dossier mai 2003

sites contaminés
Dossier
Un nouvel outil pour
l’évaluation des risques
écotoxicologiques
liés aux terrains contaminés:
Jean-Pierre Trépanier
Directeur - Analyse de risques
Sanexen Services environnementaux inc.
courriel : [email protected]
le logiciel TerraSys
1.
Introduction
Au Québec comme dans la plupart des pays
industrialisés, la contamination des terrains
urbains anciennement utilisés à des fins
industrielles constitue un problème
environnemental sérieux. La présence de
diverses substances toxiques, dont des
métaux lourds et certains contaminants
organiques, peut constituer un risque pour
la santé des utilisateurs futurs du terrain.
Cette contamination représente aussi
souvent une source d’impacts plus ou
moins importants sur la faune et la flore.
Dans nombre de pays développés,
l’évaluation des risques constitue de plus
en plus la base de la gestion des terrains
contaminés. La gestion basée sur les
risques réfère simplement à l’idée de
concevoir des plans de réhabilitation des
terrains de manière telle que la santé
humaine et l’environnement ne soient pas
soumis à des risques inacceptables
(Trépanier et al., 2002). Au Québec, la
Politique de protection des sols et de
réhabilitation des terrains contaminés
prévoit, depuis 1998, l’application de
l’analyse de risques comme approche de
gestion des terrains contaminés. Cette
option a récemment été confirmée par
l’adoption, en mai 2002, du projet de loi
72, qui reconnaît comme mode de
réhabilitation possible le maintien en place
des contaminants présents dans un terrain,
pourvu que cette réhabilitation soit basée
sur une évaluation des risques et qu’elle
inclue certaines mesures de mitigation
propres à protéger l’environnement et les
utilisateurs du terrain.
Les dispositions réglementaires, au Québec
ou ailleurs, prévoient la prise en compte
Dans nombre de pays développés, l’évaluation
des risques écotoxicologiques au même
titre que les risques pour la santé humaine.
Toutefois, l’évaluation des risques pour les
récepteurs écologiques (faune et flore)
s’avère complexe, notamment en raison de
la diversité et de la multiplicité des
récepteurs visés (faune, flore). En dépit de
nombreuses publications sur l’évaluation
des risques écotoxicologiques au cours des
dernières années, aucun instrument n’était
disponible jusqu’à maintenant pour
permettre d’appliquer de manière pratique
les connaissances cumulées dans ce
domaine.
Cette situation vient de changer avec la
venue d’un nouveau logiciel destiné
spécifiquement à l’évaluation des risques
écotoxicologiques liés aux terrains
contaminés. Ce logiciel, baptisé TerraSys,
a été développé par Sanexen Services
environnementaux inc, firme québécoise
connue depuis de nombreuses années dans
l’industrie environnementale au Québec.
Pour ce faire, Sanexen s’est associée à divers
partenaires dans le cadre d’un projet de
développement réalisé avec l’appui du
Centre d’excellence de Montréal en
réhabilitation de sites (CEMRS). Les
partenaires impliqués sont le Conseil
national de recherches du Canada, par
l’entremise de l’Institut de recherche en
biotechnologie (IRB), la Ville de Montréal,
le Consortium en recherches minérales du
Québec (COREM), ainsi que le ministère
de l’Environnement du Québec.
Cet article présente sommairement ce
nouvel outil mis à la disposition des
professionnels de l’évaluation des risques et
de la gestion environnementale.
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des risques constitue de plus en plus la base
de la gestion des terrains contaminés. Les
organismes réglementaires requièrent
généralement la prise en compte des risques
écotoxicologiques au même titre que les
risques pour la santé humaine. Toutefois,
l’évaluation des risques pour les récepteurs
écologiques (faune et flore) s’avère complexe,
et nécessite des outils appropriés. Le logiciel
TerraSys, développé par la firme Sanexen,
regroupe l’ensemble des outils requis pour
l’évaluation des risques écotoxicologiques des
lieux contaminés. Il intègre diverses bases de
données et de nombreux modèles permettant
d’estimer les concentrations dans l’ensemble
des médias environnementaux, de même que
l’exposition et les risques pour les divers types
de récepteurs écologiques. Le logiciel propose
aussi une intégration des approches
complémentaires de modélisations
mathématiques et de réalisation de biotests.
