférieurs au seuil de détection des dioxines et de la toxicité aiguë (LC50 de 35 % à 100 %) (Karl, 1992). Des études effectuées à l'automne 1990 ont documenté que l'induction des enzymes OFM hépatiques et les réductions des taux des stéroïdes circulants n'étaient pas atténuées chez le poisson après la mise en ouvre du traitement secondaire de l'effluent (Munkittrick et al., 1992a). Cet état de choses n'a pas surpris, puisqu'on pensait que c'étaient les organochlorés persistants présents dans les effluents de fabriques de pâtes, comme les dioxines et les furanes, qui étaient responsables des changements physiologiques constatés chez les poissons sauvages vivant à proximité de ces fabriques (Rogers et al., 1989; Muir et al., 1990). Cependant, ces réponses biochimiques ont montré une amélioration notable lorsque des poissons ont été échantillonnés après une courte interruption de maintenance, accompagnée d'une réduction du flux d'effluent vers le milieu récepteur (Munkittrick et al., 1992b). Ces résultats suggéraient donc 1) que les composés responsables des changements biochimiques étaient présents dans l'effluent même après le traitement secondaire, 2) que les sédiments contaminés ne contribuaient pas pour beaucoup aux réponses constatées dans la baie Jackfish, 3) que les impacts chimiques étaient de courte durée et 4) que, si les composés responsables étaient identifiés et éliminés, le rétablissement des populations de poissons pourrait être rapide (Munkittrick et al., 1997a, 1998). Des études supplémentaires menées à cet endroit ont montré des changements physiologiques similaires dans les oxygénases à fonction mixte (OFM) hépatiques et dans les stéroïdes chez les populations de grand corégone (Coregonus clupeaformis) (Munkittrick et al., 1992a) et de meunier rouge (Catostomus catostomus) (Munkittrick et al., 1992b), mais on n'a pas remarqué d'effet cohérent sur les intégrateurs systémiques d'une espèce à l'autre. Le grand corégone a montré un très grand retard de la maturité et des atrophies des gonades (Munkittrick et al., 1992a); chez le meunier noir, les impacts étaient modérés (McMaster et al., 1991, Munkittrick et al., 1991) et, chez le meunier rouge, on ne constatait que peu de changements (Munkittrick et al., 1992b).

Tableau 1. Résumé des études canadiennes des effets des effluents de fabriques de pâtes et papiers sur le poisson. (Adapté de Munkittrick, 2003)
EndroitType de fabriqueEspèceLatinSource ou mention
1. Baie Jackfish, Ont.kraft blanchieMeunier noirCatostomus commersoniMunkittrick et al., 1998
Meunier rougeCatostomus catostomusMunkittrick et al., 1998
Gret corégoneCoregonus clupeaformisMunkittrick et al., 1998
2. Ontario (8+ fabriques)diversMeunier noirCatostomus commersoniMunkittrick et al., 1998
3. Rivière Saint-Maurice, Qckraft blanchieMeunier noirCatostomus commersoniBussières et al., 1998
4. Bassin de la rivière MoosediversMeunier noirCatostomus commersoniMunkittrick et al., 2000a
OmiscoPercopsis omiscomaycusJanz et al., 2001
Gibbons et al., 1998b
5. Rivières Wapiti/Smoky, Alb.kraft blanchieMeunier rougeCatostomus catostomusSwanson, 1994
Ménomini de montagnesProsopium williamsoniSwanson, 1994
OmiscoPercopsis omiscomaycusMcMaster et al., 2000
6. Rivière Athabasca, Alb.kraft blanchieChabot à tête plateCottus riceiGibbons et al., 1998a
7. Rivière Winnipeg, Man.mécanique / sulfiteMeunier noirCatostomus commersoniBezte et al., 1997
8. Rivière Saint-Francois, QcdiversMeunier noirCatostomus commersoniKovacs et al., 2002
Achigan à petite boucheMicropterus dolomieuiKovacs et al., 2002
Dard tesseléEtheostoma olmstediKovacs et al., 2002
9. Fleuve FraserdiversSaumon quinnatOncorhynchus tshawytschaWilson et al., 2000
10. Rivière Miramichi, N.-B.diversChoquemortFundulus heteroclitusLeBlanc et al., 1997
Fournier et al., 1998
Poulamon atlantiqueMicrogadus tomcodWilliams et al., 1998
11. Nouveau-Brunswick et Nouvelle-Écosse (4 fabriques)diversPoulamon atlantique Microgadus tomcodCouillard et al., 1999
Meunier noirCatostomus commersoniGalloway et al., 2003
12. Port Harmon, Birchy Cove, T.-N.thermomécaniquePlie rougePleuronectes americanusKhan et Hooper, 2000
Khan et Payne, 2002
13. Rivière des OutaouaisdiversPerchaudePerca fluviatilisMcMaster et al., 2002
McMaster et al., 2000
Raseux-de-terreEtheostoma nigrumMcMaster et Munkittrick 2000
14. Wapiti et AthabascadiversMeunier rougeCatostomus catostomusMcMaster et al., 2003
OmiscoPercopsis omiscomaycusMcMaster et al., 2003
Naseux de rapidesRhinichthys cataractaeMcMaster et al., 2003
15. Divers (65 fabriques)DiversdiversN/AEnvironment Canada, 1997
Munkittrick et al., 2002a
Courtenay et al., 2002

