Guide des données sur les séries de métaux

Ce guide s'adresse aux intendants des données qui téléversent des données sur les séries de métaux sur DataStream, afin de favoriser une approche cohérente lors du traitement de ces données.

Le schéma de données ouvertes de DataStream (DS-WQX) harmonise ses pratiques avec les normes de données de l’Environmental Protection Agency des États-Unis et du Water Quality eXchange (WQX) développé par la U.S. Geological Survey. Ces conseils s’appuient également sur les Best Practices for Submitting Metals Data to the Water Quality eXchange (WQX) (Meilleures pratiques de soumission des données sur les métaux dans Water Quality eXchange).

Aux fins des présents conseils, le terme « série de métaux » s’applique aux métaux (par exemple, Fe, Cr, Cu, etc.), aux métalloïdes (par exemple, As, Si, etc.), ainsi qu’à d’autres oligo-éléments importants pour l’environnement qui n’entrent pas dans ces catégories (par exemple, les non-métaux, les lanthanides et les actinides).

Tableau 1 : Analytes de la série des métaux couramment analysés et pertinents pour l’environnement.

Les données téléchargées dans DataStream, doivent être formattées selon la Structure de données DataStream (DS-WQX), qui précise les champs obligatoires et les valeurs autorisées pour un vocabulaire cohérent. L’information relative à chaque caractéristique (analyte) doivent être indiquées dans les champs du tableau 2.

Tableau 2 : Champs DataStream utilisés pour signaler une caractéristique de série de métaux.

Le champ CharacteristicName identifie la caractéristique (analyte) qui est mesurée. La liste complète des noms de caractéristiques est disponible dans le Modèle de téléchargement DataStream (CharacteristicName LOOKUP tab). Pour la plupart des analytes de séries de métaux, le CharacteristicName est le nom élémentaire de l’analyte (par exemple, « Aluminium » ou « Plomb »).

Si vous ne voyez pas de CharacteristicName approprié pour l’analyte dans votre jeu de données, dites-le nouset nous l’ajouterons à la liste.

Espèces oxydo-actives

Pour les espèces oxydo-actives qui présentent plusieurs états d’oxydation stables, la forme ionique peut être incorporée dans le nom de la caractéristique (par exemple, « Chrome (III) » et « Chrome (VI) »). Si l’état d'oxydation est inconnu, le nom élémentaire est acceptable (par exemple, Chrome).

Isotopes

Pour les analytes de la série des métaux qui existent sous forme d’isotopes stables ou radioactifs, veuillez vous reporter à nos Meilleures pratiques pour rendre compte des données isotopes.  

Métaux et ions

Certains éléments (par exemple Calcium, Magnésium, Sodium, et Potassium) peuvent être mesurés soit comme ions, ou dans leur forme élémentaire dans une série de métaux. Dans les deux cas, le même CharacteristicName s’applique, et les méthodes sont différenciées dans le champ ResultAnalyticalMethod. Par exemple, la chromatographie ionique est une méthode courante pour mesurer les concentrations d’ions, tandis que la spectrométrie de masse (par exemple ICP-MS) est une méthode courante pour mesurer les concentrations d’éléments.

Phosphore

Le nutriment phosphore est un non-métal qui est parfois mesuré sous sa forme élémentaire dans une série de métaux d’analyse. Dans un tel cas, le CharacteristicName privilégié par DataStream est « Phosphorus, elemental ». Sinon, dans la majeure partie des cas, le CharacteristicName pour le phosphore doit être choisi selon le guide des Meilleures pratiques pour rendre compte des données sur les nutriments.

Les fractions d’échantillon décrivent la partie de la caractéristique (analyte) qui a été mesurée dans un échantillon. Une représentation précise de la fraction d’échantillon est importante pour interpréter et réutiliser des données.

Les échantillons peuvent être préparés à l’aide de techniques physiques (par exemple, filtration, décantation et/ou centrifugation) et/ou chimiques (par exemple, extractions) avant un protocole d’analyse qui quantifie ou détecte l’analyte.

Pour sélectionner le terme exact de la fraction d’échantillon, il convient de tenir compte à la fois de la méthode de préparation et de la méthode d’analyse.