2.
Qu’est-ce que
TerraSys ?
Le logiciel TerraSys a été mis au point afin
de permettre la réalisation d’analyses
professionnelles des risques écotoxicologiques. Développé d’abord pour les
problématiques de terrains contaminés, le
logiciel possède néanmoins les outils
requis pour évaluer des situations diverses
impliquant des substances toxiques dans
l’environnement, que ce soit en milieu
terrestre ou aquatique. Il intègre dans un
logiciel unique l’ensemble des fonctions
nécessaires à la réalisation d’évaluations
des risques pour tous les types de
récepteurs écologiques. Toutes les étapes
de l’analyse, de la saisie des données de
caractérisation à l’évaluation finale des
risques, sont prises en charge de manière
cohérente et intégrée.
• des modèles mathématiques estimant
l’exposition des divers récepteurs écologiques aux contaminants du sol (concentrations ou doses), à travers l’ensemble
des voies possibles d’exposition. Ces
modèles sont gérés par des algorithmes
spécifiquement développés pour TerraSys,
qui permettent de réaliser des simulations
même dans des systèmes complexes
impliquant divers types de récepteurs et
plusieurs niveaux trophiques;
• une fonction permettant le calcul rapide
de valeurs de référence écotoxicologiques directement utilisables dans
l’estimation des risques, et ce, à partir de
bases de données intégrées au logiciel;
Plus spécifiquement, le logiciel comprend :
• des modèles mathématiques pour
l’estimation des risques écotoxicologiques liés à l’exposition des divers récepteurs;
• des bases de données regroupant
l’ensemble de l’information requise pour
la réalisation des évaluations de risques;
ces bases de données concernent les
contaminants (propriétés physicochimiques, toxicologiques et environnementales), les récepteurs écologiques
(variables physiologiques et autres), ainsi
que des données écotoxicologiques pour
divers types de récepteurs;
• des outils permettant l’utilisation de
biotests pour l’évaluation des risques
écotoxicologiques. Ces outils comprennent les fonctions de saisie, de traitement et d’interprétation des résultats de
biotests, notamment aux fins de calcul
d’indices de risque. Ils peuvent être
utilisés seuls, ou conjointement avec les
fonctions plus traditionnelles de modélisation mathématique.
• des outils de traitement des données de
caractérisation des terrains contaminés
(saisie, traitement statistique ou géostatistique des concentrations de contaminants mesurées sur le terrain à l’étude);
3.
• des fonctions de cartographie des concentrations de contaminants (concentrations mesurées ou simulées);
• une interface évoluée de définition des
modèles conceptuels des écosystèmes à
modéliser; cette interface conviviale
permet de créer rapidement une représentation graphique de l’écosystème et
de définir toutes les variables requises
pour l’évaluation des risques;
• des modèles mathématiques capables de
simuler les transferts des contaminants
dans l’environnement (modélisations
multimédias) et d’estimer les concentrations dans les divers compartiments
environnementaux;
Démarche générale
d’une évaluation
des risques
écotoxicologiques
La démarche globale d’une évaluation des
risques écotoxicologiques est illustrée à la
figure 1. Cette démarche peut impliquer
ou non la réalisation de biotests, mais ceuxci fournissent une information particulièrement utile qui ne devrait pas être
négligée. L’évaluation des risques écotoxicologiques par l’approche conventionnelle
de modélisation mathématique comporte
des sources d’incertitude importante, liées
notamment à la biodisponibilité des
contaminants, aux limites des caractérisations réalisées, ainsi qu’à la disponibilité, la validité et la représentativité des
valeurs de référence écotoxicologiques pour
les diverses combinaisons de récepteurs et
de contaminants. C’est pourquoi TerraSys
combine à la fois les modélisations
mathématiques et l’utilisation de biotests
pour permettre la réalisation d’évaluations
de risques aussi crédibles et bien fondées
que possible.
Concrètement, une session de travail avec
le logiciel comporte essentiellement quatre
grandes phases :
1. la saisie des données relatives au cas à
l’étude;
2. la définition du modèle conceptuel de
l’écosystème;
3. la modélisation des données;
4. l’interprétation des résultats.
Chacune de ces phases est brièvement
discutée ci-dessous.