Une fois identifiées les altérations de la reproduction chez les poissons sauvages en aval de la fabrique de pâte kraft blanchie de Terrace Bay (Ontario), un certain nombre d'études ont été menées pour tenter de déterminer quels mécanismes en étaient responsables. Des meuniers noirs des deux sexes présentaient des niveaux réduits des stéroïdes sexuels dominants pendant toute la période de développement gonadal (McMaster et al., 1991). Des études plus poussées de la reproduction ont été effectuées pendant les migrations de reproduction, et ont permis d'identifier un certain nombre de sites de la chaîne endocrino-reproductrice qui étaient affectés par l'exposition à l'effluent de la fabrique de pâte kraft blanchie (EFPKB), (Van Der Kraak et al., 1992) (figure 2). Parmi ces effets figuraient une altération de la fonction pituitaire (baisse des taux de gonadotrophine-II (GTH-II) circulante et de la réponse de la GTH-II à un analogue superactif d'hormone de gonadolibérine), une baisse de la capacité de biosynthèse des stéroïdes ovariens et une altération du métabolisme périphérique des stéroïdes. Malgré ces réactions du système reproducteur, l'exposition à l'EFPKB n'affectait pas la fertilité des ovules ou du sperme de poissons ayant atteint la maturité sexuelle, non plus que le développement subséquent des larves (McMaster et al., 1992). Des études ultérieures effectuées à ce site ont montré que les altérations de la capacité de production de stéroïdes figuraient parmi les altérations dominantes de la fonction de reproduction (McMaster, 1995) (figure 2).

Représentation schématique du contrôle de la production de stéroïdes par la chaîne hypothalamus-pituitaire-gonades.

