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Sedimentary Fate, Sources, and Ecotoxicological Risk of Persistent Pesticides in the Kol Ramsar Wetland, Southwest India

Cette étude révèle que les pesticides persistants de type organochlorés et organophosphorés dans la zone humide de Kol Ramsar présentent une accumulation saisonnière, un transport vertical vers les sédiments profonds et des risques écologiques modérés induits par un mélange de résidus historiques, d'apports agricoles contemporains et de transport moussonique.

Auteurs originaux : Nisari A R, Sujatha C H

Publié 2026-10-20

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CC BY 4.0

Auteurs originaux : Nisari A R, Sujatha C H

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Dans les champs paisibles et gorgés d'eau de la zone humide de Kol, dans le sud-ouest de l'Inde, une histoire complexe est écrite non pas à l'encre, mais dans la boue. Ce paysage, reconnu mondialement comme un sanctuaire vital pour les oiseaux et les poissons, est également une exploitation agricole où le riz est cultivé depuis des siècles. L'histoire de ce lieu est façonnée par le rythme de la mousson, qui inonde les champs pendant la moitié de l'année et se retire pour révéler le sol pour la plantation. Cependant, le sol contient plus que de simples nutriments ; il agit comme une banque de mémoire à long terme pour les produits chimiques que les agriculteurs ont utilisés pour protéger leurs cultures. Lorsque les pesticides sont appliqués, ils ne sont pas toujours complètement évacués. Au lieu de cela, beaucoup d'entre eux s'accrochent à de minuscules particules de terre et s'enfoncent dans le sédiment, la couche de boue au fond de l'eau. Avec le temps, ces produits chimiques peuvent s'accumuler, se cachant dans les couches sombres de la terre bien après qu'ils ont été pulvérisés. Les scientifiques qui étudient ces environnements s'intéressent à la manière dont ces produits chimiques cachés se déplacent, combien de temps ils durent et ce qu'ils pourraient faire aux créatures vivant dans l'eau et la boue. Comprendre ce processus est crucial car ces zones humides ne sont pas seulement des fermes ; ce sont des écosystèmes délicats où la santé du sol affecte directement la survie des poissons, des oiseaux et des populations qui en dépendent.

Une équipe de chercheurs de l'Université de science et de technologie de Cochin a décidé de lire cette histoire chimique en examinant la boue elle-même. Ils se sont concentrés sur la zone humide de Kol, un site Ramsar, c'est-à-dire une zone humide d'importance internationale. Les scientifiques ont prélevé des échantillons de la surface de la boue et ont également foré plus profondément dans le sol pour obtenir des carottes, qui sont comme de longs cylindres de terre montrant des couches de différentes époques. Ils ont prélevé ces échantillons à deux moments distincts de l'année : la saison humide, lorsque les champs sont inondés, et la saison sèche, lorsque la terre est préparée pour la plantation. Leur objectif était de découvrir quels pesticides étaient présents, où ils se trouvaient dans la boue, et s'il s'agissait de dépôts récents provenant de l'agriculture actuelle ou de résidus anciens datant de plusieurs décennies. Ils ont spécifiquement recherché deux groupes principaux de produits chimiques : les organochlorés, qui sont des produits chimiques plus anciens et très stables, autrefois largement utilisés mais désormais interdits dans de nombreux endroits, et les organophosphorés, qui sont des pesticides plus modernes encore utilisés aujourd'hui.

Les chercheurs ont découvert que la boue était effectivement un réceptacle pour ces produits chimiques. Dans les couches de surface du sédiment, ils ont détecté un mélange de pesticides organochlorés, incluant diverses formes de HCH et de DDT, ainsi que l'herbicide butachlor. Ils ont également trouvé des pesticides organophosphorés comme le profenofos, l'éthion et le chlorpyrifos. L'une des découvertes les plus frappantes fut la façon dont la quantité de ces produits chimiques changeait selon les saisons. La concentration totale de DDT et de ses produits de décomposition était nettement plus élevée pendant la saison sèche, atteignant 31,74 microgrammes par kilogramme de sédiment, contre 18,62 microgrammes par kilogramme pendant la saison humide. Cela suggère que les conditions sèches pourraient concentrer ces produits chimiques ou que les activités agricoles durant cette période en introduisent davantage. De plus, les types spécifiques de DDT trouvés racontaient une histoire d'âge et de transformation. Les chercheurs ont constaté que les produits de décomposition, connus sous le nom de DDE et DDD, étaient beaucoup plus courants que le DDT original. Ce schéma indique que le DDT présent dans la boue ne provient pas d'un déversement récent, mais est un vestige d'une utilisation historique qui se décompose lentement depuis de nombreuses années.