Phase 1 : La saisie des données
La phase de saisie des données consiste à
regrouper, sous une forme utilisable par
TerraSys, l’ensemble de l’information factuelle
propre au cas à l’étude. Du fait qu’il s’agit
d’un outil intégrateur, le logiciel requiert
des informations de natures diverses :
• les données de caractérisation des sols
(concentrations des contaminants): ces
données constituent le point de départ
permettant de définir l’état de contamination du terrain. C’est aussi le point
de départ des modélisations multimédias
visant à estimer les concentrations dans
tous les autres compartiments environnementaux.
• les résultats de biotests, s’il y a lieu :
considérant les limites inhérentes à
l’évaluation des risques par l’approche
mathématique seule, il est de plus en
plus recommandé, en plus des modélisations mathématiques, de réaliser des
biotests sur quelques échantillons de sol
prélevés sur le terrain à l’étude. Les
réponses fournies par ces biotests sont de
nature à compléter l’évaluation réalisée
par modélisation à partir des concentrations mesurées sur le terrain.
En plus de ces données, on doit également
disposer d’un fond de carte et d’une
délimitation de la zone d’étude pour
pouvoir exploiter pleinement les capacités
du logiciel. Ces informations sont requises
pour
réaliser
les
modélisations
géostatistiques de la contamination, s’il y a
lieu. Cette étape n’est pas obligatoire, mais
il est généralement intéressant d’avoir une
vue d’ensemble de la répartition spatiale de
VECTEUR ENVIRONNEMENT • VOLUME 36 • NUMÉRO 3 • MAI 2003 Page 41
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Figure 1
Schéma de la démarche générale d’une évaluation des risques avec le logiciel TerraSys
la contamination. Dans certains cas, il sera
nécessaire de procéder à un traitement
géostatistique pour obtenir un portrait
adéquat de la contamination du terrain aux
fins de l’évaluation des risques.
Page 42
La modélisation multimédia des
concentrations requiert également de
nombreuses valeurs de paramètres physicochimiques,
environnementaux
ou
toxicologiques des substances en cause.
TerraSys inclut une base de données
VECTEUR environnement • Volume 36 • numéro 3 • mai 2003
regroupant cette information pour une
centaine de contaminants parmi les plus
communs dans les cas de terrains
contaminés. L’utilisateur n’a donc pas à
réintroduire cette information à chaque
cas. Toutefois, si un cas particulier requiert
l’évaluation des risques liés à une substance
qui n’est pas déjà présente dans la base de
données, l’utilisateur peut y introduire ces
valeurs afin de pouvoir ensuite procéder à
l’évaluation des risques. Le cas échéant,
plusieurs des paramètres décrivant le
contaminant peuvent être estimés par le
logiciel en l’absence de valeurs bien
documentées. Par exemple, si aucune
valeur de facteur de bioconcentration n’est
disponible dans la littérature scientifique,
TerraSys pourra estimer ce paramètre à
l’aide d’équations de régression intégrées
au logiciel.
Phase 2 : La définition du modèle
conceptuel de l’écosystème
La phase de définition du modèle
conceptuel constitue l’élément central du
travail d’évaluation des risques. Définir le
modèle conceptuel consiste essentiellement
à formuler la problématique à évaluer. Le
modèle conceptuel inclut la description de
la source de contamination, du milieu
récepteur, et des processus par lesquels les
récepteurs écologiques sont exposés aux
contaminants ou, indirectement, aux effets
des contaminants sur d’autres récepteurs
(Suter et al., 2000). En termes simples, le
modèle conceptuel définit ce qu’on désire
modéliser. Il s’agit d’une représentation
simplifiée qui doit inclure tous les éléments
importants de l’écosystème, soit, d’une
part, le milieu abiotique de support (eau,
air, sol), et d’autre part, les éléments
biotiques (récepteurs écologiques) pour
lesquels on désire évaluer les risques. En
plus de ces récepteurs, le modèle doit
considérer tous les éléments intermédiaires
susceptibles de jouer un rôle significatif
dans le transport des contaminants au sein
de l’écosystème.
Par exemple, afin
d’évaluer les risques pour un oiseau se
nourrissant de poissons vivant dans un
ruisseau, on devra inclure dans le modèle
conceptuel le ruisseau et les poissons qui y
vivent, aussi bien que l’oiseau lui-même.
