Les thermomètres à mercure sont-ils vraiment dangereux ? En termes d'« absorption de mercure », il a trop enduré...

Je crois que tout le monde connaît les thermomètres à mercure, mais comme nous le savons tous, le mercure est un métal lourd présentant une toxicité biologique. La Convention de Minamata sur le mercure stipule également clairement : « À partir du 1er janvier 2026, la production de thermomètres et de tensiomètres contenant du mercure sera interdite. »

La question est donc : quels dommages le mercure cause-t-il aux organismes ? Le mercure libre dans la nature sera-t-il absorbé par les plantes ?

Tuchong Créatif

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Mercure : un tueur rusé

Le mercure possède des propriétés physiques et chimiques particulières. À température et pression normales, le mercure est le seul métal lourd qui se présente sous forme liquide et peut exister de manière stable dans l’atmosphère sous forme d’élément gazeux pendant une longue période. Dans la nature, le mercure est un élément métallique lourd à l’état de traces, dont la teneur est très faible, mais sa toxicité biologique est extrêmement forte. En particulier pour le méthylmercure, même de très faibles niveaux d’exposition peuvent entraîner une écotoxicité importante...

L'incident de la « maladie de Minamata » qui s'est produit au Japon dans les années 1960 a été l'incident d'intoxication au mercure le plus grave de l'histoire. L'usine a déversé dans la baie de Minamata une grande quantité d'eaux usées non traitées contenant du mercure provenant de la production industrielle. Le mercure présent dans l’environnement aquatique a été transformé en méthylmercure hautement toxique, qui peut être bioamplifié 1 million de fois le long de la chaîne alimentaire. Les habitants qui ont consommé pendant longtemps des fruits de mer contenant du mercure ont été victimes de cet incident de pollution au méthylmercure.

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Le mercure, en tant que polluant mondial, peut être transporté sur de longues distances par la circulation atmosphérique. Afin de protéger les humains et l’environnement des effets de la pollution au mercure, la Convention de Minamata sur le mercure est officiellement entrée en vigueur le 16 août 2017. Les pays signataires doivent se conformer à la convention internationale sur le mercure et réduire l’utilisation de produits contenant du mercure et les émissions anthropiques de mercure.

Le réservoir total de mercure atmosphérique mondial est d’environ 5 000 à 5 500 tonnes, dont les recherches sur le flux d’émission de mercure provenant de sources anthropiques sont relativement claires, à environ 2 000 tonnes par an. Cependant, il existe une grande incertitude quant au processus d’émission de mercure provenant de sources naturelles, et il est actuellement difficile pour la communauté scientifique d’estimer avec précision son flux. En particulier, l’échange de mercure entre les écosystèmes forestiers mondiaux et l’atmosphère est estimé à « -727~703 tonnes/an », ce qui rend impossible pour les scientifiques de déterminer si les écosystèmes forestiers sont la source ou le puits de mercure atmosphérique.

Par conséquent, une estimation précise de la relation source-puits de mercure entre les forêts et l’atmosphère est propice à une répartition rationnelle des responsabilités dans la mise en œuvre de la Convention de Minamata et fournit un soutien raisonnable aux négociations sur sa mise en œuvre scientifique.

En plus de nuire aux humains, le mercure peut-il nuire aux plantes ?

Avec de telles questions à l'esprit, l'équipe régionale de recherche sur le cycle biogéochimique du mercure, dirigée par le chercheur Feng Xinbin du Laboratoire clé d'État de géochimie environnementale de l'Institut de géochimie de l'Académie chinoise des sciences, a pris la forêt subtropicale à feuilles persistantes de la montagne Ailao dans le Yunnan comme objet de recherche et a mené des recherches sur l'absorption du mercure par les feuilles de la végétation et le cycle biogéochimique du mercure dans les racines. Ils ont utilisé des isotopes stables du mercure naturel pour analyser la source et le mécanisme de migration du mercure dans les feuilles et les racines des plantes, et ont réalisé d’importants progrès dans la recherche.

La plupart des métaux lourds peuvent être absorbés du sol par les racines des plantes, puis transférés vers les tissus aériens des plantes par des processus biologiques tels que la transpiration, et finalement atteindre les feuilles, mais le processus d'absorption du mercure par les plantes est sensiblement différent.

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La surface des feuilles des plantes peut absorber le mercure élémentaire gazeux présent dans l’atmosphère, et une partie du mercure peut également pénétrer à l’intérieur des feuilles par le biais du processus de photosynthèse/respiration des stomates. De plus, les racines des plantes peuvent absorber les ions mercure du sol sous forme de solution aqueuse, mais la distance de transmission du mercure absorbé dans les vaisseaux racinaires est très limitée, de sorte qu'il ne peut pas être transmis aux parties aériennes.