La (les) méthode(s) ou le (les) protocole(s) communiqué(s) par le laboratoire peuvent ne contenir que des informations sur la méthode d’analyse, et non sur la méthode de préparation. Étant donné que l’information relative à la méthode d’analyse seulement peut ne pas être suffisante pour déterminer la fraction d’échantillon, nous recommandons de consulter le laboratoire pour identifier le terme de fraction approprié dans ces cas.

Pour favoriser la cohérence et éviter toute ambiguïté, DataStream exige l’utilisation de valeurs autorisées spécifiques pour les fractions d’échantillons, en fonction de la terminologie des séries de métaux recommandée par WQX.

Les termes privilégiés par DataStream pour les fractions d’échantillons d’eau et de sédiments sont expliqués ci-dessous, et leurs définitions sont fournies dans les tableaux 3 et 4. 

Pour les échantillons d’eau filtrée, le terme « Dissolved » (Dissous) se rapporte à la fraction de l’échantillon qui a traversé le filtre (c’est-à-dire le filtrat). Le terme « Pot. Dissolved » (c’est-à-dire potentiellement dissous) se rapporte aux échantillons qui ont été filtrés après un traitement à l’acide nitrique.

Pour les échantillons d’eau non filtrés, DataStream recommande d’utiliser les termes « Extractible » ou « Total » pour indiquer la fraction de l’échantillon qui a été analysée après un processus de digestion chimique ou de solubilisation. Le terme « Total » (Totale) peut être utilisé si la procédure est susceptible de produire une concentration d’analyte représentative de l’ensemble de l’échantillon, tandis que le terme « Extractable » (Extractible) peut être utilisé dans les cas où des procédures d’extraction chimique plus faibles ont été menées. 

La portion particulaire d’un échantillon d’eau correspond à la fraction de particules en suspension qui peut être séparée physiquement de la solution aqueuse (par exemple par filtration, centrifugation ou décantation). Pour les caractéristiques des séries de métaux, nous recommandons d’utiliser la fraction d’échantillon « Suspended » (En suspension) pour cette fraction particulaire d’un échantillon d’eau. 

Les extractions séquentielles, qui peuvent être effectuées sur les particules en suspension, seront abordées dans la section suivante.

Les échantillons de sédiments doivent être indiqués dans le champ ActivityMediaName soit comme « Sédiment d’eau de surface » pour les sédiments de surface en suspension et/ou peu profonds ou comme « Sol/sédiment en subsurface » pour les sédiments plus profonds (par exemple, les sédiments de lit ou les carottes de sédiments). Pour plus de détails, voir l’onglet Glossaire du Modèle de téléchargement DataStream.

Les caractéristiques des séries métalliques (analytes) dans les sédiments peuvent être analysées à l’état solide ou dissoutes par un processus d’extraction au cours duquel elles sont exposées à des réactifs (par exemple des sels ou des acides) qui modifient leur solubilité.

Pour les échantillons de sédiments analysés au moyen d’un seul (unique) réactif d’extraction, utiliser les fractions d’échantillon « Total » (Totale) ou « Extractable » (Extractible). Comme pour les échantillons d’eau, la mention « Total » indique un processus d’extraction fort (complet), tandis que la mention « Extractable » indique une extraction plus faible (partielle).

Les extractions séquentielles, qui peuvent être effectuées sur les échantillons de sédiments seront abordées dans la section suivante.

Tableau 3 : Termes de fraction d’échantillon recommandés pour soumettre des données de séries de métaux à DataStream. *Notez que les noms des fractions d’échantillon doivent être saisis en anglais, telles qu’écrits dans le tableau ci-bas (en gras).

Les caractéristiques des séries de métaux peuvent être analysées par une série d’extractions séquentielles, l’échantillon étant exposé à de multiples réactifs et l’analyse étant répétée après chaque exposition. La valeur mesurée indique donc la quantité d’analyte associée à des fractions chimiques spécifiques dans l’ensemble de l’échantillon.

Les analyses par extraction séquentielle sont le plus souvent effectuées sur des échantillons solides (p.ex. des sédiments) ou des particules dans des échantillons d’eau.

