Mémoire

Abstract

The North Sea is a semi-enclosed basin subject to intense anthropogenic pressures, including the introduction of trace elements into this marine environment for decades. Recently, attention has shifted towards Critical Raw Materials (CRMs) and Rare Earth Elements (REEs) whose release into the environment has been increasing due to the development of emerging technologies. This study evaluates concentrations of various elements in marine mammals from the North Sea, which serve as valuable bioindicators for assessing contamination levels in the region.

Concentrations of 42 chemical elements (including 15 REEs) were measured in muscle and liver of six species of marine mammals (Phocoena phocoena, Phoca vitulina, Halichoerus grypus, Delphinus delphis, Tursiops Truncatus and Physeter macrocephalus) alongside blood and hair of free-ranging Phoca vitulina using Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS). Additionally, concentrations of Hg were obtained with a Direct Mercury analyser (DMA-80) and stable isotope ratios (δ¹³C and δ¹⁵N) were obtained through Stable Isotope Analysis (SIA).

Results reveal that hair from free-ranging seals and liver from stranded animals are reliable matrices for monitoring a wide variety of element contamination. Hair samples contained higher levels of Ti, V, Cr, Co, Ni, Sr, Nb, Sb, Ba, Pb, U, and REEs, while liver samples showed elevated Mn, Cu, Se, Mo, Sn, Bi, and Hg. Species comparisons revealed differences in essential and non-essential element concentrations, reflecting, variations in foraging habitats and environmental exposure. Analysis of REEs indicated that marine mammals tend to assimilate LREEs more efficiently than HREEs, likely due to low HREEs bioavailability. Despite low measured concentrations, REEs need to be further monitored in marine mammals and in other lower trophic-level species in the North Sea given the limited understanding of REEs toxicity and biological functions in marine biota. Finally, isotopic differences between species and tissues highlighted differences in feeding ecology and integration times, respectively. Overall, this study provides a dataset that fills some gaps for certain elements (especially REE) in the literature.

La mer du Nord est un bassin semi-fermé soumis à d'intenses pressions anthropiques, notamment l'introduction d’éléments traces dans cet environnement marin depuis des décennies. Récemment, l'attention s'est portée sur les matières premières critiques (MPC) et les éléments de terres rares (ETR), dont les rejets augmentent avec le développement des technologies émergentes. Cette étude évalue les concentrations de divers éléments chez les mammifères marins de la mer du Nord, qui constituent de précieux bioindicateurs pour évaluer les niveaux de contamination dans la région.

Les concentrations de 42 éléments chimiques (dont 15 ETR) ont été mesurées dans le muscle et le foie de six espèces de mammifères marins vivant (Phocoena phocoena, Phoca vitulina, Halichoerus grypus, Delphinus delphis, Tursiops Truncatus et Physeter macrocephalus), ainsi que dans le sang et les poils de Phoca vitulina, à l'aide d'un spectromètre de masse à plasma inductif (ICP-MS). Les concentrations de Hg ont été obtenues à l'aide d'un analyseur direct de mercure (DMA-80) et les rapports isotopiques stables (δ¹³C et δ¹⁵N) ont été obtenus par analyse isotopique stable (SIA).

Les résultats révèlent que les poils des phoques en liberté et le foie d'animaux échoués sont des matrices fiables pour surveiller la contamination par des éléments. Les poils contenaient des niveaux plus élevés de Ti, V, Cr, Co, Ni, Sr, Nb, Sb, Ba, Pb, U et REE, tandis que le foie présentait des niveaux plus élevés de Mn, Cu, Se, Mo, Sn, Bi et Hg. Les différences interspécifiques ont été révèlé dans les concentrations d'éléments essentiels et non-essentiels, reflétant les variations des aires de nourissage et l'exposition environnementale, respectivement. L'analyse des ETR a montré que les mammifères marins ont tendance à assimiler les ETRL plus efficacement que les ETRH, probablement en raison de la faible biodisponibilité des ETRH. Malgré les concentrations faibles mesurées, les ETR doivent continuer d’être surveillées chez les mammifères marins et chez d'autres espèces de niveau trophique inférieur en mer du Nord, compte tenu de la compréhension limitée de leur toxicité et de leur fonctions biologiques dans le biote marin. Enfin, les différences isotopiques entre espèces et tissus ont mis en évidence, respectivement, des différences dans l'écologie alimentaire et les temps d'intégration. Cette étude fournit un ensemble de données comblant certaines lacunes concernant certains éléments (notamment les ETR) dans la litérature.