Par conséquent, la concentration de mercure dans les plantes est généralement comprise entre quelques et quelques dizaines de ppb (10-9 g/g), ce qui est une concentration très faible et n’entraînera pas d’effets toxiques sur les plantes. Toutefois, dans des circonstances particulières, comme dans certaines zones polluées, lorsque la concentration de mercure dans les plantes atteint des dizaines à des centaines de ppm (10-6 g/g), cela affecte considérablement les processus physiologiques des plantes.

D’où vient le mercure présent dans les plantes et où va-t-il ?

La signature de la composition isotopique stable du mercure est souvent appelée empreinte biogéochimique du mercure car elle agit comme une empreinte digitale, retraçant la source du mercure et les réactions spécifiques auxquelles il participe.

Nous savons qu'un atome est composé d'un noyau et d'électrons extranucléaires, où le noyau est composé d'un certain nombre de protons et de neutrons. Les isotopes sont des atomes qui ont le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons. Le mercure possède 7 isotopes stables dans la nature, à savoir 196Hg, 198Hg, 199Hg, 200Hg, 201Hg, 202Hg et 204Hg. Le mercure présente des caractéristiques isotopiques du mercure nettement différentes dans différents éléments finaux de la nature, ce qui nous permet d’utiliser les isotopes du mercure pour indiquer efficacement la source du mercure.

Par exemple, les caractéristiques de l’empreinte du fractionnement non massique des isotopes du mercure dans les racines des plantes héritent des caractéristiques de l’empreinte du fractionnement des isotopes du mercure dans le profil du sol, mais sont évidemment différentes de celles des parties aériennes (troncs, feuilles, etc.), ce qui prouve que le mercure dans les racines des plantes provient principalement du sol, plutôt que du transfert des tissus aériens.

La biomasse des racines végétales est énorme, représentant 22 % de la végétation totale. Il soutient non seulement les plantes, mais joue également un rôle important dans le transport des matériaux du corps végétal. On pensait auparavant que le mercure atmosphérique absorbé par les feuilles pouvait être transporté vers le bas jusqu’aux racines de la plante. Par conséquent, les racines de la végétation peuvent constituer un puits important pour le mercure atmosphérique.

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Les dernières recherches de l'Institut de géochimie de l'Académie chinoise des sciences confirment que les racines des plantes absorbent principalement les ions mercure présents dans la solution du sol à travers l'écorce des racines fines. Une partie du mercure peut être transférée de l'écorce des racines à la moelle des racines, ce qui fait que la concentration de mercure dans l'écorce des racines est environ 6 à 10 fois supérieure à celle de la moelle des racines, et fait également que la concentration de mercure dans les racines fines est nettement supérieure à celle dans les racines grossières. Le processus de migration vers le haut du mercure absorbé dans les racines le long des vaisseaux est extrêmement faible, ce qui rend la concentration de mercure dans les racines de la couche superficielle nettement plus élevée que celle de la couche inférieure.

De plus, la mort du système racinaire peut entraîner la libération dans le sol du mercure absorbé par les racines, ce qui constitue un mécanisme de détoxification pour les plantes et peut entraîner l’enrichissement de la concentration de mercure dans la rhizosphère du sol.

Voici un fait peu connu : les forêts du monde entier peuvent absorber de grandes quantités de mercure, la quantité totale absorbée chaque année étant approximativement égale au mercure émis par les activités humaines. Cependant, en raison du manque de compréhension des sources de mercure dans les racines souterraines et de la quantité de mercure stockée, il existe une grande incertitude dans l’estimation des puits de mercure forestiers.

Des recherches menées par l'Institut de géochimie de l'Académie chinoise des sciences ont confirmé que le mercure présent dans les racines des plantes provient principalement du sol plutôt que du transport des parties aériennes des plantes. Cela contredit l’idée avancée par les chercheurs précédents selon laquelle les racines sont un puits pour le mercure atmosphérique à valence zéro. Par conséquent, les racines des plantes ne devraient pas être incluses dans les estimations du puits de mercure atmosphérique mondial.

Nous sommes actuellement confrontés à la double pression de la réduction des émissions de mercure et du respect des conventions, et nous mettons activement en œuvre la Convention de Minamata sur le mercure. La formulation des politiques de conformité et la vérification de l’efficacité des mesures de réduction des émissions doivent être fondées sur une compréhension scientifique du cycle biogéochimique mondial du mercure. Les scientifiques chinois progressent continuellement sur cette voie de recherche de la vérité.

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Rédacteur | Sun Chenyu

Auteur | Yuan Wei, Jia Longyu, Feng Xinbin (Institut de géochimie, Académie chinoise des sciences)

Producteur | Exposition scientifique de Chine