La figure 2 montre un exemple de modèle
conceptuel simple. Dans cet exemple, les
récepteurs écologiques se limitent à la
végétation herbacée, aux micro-organismes
du sol, aux invertébrés du sol et à une
espèce d’oiseau omnivore, le Merle
d’Amérique. Une des qualités importantes
du logiciel est toutefois sa capacité de
modéliser des écosystèmes beaucoup plus
complexes. Le logiciel est en mesure de
réaliser des modélisations multimédias et
d’estimer les risques pour des modèles
conceptuels pouvant compter une centaine
d’éléments différents, et jusqu’à un millier
d’interactions entre ces éléments.
Dans TerraSys, le modèle conceptuel ne
désigne pas seulement la représentation
graphique de l’écosystème à modéliser; il
inclut également toutes les valeurs de
variables requises pour modéliser les
concentrations dans l’ensemble des médias
et pour estimer les risques. Toutes les
modélisations dépendent donc de la
défintion du modèle conceptuel.
Techniquement, le modèle conceptuel
sauvegardé sous TerraSys inclut également,
en plus des propriétés des éléments et des
interactions, la liste des contaminants et
toutes les valeurs de concentrations de
chaque contaminant dans chaque média.
Il inclut également les valeurs de doses et
d’indices de risques. Toutes ces informations sont sauvegardées conjointement,
ce qui simplifie grandement les sessions de
travail avec le logiciel.
Air et changements climatiques
911, rue Jean-Talon Est, bureau 220
Montréal, Québec, Canada H2R 1V5
Téléphone : (514) 270-7110
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Phase 3 : La modélisation des
données
La phase de modélisation des données
constitue le travail principal du logiciel. A
partir des données propres au site à l’étude
et du modèle conceptuel de l’écosystème, le
logiciel permet d’estimer, par modélisation,
les concentrations dans l’ensemble des
médias. Cette estimation est nécessaire
pour évaluer l’exposition de chaque
récepteur aux contaminants du sol.
La modélisation des données comporte
principalement deux étapes distinctes :
1. la modélisation des concentrations dans les
divers médias; cette étape consiste à
estimer les concentrations de contaminants dans chacun des éléments, bio-
tiques ou abiotiques, de l’écosystème, en
tenant compte des concentrations initiales dans le sol, des propriétés physicochimiques et environnementales des
substances, ainsi que de la définition du
modèle conceptuel. Le logiciel inclut les
modèles mathématiques utilisant ces
variables d’entrée (intrants), ainsi que les
algorithmes nécessaires au traitement
adéquat de cette information, en
fonction du modèle conceptuel défini.
Cette dernière particularité est
importante, puisque la définition du
modèle conceptuel détermine non
seulement quels modèles doivent être
utilisés (selon les éléments et les
interactions définies), mais également
dans quel ordre ces modélisations
doivent être réalisées.
Figure 2
Exemple d’un modèle conceptuel simple
Page 44
VECTEUR environnement • Volume 36 • numéro 3 • mai 2003
2. la modélisation de l’exposition et des
risques pour les divers récepteurs; cette
étape est analogue à la précédente sous
plusieurs rapports. Comme la modélisation multimédias, elle utilise les
propriétés des contaminants et la
définition du modèle conceptuel
comme variables d’entrée déterminantes. Cette étape utilise toutefois les
concentrations calculées à l’étape
précédente pour estimer l’exposition des
récepteurs, soit les concentrations ou les
doses auxquelles les récepteurs sont
soumis, puis les risques que représente
cette exposition. La modélisation de
l’exposition implique la prise en compte
de plusieurs propriétés physicochimiques des contaminants, alors que
la modélisation des risques requiert
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Interface du logiciel
1
2
4
3
5
6
TerraSys offre une interface conviviale facilitant le travail pour l’utilisateur. Les principaux éléments de cette interface incluent :
1. Espace d’instructions à l’utilisateur: TerraSys indique en tout temps les instructions associées à chaque élément de l’interface sur lequel
l’utilisateur positionne la souris. Cette caractéristique simplifie le travail pour l’utilisateur débutant.
