Graduation date: 1996

Le cadmium (Cd) est l'un des métaux les plus toxiques car il produit des effets néfastes sur l'activité biologique du sol, les plantes, le métabolisme, et la santé de l'homme et des animaux. L'objectif de cette étude est de déterminer la sorption et la désorption du Cd dans deux sols, un sol sableux et un sol limono-argileux, amendés avec 10% de matériaux biologiques (quantité destinée à la restauration des sites contaminés). Les quatre matériaux biologiques mis à l'essai sont: i) un compost à base de bovins de boucherie et de sciure de bois (CBS), ii) un compost à base de bovins de boucherie et de paille (CBP), iii) un compost commercial à base de tourbe et de déchets de crevettes (CTC) et iv) une farine de coquilles d'oeufs de poules (FCO). L'application des matériaux biologiques a rehaussé la capacité des sols à retenir le Cd. Une augmentation progressive de la sorption a été observée avec les temps de contact allant de 0,5 h à 4 semaines. Le rehaussement de la température de 5 à 450C a augmenté la quantité de Cd sorbée. Les données de sorption pour des concentrations de Cd2+ ajoutée variant de 0 à 2000 mg Cd/kg ont été le mieux décrites par la forme linéaire de l'équation de Freundlich. La quantité de Cd sorbée a augmenté avec l'accroissement de sa concentration dans la solution d'équilibre. D'une manière générale, la capacité des sols à retenir le Cd augmentait dans l'ordre suivant: sols amendés de CBS ou de CBP < sols amendés de CTC < sols amendés de FCO. L'étude de désorption du Cd fraîchement sorbé a été réalisée au moyen d'extractions singulières utilisant la solution Mehlich-3 ou DTPA-TEA-CaCl2 et d'extraction séquentielle utilisant successivement les solutions Ca(NO3)2, TEA-DTPA-CaCl2 et HCl. La quantité de Cd désorbée est directement proportionnelle à la quantité de Cd fraîchement sorbée. Les résultats suggèrent que les amendements biologiques pourraient être appliqués aux sols afin de rehausser leurs propriétés de rétention du Cd.

Risk assessment of environmental exposure to chronic, trace concentrations of contaminants presents an analytical challenge to interpret data in a biologically meaningful way. Biomarkers are compounds that can provide integrated information concerning the effects of contaminants on biochemical processes. The metal-binding protein, metallothionein (MT), is a biomarker of toxic heavy metals, such as cadmium (Cd), since these metals bind to MT in vivo and induce transcription of MT genes with subsequent MT protein synthesis. A high performance liquid chromatography (HPLC)-thermospray microatomization-atomic absorption spectroscopy (AAS) method was developed for detecting Cd proteins from two invertebrate models; freshwater mussels (Pyganodon grandis) from a whole lake ecosystem exposure to Cd (Experimental Lakes Area, Canada), and zebra mussels (Dreissena polymorpha) recently introduced to North America. Methods for coupling gel filtration HPLC to AAS or inductively coupled-mass spectrometry (ICP-MS) were developed to provide sensitive and selective information on metal-binding proteins in freshwater mussel extracts. Sensitive metal detection by these methods necessitated precautions to minimize HPLC column-protein exchange of metals. These interactions were relevant to the determination of low concentrations of mussel MT-like proteins (MLPs) by these metal-specific detection systems. Saturation methods employing Cd as a metallic marker for the quantification of characterized MTs were adapted for freshwater mussels exposed to low environmental Cd concentrations. Characterization of Cd-saturated mussel extracts by HPLC-ICP-MS demonstrated the presence of copper and zinc, metals physiologically bound to MT, in the principal metal-binding fraction of mussel extracts. Experimental results also indicated that mussel MLPs are not as heat-stable as mammalian MT. Zebra mussels were chosen as a bioindicator species for obtaining a standard of freshwater MT biomarker for toxi

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