L'étude a également révélé que ces produits chimiques ne sont pas simplement posés en surface ; ils se déplacent. En examinant les couches plus profondes des carottes de sédiments, l'équipe a trouvé des traces de produits chimiques tels que le bêta-HCH, le butachlor et le chlorpyrifos enfouis à plusieurs centimètres de profondeur. Ce mouvement vertical suggère que les inondations saisonnières et le mélange physique du sol lors de l'agriculture poussent ces contaminants plus profondément dans la terre. Dans certaines couches plus profondes, ils ont trouvé du bêta-HCH, une forme du produit chimique particulièrement résistante à la décomposition. Cette découverte confirme que les pesticides peuvent voyager de l'eau de surface vers les couches plus profondes et plus anciennes du sédiment, enterrant efficacement les preuves de la pollution passée. Le rapport entre les différentes formes de HCH trouvées dans la boue a également fourni un indice sur les pratiques actuelles. Les chercheurs ont observé un rapport suggérant des apports locaux et frais de lindane, un type spécifique de pesticide, plutôt que de simples résidus anciens persistants. Cela pointe vers la possibilité que, malgré les interdictions, certains produits chimiques apparentés sont encore utilisés ou introduits dans le système localement.

Les implications de ces découvertes vont au-delà de la simple connaissance de ce qui se trouve dans la boue. Les chercheurs ont évalué le risque que ces produits chimiques font peser sur la vie vivant dans la zone humide. Ils ont comparé les niveaux de pesticides trouvés dans la zone humide de Kol aux directives de sécurité établies pour protéger la vie aquatique. Ils ont constaté qu'à plusieurs endroits, les niveaux de DDE, un produit de décomposition du DDT, dépassaient les limites de sécurité provisoires. Cela signifie que le sédiment dans ces zones pourrait être nocif pour les organismes vivant au fond de l'eau, tels que les vers et les petits crustacés, qui forment la base de la chaîne alimentaire. Si ces créatures sont affectées, le risque pourrait se propager jusqu'aux poissons et aux oiseaux qui les consomment. L'étude a également utilisé des outils statistiques pour retracer les sources de la pollution. L'analyse a indiqué un mélange de sources : certains produits chimiques provenaient de dépôts historiques qui reposaient dans le sol depuis longtemps, tandis que d'autres semblaient provenir d'activités agricoles récentes et du transport saisonnier de l'eau lors de la mousson.

En fin de compte, cette recherche brosse le portrait d'une zone humide soumise à une double pression : l'héritage de l'utilisation passée de produits chimiques et l'impact continu de l'agriculture actuelle. La zone humide de Kol, avec sa riche biodiversité et sa signification culturelle, montre des signes de stress dus à ces polluants persistants. La présence de ces produits chimiques dans les couches de surface et les couches profondes du sédiment suggère qu'ils ne sont pas facilement évacués et qu'ils peuvent constituer une menace pendant longtemps. L'étude conclut que pour protéger l'intégrité écologique de ce site Ramsar important, il est nécessaire d'améliorer la surveillance de l'utilisation des pesticides et de gérer plus soigneusement les pratiques agricoles. La boue détient le registre de ce qui a été fait à la terre, et lire ce registre est la première étape pour garantir que la zone humide reste un habitat sain pour les espèces qui en dépendent.

Résumé technique : Destin sédimentaire, sources et risque écotoxicologique des pesticides persistants dans la zone humide de Kol (Ramsar), Sud-Ouest de l'Inde

Énoncé du problème
La zone humide de Kol, un écosystème classé Ramsar dans le sud-ouest de l'Inde, sert d'agroécosystème critique où les pratiques agricoles intensives et l'inondation saisonnière facilitent le transport et l'accumulation de résidus de pesticides. Bien que la productivité agricole soit élevée, l'application non scientifique de produits agrochimiques introduit des substances toxiques dans l'environnement par ruissellement, érosion et infiltration. Ces contaminants interagissent avec les composants lithosphériques, persistent dans les sédiments et posent des risques de bioaccumulation et de biomagnification au sein de la chaîne alimentaire. Malgré l'importance écologique de la zone humide de Kol — qui abrite des oiseaux migrateurs, des espèces de poissons menacées et des moyens de subsistance locaux — les données de base complètes concernant la distribution verticale, la persistance et les risques écologiques des résidus de pesticides dans ses profils sédimentaires étaient auparavant rares. Cette étude comble la lacune dans la compréhension de la dynamique spatio-temporelle de ces contaminants afin d'orienter des stratégies de gestion durable.