2. Le menu principal du logiciel donne accès à la plupart des fonctions, à partir de la fenêtre principale du logiciel.
3. Les volets de groupes de fonctions permettent de sélectionner rapidement le type de données avec lesquelles l’utilisateur désire
travailler. Il est ainsi facile d’examiner successivement la cartographie de la zone d’étude, les données de caractérisation, les résultats
de biotests ou le modèle conceptuel.
4. L’espace principal de travail fournit un aperçu visuel des informations en cours, en plus de donner accès aux nombreuses fonctions
du logiciel associées à l’un ou l’autre des groupes de fonctions.
5. Des menus contextuels sont associés à de nombreux éléments du logiciel; ces menus donnent rapidement accès à des fonctions propres
aux éléments sur lesquels l’utilisateur clique avec la souris.
6. Aide contextuelle: TerraSys comprend un système complet d’aide contextuelle que l’utilisateur peut interroger en tout temps.
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l’utilisation de valeurs de référence
écotoxicologiques définissant, pour un
contaminant donné, les niveaux
« sécuritaires » d’exposition des récepteurs.
sédimentaire, dispersion atmosphérique,
etc.). Pour ce faire, les modèles présentés
dans Burman et Pochop (1994) ont été
largement mis à profit.
Ces étapes constituent l’essentiel de la
démarche conventionnelle d’évaluation des
risques par modélisation mathématique. À
cette approche peut également s’ajouter la
prise en compte de résultats de biotests. En
plus de l’évaluation par modélisations
mathématiques, le logiciel permet d’estimer
les risques pour divers récepteurs écologiques à partir de biotests réalisés sur des
échantillons de sol provenant du terrain à
l’étude. Cette fonction est discutée plus en
détails dans les pages suivantes.
Par ailleurs, en dépit de recherches
exhaustives, il est apparu qu’aucun modèle
n’était disponible à ce jour pour estimer les
concentrations et les doses chez les
arthropodes terrestres et les amphibiens
(Suter et al. 2002, Birge et al. 2000).
Considérant le rôle écologique majeur que
jouent ces organismes, des efforts particuliers
ont été consentis pour le développement
d’approches inédites d’estimation des
concentrations et de l’exposition pour ces
récepteurs écologiques (Trépanier et Bisson,
2002). Bien que les modèles proposés à cet
égard dans TerraSys ne puissent être
considérés comme pleinement validés, ils
fournissent néanmoins un premier outil
permettant une estimation de l’ordre de
grandeur des risques auxquels sont exposés
ces organismes. À ce titre, le logiciel
constitue déjà un outil significatif pour la
gestion environnementale des problèmes de
contamination.
Phase 4 : L’interprétation des
résultats
L’interprétation des résultats constitue la
phase finale de l’évaluation des risques.
Cette phase ne peut être entièrement réalisée
de manière automatisée, car elle fait appel de
manière prépondérante à l’expertise
professionnelle de l’analyste. Néanmoins, le
logiciel TerraSys propose plusieurs fonctions
d’assistance à l’interprétation.
Ces
fonctions, bien que limitées, peuvent être
d’une grande utilité pour l’évaluation de
systèmes écologiques complexes.
4.
Bases scientifiques du
logiciel
Le développement de TerraSys a largement
bénéficié des développements réalisés dans
le domaine de l’évaluation des risques
écotoxicologiques au cours des dernières
années. La plupart des modèles de transfert des contaminants dans l’environnement sont tirés de documents publiés au
cours des dernières années par l’agence
américaine de protection de l’environnement (US EPA 1993, 1994, 1995a,
1995b, 1996, 1999, 2001) et par Oak
Ridge National Laboratory (Sample et al.
1996, 1997, 1998a, 1998b, 1998c;
Efroymson et al. 1997a, 1997b, 1997c;
Bechtel Jacobs 1998a, 1998b; Baes et al.
1984; Jones et al. 1997; McDowell-Boyer
et Hetrick, 1982 ; Suter et Tsao, 1996).
Du fait de la dimension « écologique » du
logiciel, plusieurs modèles ont été intégrés
à celui-ci pour lui permettre de simuler
divers processus environnementaux qui
interviennent dans le fonctionnement de
l’écosystème et le transfert des contaminants (évaporation, bilans hydrique et
Page 46
Il est à noter que le logiciel est fourni avec
un manuel de référence détaillé décrivant
les modèles mathématiques utilisés, et
indiquant la source de ces modèles.
5.
