Source Apportionment and Toxicological Risk of Potentially Toxic Elements in River Osun Ecosystem Within Ilesha Gold Belt

Résumé technique : Répartition des sources et risque toxicologique des éléments potentiellement toxiques dans l'écosystème de la rivière Osun au sein de la ceinture aurifère d'Ilesha

Énoncé du problème
L'étude traite des risques environnementaux et de santé publique associés aux éléments potentiellement toxiques (EPT) dans l'écosystème de la rivière Osun, plus précisément dans la ceinture aurifère d'Ilesha, dans l'État d'Osun, au Nigéria. Les activités minières aurifères, en particulier les opérations artisanales, sont identifiées comme des sources significatives de contamination par les métaux lourds libérés dans l'eau et les sédiments par les processus industriels, la fusion et l'élimination inappropriée des déchets. La recherche se concentre sur la caractérisation des paramètres physico-chimiques et des concentrations de métaux dans ces matrices afin d'évaluer les risques écologiques et les dangers potentiels pour la santé humaine découlant d'une exposition à long terme, spécifiquement par ingestion.

Méthodologie
La recherche a employé une approche multidimensionnelle impliquant l'échantillonnage sur le terrain, l'analyse en laboratoire et la modélisation statistique :

• Échantillonnage : Des échantillons d'eau et de sédiments ont été collectés en septembre 2024 dans quatre sites distincts au sein de la ceinture aurifère : deux sites près d'Ora (ORS1 et ORS2), un à Oke-Ibode (OKS) et un à Osogbo (OSS). Le sédiment a été prélevé à une profondeur de 0 à 25 cm à l'aide d'une benne Ekman.
• Analyse physico-chimique : Des mesures in situ ont été réalisées pour le pH, l'oxygène dissous, les solides dissous totaux, la conductivité électrique et la dureté totale à l'aide d'une sonde multiparamètre.
• Préparation et digestion des échantillons : Les échantillons d'eau ont été digérés avec de l'acide nitrique (HNO₃) et de l'acide chlorhydrique (HCl) concentrés à 90 °C. Les échantillons de sédiments ont été séchés à l'air, tamisés (2 mm) et extraits à l'aide d'un mélange de HCl, de HNO₃ et d'acide phosphorique (H₃PO₄).
• Analyse instrumentale : Les concentrations de métaux lourds ont été quantifiées par spectrométrie d'émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES) à l'aide d'un système Agilent 720-ES.
• Statistiques et évaluation des risques :
  • Répartition des sources : L'analyse en composantes principales (ACP) avec rotation varimax a été utilisée pour identifier les modèles, regrouper les éléments présentant des tendances géochimiques similaires et distinguer les processus géologiques naturels des apports anthropiques.
  • Risque écologique : L'indice de risque écologique (ERI) a été calculé sur la base des facteurs de contamination et des facteurs de réponse toxique (Hakanson, 1980).
  • Risque pour la santé humaine : Une évaluation du risque non cancérogène a été menée en utilisant les modèles de l'Agence américaine pour la protection de l'environnement (USEPA, 2011). Cela impliquait le calcul de l'apport quotidien chronique (CDI) et du quotient de danger (HQ) pour l'exposition des adultes par ingestion.

Résultats clés

• Concentrations de métaux :
  • Eau : Des variations significatives ont été observées entre les sites. ORW1 présentait des concentrations notablement plus élevées de Potassium (2,59 mg/L), de Calcium (3,59 mg/L), de Baryum (4,59 mg/L) et de Vanadium (5,59 mg/L) par rapport aux autres sites. Les niveaux de Fer (Fe) et de Manganèse (Mn) variaient également, ORW1 présentant la concentration de Fe la plus élevée (1,30 mg/L).
  • Sédiment : Le site ORS1 a affiché les concentrations moyennes les plus élevées pour plusieurs éléments, notamment le Sodium (4,92 mg/kg), le Magnésium (7,48 mg/kg) et l'Aluminium (1077,82 mg/kg). ORS2 présentait des niveaux élevés d'Argent (8,88 mg/kg) et de Cadmium (0,38 mg/kg).
• Répartition des sources (ACP) : Trois composantes principales ont été identifiées.
  • La Composante 1 a expliqué la majeure partie de la variance, regroupant des éléments tels que Na, Mg, K, Ba, V, Fe, Ni, Cu, Al, Se, Th et U, suggérant une origine géochimique ou minéralogique commune.
  • La Composante 2 a mis en évidence les variations des métaux de transition et des composés riches en calcium (Ca, Mn, Fe, Co, Pb, Cd).
  • La Composante 3 était caractérisée par le Cr, l'Ag, le Cd et le Th, indiquant des distributions spécifiques de métaux traces potentiellement liées à des facteurs industriels ou environnementaux. L'argent (Ag) a été identifié comme une valeur aberrante, se comportant différemment des éléments regroupés.
• Risque écologique : L'indice de risque écologique (ERI) a indiqué que le Cadmium (Cd) et le Plomb (Pb) posaient des risques écologiques importants, particulièrement dans les échantillons de sédiments.
• Risque pour la santé humaine :
  • L'analyse du quotient de danger (HQ) a révélé que le Cadmium (Cd), le Plomb (Pb) et le Nickel (Ni) posaient des risques significatifs par ingestion à long terme.
  • Les valeurs de HQ spécifiques pour l'ingestion de sédiments ont dépassé l'unité pour plusieurs éléments, notamment le Cobalt (Co : 1,789), le Nickel (Ni : 1,897), le Cuivre (Cu : 1,765), le Zinc (Zn : 1,876) et l'Uranium (U : 1,548), indiquant des risques potentiels pour la santé non cancérogènes pour les adultes exposés à ces sédiments.

Signification et revendications
L'étude établit que les concentrations de métaux lourds dans l'eau et les sédiments de la ceinture aurifère d'Ilesha présentent des niveaux de contamination variables, certains sites (notamment ORS1 et ORS2) montrant des signes de contamination significative à extrême. Les auteurs concluent que les variations élémentaires observées sont dictées par une combinaison d'opérations minières et de processus géologiques naturels.

La principale importance de ce travail réside dans l'identification de risques toxicologiques spécifiques. Les conclusions suggèrent que des mesures réglementaires sont nécessaires dans les régions où les activités minières ont lieu afin de protéger la santé publique. L'article appelle explicitement à une surveillance continue des concentrations de métaux lourds pour atténuer les risques environnementaux et préserver la qualité de l'eau. En outre, il préconise l'adoption de méthodes minières durables et de stratégies de gestion appropriées des déchets pour réduire les niveaux de contamination associés aux activités d'extraction d'or de la région. L'étude ne propose pas de nouveaux protocoles expérimentaux ou d'applications futures au-delà de ces recommandations réglementaires et de gestion.