Méthodologie
L'étude a employé une approche multidimensionnelle pour évaluer les résidus de pesticides dans les sédiments de surface et de fond :

Stratégie d'échantillonnage : Des sédiments de surface ont été collectés dans huit sites lors des saisons humide (septembre 2018) et sèche (avril 2019). De plus, des carottes de sédiments ont été prélevées dans deux sites représentatifs (Muriyad et Tholur) pour analyser la distribution verticale. Ces carottes ont été sectionnées en trois intervalles de profondeur : surface (0–3 cm), milieu (12–15 cm) et profondeur (24–27 cm).
Techniques analytiques : Les échantillons de sédiments ont été extraits à l'aide d'un mélange hexane:acétone et analysés par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en tandem (GC-MS/MS). L'étude a ciblé un large spectre de pesticides, incluant les pesticides organochlorés (POC) tels que les isomères de l'HCH, le DDT et ses métabolites (DDD, DDE), le dicofol et le butachlor, ainsi que les pesticides organophosphorés (POP) comme le profenofos, l'éthion et le chlorpyrifos.
Évaluation des risques et des sources : Le risque écotoxicologique a été évalué à l'aide du quotient de la directive de qualité des sédiments (SQGQ) basé sur les niveaux d'effet probable (PEL). La répartition des sources a été réalisée par modélisation de factorisation de matrice positive (PMF) (EPA PMF 5.0) et par analyse de corrélation de Pearson afin de distinguer les dépôts historiques des apports agricoles contemporains.

Contributions clés et résultats

Distribution spatio-temporelle : L'étude a détecté une large gamme de pesticides au cours des deux saisons. Les concentrations de $\sum$ DDT étaient significativement plus élevées pendant la saison sèche (31,74 µg/kg) par rapport à la saison humide (18,62 µg/kg). Le profil des métabolites suivait l'ordre DDE > DDD > DDT, indiquant une transformation substantielle et la persistance des résidus historiques de DDT.
Transport vertical et persistance : L'analyse des carottes de sédiments a révélé la présence de $\beta$ -HCH, de butachlor et de chlorpyrifos dans les couches sédimentaires profondes (jusqu'à 27 cm). Cela indique un transport descendant et un enfouissement des contaminants associés à l'inondation saisonnière et au mélange des sédiments. Le rapport $\alpha$ -HCH/ $\gamma$ -HCH est resté inférieur à 3 lors des deux saisons, suggérant des apports locaux continus de lindane ou de sources liées au lindane plutôt qu'une simple sédimentation historique.
Risque écotoxicologique : L'évaluation de la qualité des sédiments a identifié des risques écologiques modérés dans plusieurs sites de sédiments de surface. Notamment, des concentrations élevées de $\sum$ DDE ont dépassé les directives provisoires de qualité des sédiments (ISQG) à des endroits spécifiques (ex. WS3, WS7, DS1, DS3, DS5, DS7), indiquant une pression potentielle sur les organismes benthiques. Les niveaux de $\sum$ DDE dans ces zones ont également dépassé le seuil d'effet limite (TEL).
Répartition des sources : La modélisation PMF et l'analyse de corrélation ont identifié des sources anthropiques mixtes. Le Facteur 1 était dominé par des apports agricoles contemporains (chlorpyrifos et $\alpha$ -HCH), tandis que le Facteur 2 reflétait les dépôts historiques (composés HCH, dicofol et DDD). Le Facteur 3 mettait en évidence l'influence du transport moussonique.

Signification
Cet article établit une base géochimique robuste pour le bassin de la zone humide de Kol, différenciant les contaminations d'origine anthropique et géologique. Il démonte que les résidus de pesticides persistent à travers tout le profil sédimentaire, subissant une redistribution entre les compartiments de surface et profonds. Les conclusions soulignent la double menace de la contamination historique héritée (ex. DDT/DDE) et des apports agricoles contemporains. En mettant en évidence les risques écologiques modérés à élevés posés par des contaminants spécifiques comme le DDE, l'étude fournit une base scientifique pour l'élaboration de stratégies de gestion ciblées et de restauration écologique. Les auteurs concluent qu'une surveillance systématique des pesticides et une meilleure gestion agricole sont impératives pour sauvegarder l'intégrité écologique de cette zone humide Ramsar, garantissant sa viabilité à long terme tant pour la conservation de la biodiversité que pour le bien-être socio-économique local.

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