Les réactifs peuvent comprendre des sels (par exemple MgCl₂), des acides organiques (par exemple l’acide acétique), ou les acides inorganiques (p.ex. HCl). La terminologie recommandée par DataStream pour décrire les fractions d’échantillons pour les extractions séquentielles (tableau 4) est basée sur des termes courants définis de manière fonctionnelle dans la documentation (Tessier et al. 1979; Gleyzes et al. 2002).

Pour les échantillons de sédiments, le processus d’extraction séquentielle est indiqué dans la colonne ResultSampleFraction.

Pour la portion particulaire d’un échantillon d’eau, le terme recommandé pour la ResultSampleFraction est « Suspended » (En suspension). Ainsi, nous recommandons de fournir de l’information additionnelle concernant d’autres procédures d’extractions séquentielles dans la colonne ResultComment.

Tableau 4 : Termes recommandés pour les protocoles d’extractions séquentielles. *Notez que les termes doivent être saisis en anglais, telles qu’écrits dans le tableau ci-bas (en gras).

* Pour les échantillons de sédiments, ces termes doivent être saisis dans la colonne ResultSampleFraction. Pour la portion particulaire des échantillons d’eau, ces termes seraient spécifiés dans la colonne ResultComment parce que ResultSampleFraction devrait être indiqué comme « Suspended » (En suspension).

DataStream recommande d’utiliser la colonne ResultComment pour fournir de l’information supplémentaire au niveau de l’observation, qui peut inclure des précisions sur les méthodes de préparation des échantillons et les fractions d’échantillons analysées.

Par exemple, la filtration d’un échantillon se fait le plus souvent avec des pores de 0,45 µm. Si la taille des pores du filtre n’était pas 0,45 µm, il faut l’indiquer dans la colonne ResultComment.

Ce champ peut aussi être utilisé dans les cas où des fractions d’échantillons physiques et chimiques ne peuvent pas être décrites avec précision à l’aide du champ ResultSampleFraction seulement. Par exemple :

• Si ResultSampleFraction est « en suspension » (c’est-à-dire que la portion particulaire de l’échantillon d’eau a été analysée), on peut utiliser ResultComment pour indiquer des procédures additionnelles d’extraction chimique, le cas échéant (p.ex. « Total », « Extractible, liés à l’oxyde », etc.).
• Si le champ ResultSampleFraction est « Extractible, autre », le champ ResultComment peut fournir d’autres détails sur le(s) réactif(s) utilisé(s) dans l’analyse.

Les limites de détection inférieures correspondent à la plus petite quantité d’une substance qui se distingue de l’absence de cette substance (dans le cas des limites de détection supérieures, il s’agit de la plus grande quantité d’une substance qui peut être mesurée de manière fiable). Lorsqu’un résultat est inférieur à une limite de détection, sa quantité exacte ne peut être déterminée, mais il est néanmoins important de signaler ce résultat, car il indique que la substance est à une faible concentration ou qu’elle n’est pas présente du tout. S'il est exclu d'un ensemble de données, seules les valeurs supérieures à la limite de détection seront affichées, ce qui faussera toute analyse statistique de cette substance.

Lorsqu’un résultat est inférieur ou supérieur à une limite de détection, le champ ResultValue est laissé vide. La condition de détection du résultat (tableau 5) et la mesure, l’unité et le type de limite quantitative doivent être saisis pour décrire correctement le résultat.

Tableau 5 : Termes relatifs aux conditions de détection utilisés dans DataStream et applicables aux données des séries de métaux. *Notez que les conditions de détection des résultats doivent être saisies en anglais, telles qu’écrites dans le tableau ci-bas (en gras).

Ce document a été préparé en collaboration avec le Dr. Megan Thompson de Thompson Aquatic Consulting.

Gleyzes C., Tellier S., Astruc M. 2002. Fractionation studies of trace elements in contaminated soils and sediments: a review of sequential extraction procedures. TrAC Trends in Analytical Chemistry 21(7): 451-467.

Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. 1979. Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Analytical Chemistry 51 (7): 844–851.

USEPA, 2018. Meilleures pratiques pour soumettre des données sur les métaux au Water Quality eXchange (WQX). https://www.epa.gov/waterdata/wqx-metals-best-practices-guide.