Au moment des premières études à la baie Jackfish, des activités parallèles étaient en cours à d'autres sites pour déterminer si les effets mentionnés dans les études suédoises étaient observés à proximité d'autres fabriques de pâte kraft blanchie en Amérique du Nord (Figure 1). Semblable aux premiers travaux à la baie Jackfish, une étude a examiné des poissons en aval d'une fabrique de pâte à technologie ancienne, située sur la rivière Saint-Maurice, au Québec, avec des taux élevés de COHA et un traitement primaire des déchets (tableau 1) (Hodson et al., 1992). Les études faites sur le Saint-Maurice ont mis en évidence des changements des taux de glycogène du foie, du glucose du sérum, des protéines du sérum, et des taux d'OFM hépatiques qui étaient bien corrélés avec les concentrations de dioxines et de furanes dans les tissus (Hodson et al., 1992). D'autres études menées à ce site ont aussi montré des altérations des taux de certains des principaux stéroïdes circulants biologiquement actifs du système reproducteur (Gagnon et al., 1994a,b). Des études similaires ont été effectuées à une fabrique de pâte située sur la rivière Spanish, en Ontario, et dotée de procédés modernisés et d'un traitement secondaire des déchets, avec un faible rejet de COHA (tableau 1) (Servos et al., 1992). Les échantillonnages à la fabrique modernisée montraient des réponses moins spectaculaires, puisque les poissons en aval du point de rejet présentaient une augmentation de l'activité de l'EROD, mais on ne notait pas d'effet constant de l'effluent sur la reproduction (Servos et al., 1992). Bien que les COHA présents dans l'effluent aient été très différents, en raison de la faible concentration à la fabrique modernisée, ceux mesurés dans les milieux récepteurs étaient très semblables (0,15 mg/L). Ceci étant dit, on a soupçonné la composition des COHA d'être très différente (Servos et al., 1992), et on s'attendait à des niveaux beaucoup plus bas de dioxines et de furanes au site modernisé. Les deux études ont cependant montré des effets qui persistaient en aval, jusqu'à des distances de 51 km (Servos et al., 1992) et 95 km (Hodson et al., 1992) respectivement. On ne savait pas si les rejets des fabriques modernisées avec traitement secondaire de l'effluent pouvaient ou non produire ou libérer des composés susceptibles d'effets sur la reproduction.

Une autre série d'études a été entreprise à une fabrique de pâte kraft blanchie à Grande Prairie, sur la rivière Wapiti, en Alberta, qui était relativement récente (1973) et appliquait un traitement secondaire de l'effluent depuis son ouverture (tableau 1; Kloepper-Sams et al., 1991; Kloepper-Sams et Swanson, 1992). Ces études n'ont trouvé aucune indication de changements affectant tout l'organisme ni chez le meunier rouge, ni chez le ménomini de montagnes, et peu de changements constants dans un grand nombre de paramètres physiologiques. L'absence de changements significatifs dans les études sur la rivière Wapiti aurait pu être liée à un certain nombre de facteurs, dont le procédé de mise en pâte et le traitement des déchets effectué par la fabrique, les importants changements saisonniers de la dilution, ou la grande mobilité des espèces de poissons en présence (Swanson et al., 1993, 1994; Kloepper-Sams et Benton, 1994; Kloepper-Sams et al., 1994; Owens et al., 1994a,b; Pryke et al., 1995).

Les résultats des premières études menées à la baie Jackfish ont aussi déclenché une enquête sur d'autres grandes fabriques de pâtes et papiers de l'Ontario, pour déterminer si des réponses semblables se manifestaient chez les poissons sauvages en aval des fabriques qui utilisaient des procédés différents (tableau 1) (Robinson et al., 1994). Toutes les fabriques en question rejetaient plus de 40 000 m 3 d'effluent par jour, et représentaient un bon éventail des procédés et des technologies de traitement des effluents existants au moment de l'étude (Robinson et al., 1994). Les objectifs principaux de l'étude étaient de déterminer si le rejet d'effluents de fabriques de pâtes et papiers à des sites autres que la baie Jackfish était accompagné de perturbations physiologiques ou biochimiques chez les poissons sauvages, s'il y avait une quelconque corrélation entre le traitement des déchets et la présence de réponses biologiques chez ces espèces, et s'il y avait une association entre l'utilisation de chlore comme agent de blanchiment et ces réponses (Figure 1) (Munkittrick et al., 1994a). L'enquête a aussi examiné les relations entre les réponses constatées chez les espèces de poissonssauvages et les essais de toxicité effectués sur des échantillons d'eaux réceptrices (Robinson et al., 1994), les mesures des taux de dioxines et de furanes dans le foie et les muscles de meuniers noirs (Servos et al., 1994) et la corrélation des estimations des taux de dioxines dans le foie de meuniers noirs tirées de l'essai H4IIE sur le rat (van den Heuvel et al.., 1994).