Utilisation du logiciel
pour l’élaboration de
valeurs de référence
écotoxicologiques
Bien que l’évaluation des risques connaisse
un essor important depuis quelques
années, la disponibilité limitée de valeurs
de référence écotoxicologiques demeure un
obstacle important à l’application de cette
approche dans de nombreux cas. Les
valeurs de référence désignent les niveaux
d’exposition « sécuritaires » pour un type
de récepteur et un contaminant donné.
Des valeurs distinctes sont donc nécessaires
pour chaque combinaison de récepteur et
de contaminant. Par exemple, pour un
modèle conceptuel comptant 20 récepteurs
écologiques et 10 contaminants différents,
le nombre de valeurs de référence requis
pour l’évaluation complète des risques est
de 200. Ces niveaux d’exposition peuvent
être des concentrations dans le sol ou dans
l’eau, ou encore des doses, dans le cas des
organismes à contact indirect (amphibiens,
reptiles, oiseaux, mammifères).
VECTEUR environnement • Volume 36 • numéro 3 • mai 2003
Les valeurs de référence sont établies sur la
base d’études écotoxicologiques publiées
dans
la
littérature
scientifique.
Malheureusement, le nombre de valeurs de
référence publiées jusqu’à maintenant par
les organismes responsables (US EPA,
ministères de l’environnement, etc.)
demeure très limité.
Ceci découle
notamment du travail considérable que
représentent la revue de littérature et le
traitement des données nécessaires au
calcul des valeurs de référence.
Afin de pallier la disponibilité restreinte des
valeurs de référence, le logiciel TerraSys
inclut des bases de données et des fonctions
permettant le calcul rapide de valeurs de
référence directement utilisables dans
l’estimation des risques. En plus d’une
base de données sur les propriétés physicochimiques et environnementales des
contaminants, le logiciel comprend des
bases de données écotoxicologiques
comptant plus de 18 000 enregistrements
correspondant à autant de résultats
d’études publiées à travers le monde. Ces
études touchent une centaine de
contaminants et tous les types de
récepteurs écologiques, terrestres ou
aquatiques. Ces bases de données peuvent
être éditées par l’utilisateur, qui peut donc
y ajouter des enregistrements pour de
nouveaux contaminants, ou encore pour
mettre à jour les données disponibles au fur
et à mesure que de nouvelles publications
voient le jour.
L’intérêt principal de ces bases de données
réside dans la possibilité de les utiliser pour
définir rapidement des valeurs de référence.
Pour ce faire, TerraSys inclut les fonctions
de calcul des relations dose/réponse et de
calcul des distributions de sensibilité
requises pour estimer les valeurs de
référence en fonction des objectifs de
protection ou des lignes directrices
imposées
par
les
organismes
réglementaires. La figure 3 illustre un
exemple de calcul d’une valeur de référence
à partir de données comprises dans la base
de données écotoxicologiques pour les
invertébrés du sol. La première étape de ce
travail consiste à définir la relation
dose/réponse de chaque étude jugée
pertinente pour le type de récepteur et le
contaminant en cours (exemple de la figure
3a). Cette relation dose/réponse permet le
calcul de l’indicateur écotoxicologique
approprié en fonction des exigences des organismes
réglementaires. Dans l’exemple de la figure 3a, le niveau d’effet
cible est de 25 %, correspondant à une « tolérance » d’effet de
25 % au sein de la population exposée, pour l’effet toxique
considéré. A partir des résultats de l’étude citée (Van Gestel et al.
1992), la concentration de pentachlorophénol dans le sol
correspondant à 25 % de réponse est de 15,54 mg/kg. Ce résultat
ne représente toutefois qu’une estimation possible de la valeur de
concentration effective EC25, d’autres études pouvant mener à des
estimations différentes. Le calcul d’une valeur de référence
utilisable aux fins d’estimation du risque sera donc réalisé non pas
à partir d’une valeur unique, mais selon un percentile donné de la
distribution statistique des valeurs estimées à partir des études
disponibles. La valeur de ce percentile est habituellement définie
par les organismes réglementaires impliqués. Dans l’exemple
illustré à la figure 3b, le percentile retenu était de 20 %, et la valeur
correspondante est de 4,10 mg/kg. Cette valeur peut être utilisée
directement dans TerraSys comme valeur de référence permettant
le calcul des indices de risques pour les invertébrés du sol.
transposable à l’ensemble de la végétation herbacée, arbustive et
arborescente sur le terrain à l’étude. De plus, les biotests
examinent une gamme limitée d’effets (ex. : réduction de la
longueur des tiges, succès de germination, etc.). Il est impossible
de réaliser un nombre de biotests suffisant pour s’assurer que tous
les récepteurs écologiques et tous les effets toxiques potentiels sont
évalués adéquatement. On utilisera donc plutôt des indicateurs,
et les conclusions des biotests seront interprétées en conséquence.