Les paramètres mesurés dans les poissons sauvages étaient les paramètres corporels (longueur, poids, état et âge), le poids de certains organes (foie et gonades), ainsi que l'induction de l'éthoxyrésorufine-o-déséthylase (EROD) hépatique et la mesure des taux de stéroïdes circulants. Un examen préliminaire des mesures corporelles a révélé des altérations dans les poissons recueillis en aval de tous les rejets d'effluent, mais les réponses variaient selon les sites (Munkittrick et al. , 1994a). Ni l'absence de blanchiment au chlore ni la présence d'un traitement secondaire ne semblaient éliminer les réponses chez les poissons, que ce soit une atrophie des gonades ou une hypertrophie du foie.

3.2.1 1e Conférence internationale sur le devenir et les effets dans l'environnement des effluents des usines de pâte blanchie

Comme la production de pâtes et papiers devenait dans le monde entier l'objet d'examens environnementaux croissants, et que les études suédoises originales et les nouvelles études canadiennes étaient actualisées (Owens, 1991), l'Agence de protection de l'environnement de Suède a organisé et tenu la 1 e  Conférence internationale sur le devenir et les effets dans l'environnement des effluents des usines de pâte blanchie, du 19 au 21 novembre 1991, à Stockholm, en Suède. Les récentes découvertes canadiennes ont été à l'avant-plan de la conférence, lorsque M. Kelly Munkittrick a ouvert la session en plénière en déclarant en substance qu'« à peu près tous les résultats des premières études effectuées en Scandinavie (1982-1985) quant à l'impact des effluents de fabriques de pâte kraft blanchie (EFPKB) sur les poissons, dont des effets sur les oxygénases à fonction mixte (OFM), sur les enzymes de conjugaison, sur l'énergétique, sur l'hématologie, sur les réponses immunitaires, sur les biomarqueurs non spécifiques, sur la croissance et sur la reproduction, ont été retrouvés en Amérique du Nord, mais les changements notés diffèrent selon les sites » (Munkittrick, 1992). On s'entendait donc déjà sur le fait que des perturbations similaires du système reproducteur apparaissaient dans le milieu récepteur des fabriques de pâte kraft blanchie d'autres régions du monde, mais il n'était pas possible d'établir clairement et irréfutablement quels composés en étaient responsables. Certains pensaient encore que les organochlorés étaient les principaux suspects (Södergren, 1996), mais on avait des indications préliminaires qu'ils n'étaient pas seuls en cause (Munkittrick et al. , 1994a). Au Canada, certaines des questions encore sans réponse étaient de savoir 1) si les changements seraient observés aux fabriques qui n'utilisaient pas le blanchiment au chlore, 2) quelles stratégies de traitement pourraient éliminer les composés bioactifs et, 3) quelle était la relation, s'il y en avait une, entre les enzymes OFM induites et les perturbations concomitantes dans le métabolisme stéroïdien des gonades (Munkittrick, 1992).

À la suite de cette conférence internationale, en décembre 1991, le gouvernement fédéral du Canada a annoncé un ensemble réglementaire concernant les pâtes et papiers, qui régirait les rejets de DBO, les matières en suspension et la toxicité aiguë pour toutes les fabriques de pâtes et papiers, et imposerait des limites strictes aux rejets de dioxines chlorées des fabriques de pâte utilisant des agents blanchissants (Figure 1). L'industrie canadienne des pâtes et papiers a alors commencé à modifier ses procédés et stratégies de traitement pour se conformer au nouveau règlement en quelques années. En même temps, pour combler certaines lacunes en matière d'information, le ministre de l'Environnement lançait un programme intensif de recherches menées par le gouvernement, l'industrie et le milieu universitaire. Les objectifs originaux du programme étaient 1) d'identifier les composés organochlorés en cause, 2) de déterminer comment les éliminer des procédés et 3) d'en déterminer les effets environnementaux à court et long terme (Figure 1).