Cet exercice peut être réalisé pour chaque combinaison de
récepteur et de contaminant lors d’une évaluation des risques avec
TerraSys. De ce fait, l’utilisation de ce logiciel permet de combler
l’absence de valeurs de référence officiellement proposées par les
organismes réglementaires. Notons enfin que le logiciel permet de
sélectionner individuellement les études retenues ou non pour le
calcul des valeurs de référence, ainsi que les niveaux de protection
cibles et les modèles statistiques utilisés pour le calcul des courbes
dose/réponse et le calcul des distributions de sensibilités. Il offre
donc ainsi toute la flexibilité voulue pour s’adapter aux besoins des
divers utilisateurs.
Le caractère complémentaire de ces deux approches est donc
évident. C’est pourquoi le logiciel TerraSys inclut une fonction
d’intégration des résultats de biotests avec les calculs d’indices de
risques par modélisation. Cette intégration vise à renforcer le
niveau de confiance des conclusions de l’analyse. Elle consiste
essentiellement à confronter les résultats des deux approches, à
formuler les hypothèses possibles pour expliquer les différences
6.
Intégration des modélisations et des
biotests
Les biotests constituent un apport potentiel important aux
évaluations des risques écotoxicologiques. Un biotest est un outil
analytique permettant de quantifier la toxicité d’un contaminant
ou d’un échantillon environnemental en utilisant des organismes
vivants (Renoux et Sunahara, 2002). Des biotests réalisés sur des
échantillons de sol ou d’eaux de surface provenant d’un terrain
contaminé peuvent fournir des informations précieuses pour
l’évaluation des risques.
Le principal avantage des biotests réside dans leur potentiel
intégrateur, c’est-à-dire leur capacité à fournir une indication de la
toxicité d’un échantillon, quels que soient les contaminants
responsables de cette toxicité. Cette caractéristique permet de
confirmer, par exemple, l’innocuité d’une contamination
environnementale, même dans des cas où le calcul d’indices de
risques par modélisations suggère un risque significatif. Divers
facteurs, tel que la biodisponibilité restreinte des contaminants,
peuvent expliquer un résultat négatif de biotest là où le calcul
d’indices de risques par modélisation suggère plutôt une réponse
positive.
Par contre, les résultats des biotests ont une portée limitée en ce
qui regarde les espèces visées par l’évaluation de risques. Par
exemple, un test réalisé sur la laitue n’est pas forcément
Les calculs d’indices de risques par modélisations mathématiques
sont tributaires, quant à eux, des contaminants pour lesquels on
possède une caractérisation. Si une substance présente dans le sol
n’a pas été mesurée lors de la caractérisation environnementale, les
conclusions de l’évaluation des risques peuvent être incomplètes
ou inadéquates. Le caractère intégrateur des biotests présente
alors un intérêt évident. Dans un tel cas, le biotest peut détecter
une toxicité qui a échappé aux modélisations mathématiques
simplement en raison de l’absence de concentration mesurée du
contaminant responsable de la toxicité.
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Figure 3a
Exemple de calcul de relation dose/réponse et d’un indicateur écotoxicologique à partir des bases de données intégrées à TerraSys
Figure 3b
Exemple de calcul de la distribution statistique des valeurs de EC25 à partir des bases de données intégrées à TerraSys
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VECTEUR environnement • Volume 36 • numéro 3 • mai 2003
observées, s’il y a lieu, et à proposer les conclusions les plus
appropriées sur la base des résultats obtenus, en tenant compte des
caractéristiques, des forces et des faiblesses de chaque approche.
La mise en commun (intégration) des réponses de ces deux
approches suppose au préalable que les réponses soient exprimées
sous une forme équivalente. Dans l’approche basée sur les
modélisations mathématiques, l’indice de risque est utilisé pour
exprimer la présence ou l’absence de risque. L’indice de risque
représente le ratio de l’exposition estimée pour un récepteur donné
sur l’exposition « sécuritaire » pour ce type de récepteur. Toute
valeur d’indice de risque supérieure à 1,0 suggère donc la présence
possible d’un risque pour le récepteur. À l’inverse, un indice de
risque inférieur à 1,0 indique l’absence de risque pour le récepteur
et le contaminant en cause. Afin de permettre l’intégration des
valeurs d’indices de risque obtenues par modélisation avec les
résultats des biotests, il est nécessaire de calculer des indices
équivalents à partir des résultats des biotests. Pour ce faire, une
méthode inédite de calcul d’indices de risques à partir des biotests
a été mise au point dans le cadre du développement du logiciel.
Considérant que les résultats des biotests peuvent être exprimés
sous diverses formes (seuil toxique à partir d’échantillons dilués ou
réponse toxique à partir d’échantillons non-dilués), le calcul
d’indices de risques quantitatifs n’est pas toujours possible.
Toutefois, un indice qualitatif peut être « calculé » dans tous les
cas, ce qui permet l’intégration des conclusions avec les indices
calculés par modélisation.
7.
la démarche d’évaluation des risques écotoxicologiques, le logiciel
propose un moyen efficace pour l’étudiant d’assimiler, de manière
concrète, les notions scientifiques et techniques applicables à ce
domaine. Les universités impliquées dans la formation en
environnement devraient donc y voir un outil particulièrement
intéressant pour la formation pratique dans ce domaine.
En résumé, sa capacité d’analyse et de simulation de systèmes
complexes font de TerraSys un outil unique pour l’analyse des
systèmes écologiques impliquant de nombreux types de récepteurs
et de multiples niveaux trophiques. Considérant les limites des
connaissances actuelles dans le domaine de l’écotoxicologie, et
tenant compte des restrictions pratiques généralement liées à la
réalisation d’évaluations des risques, ce logiciel doit être considéré
comme un outil permettant d’estimer l’ordre de grandeur des
risques pour les divers types de récepteurs écologiques au sein d’un
écosystème. Loin de représenter un aboutissement final, cet outil
se veut néanmoins une contribution significative au
développement d’un domaine de connaissances où l’urgence d’agir
est de plus en plus manifeste.
8.
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Conclusion
Le logiciel TerraSys propose un outil complet pour la réalisation
d’évaluations des risques écotoxicologiques, non seulement pour
les cas de terrains contaminés, mais pour la plupart des
écosystèmes terrestres ou aquatiques. Ce logiciel s’adresse d’abord
et avant tout aux professionnels de l’évaluation des risques
écotoxicologiques. Les fonctions du logiciel ont été conçues de
manière à optimiser la réalisation des tâches courantes pour
l’évaluation des risques liés aux terrains contaminés. De ce fait, les
consultants en évaluation des risques environnementaux y
trouveront un outil particulièrement adapté à leurs besoins. Les
corporations industrielles ou autres ayant à gérer des
problématiques de terrains contaminés y verront aussi un outil
utile pour l’analyse et la prise de décision.
Par ailleurs, TerraSys propose des outils spécifiquement dédiés à
l’évaluation des risques associés à des contaminants ou des récepteurs pour lesquels aucune valeur de référence écotoxicologique
n’est actuellement disponible. En utilisant directement des
données disponibles dans la littérature scientifique, le logiciel
accroît considérablement les possibilités d’évaluation des risques,
tout en s’adaptant aux besoins et aux objectifs des organismes
réglementaires (gouvernements) impliqués dans la protection et la
gestion de l’environnement. De ce fait, ce logiciel représente certainement un outil précieux pour les organismes réglementaires, que
ce soit pour la définition de politiques, critères ou normes de
qualité de l’environnement, ou pour l’évaluation de cas spécifiques.
Le logiciel présente également un intérêt évident comme
instrument pédagogique. En intégrant l’ensemble des aspects de
Promoteurs immobiliers, entrepreneurs en
excavation, consultants en environnement
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VECTEUR ENVIRONNEMENT • VOLUME 36 • NUMÉRO 3 • MAI 2003 Page 49
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