Application des biomarqueurs et bioessais : retour d expériences sur le bassin Artois-Picardie et besoins des gestionnaires. J.

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1 Application des biomarqueurs et bioessais : retour d expériences sur le bassin Artois-Picardie et besoins des gestionnaires J. Prygiel

2 Les retours d expérience Bioessais et biomarqueurs : une problématique ancienne pour les agences de l eau Quelques exemples d études inter agences (

3 Bioessais et biomarqueurs : des développements et des applications dans tous les bassins y compris en Artois-Picardie : MNHN/CSP/AEAP, Etude histopathologique du gardon dans le canal à Grand gabarit (impact de la pollution sur la physiologie du gardon au travers de l étude des corpuscules de Stannius). Grumiaux et al., Etude de la contamination métallique et organique du canal à Grand gabarit. Isolement de la métallothionéine de gardon (rutilus rutilus), rapport USTLille/AEAP (analyses histologiques, élaboration d un test immunologique de toxicité à partir de la MT de gardon) Le Du A., Impact de la toxicité d effluents industriels sur le milieu récepteur par l utilisation du biotest Colpidium campylum, thèse Univ. Rouen (application à une quinzaine de rejets industriels et à leur milieu récepteurs de la Région Nord Pas de Calais).

4 Minier C et al., Analyse des risques associés aux perturbateurs endocriniens en Manche Orientale (ARPE). Rapport final INTEREF IIIA, janvier 2009, Univ. Le Havre, ULCO, Univ. Sussex & Canterbury Christ Church University College (identification de biomarqueurs et d outils moléculaires de contamination chimique chez les mollusques bivalves d eau douce et marine, et chez les poissons (gardon, flet) Laviale L., Effets des polluants sur les communauté périphytiques naturelles. Apport des mesures de fluorescence chlorophyllienne en lumière modulée (PAM), Thèse UST Lille (impact de l atrazine, l isoproturon, le cuivre et le cadmium et incidence de la lumière en vue de la mise au point d un test utilisable en surveillance)

5 L approche intégrée biomarqueurs (INERIS, AEAP, FUNDP,Univ.Lille1) Réponse de la faune piscicole à des contaminations métalliques et organiques ainsi qu à des perturbateurs endocriniens par utilisation de tests in vitro, de biomarqueurs, et d analyses histologiques. Une trentaine de stations du RCS et du réseau de référence échantillonnées en 2008 (Onema, FPPPMA59) Mesure d activité de type PE sur sédiments et effluents de STEP Mise en oeuvre de 8 biomarqueurs sur gardon, chabot et épinoche Dosages hormonaux sur gardon et chabot Etude histologique des gonades des 3 espèces (INERIS/FNDP Namur). Analyses chimiques au titre du RCS 2007 (eau et sédiment) + contamination des poissons (gardon, chabot, épinoche) par les métaux et les substances hydrophobes DCE (AEAP), Analyses de la mobilité et de la disponibilité des métaux sur compartiments eau, eau interstitielle, et sédiments (Lille1),

6 Exploitation en cours mais quelques premiers résultats Des problèmes d échantillonnage liés à l effort de pêche et aux espèces cibles Des problèmes de constitution de lot pour les analyses chimiques Analyses en routine des métaux sur eau pas suffisamment discriminante pour une exploitation fine des résultats biologiques (ex. du Cd : LQ labo = 0,2 µg/l ; LQ USTLille 0,001 µg/l pour une NQE de 0,25 µg/l) Pas de contamination des poissons par les métaux sauf pour Hg (nombreuses analyses > 20 µg/kg poids frais (NQE biote)) Pas de contamination pour les HAP, mais une imprégnation parfois forte par les PCB (et les PBDE) Corrélation entre mesure d activité hormonale sur sédiment et les HAP, mais pas avec les PCBi, Présence probable de composés DL non identifiés par les analyses chimiques DCE en 2007 Activité hormonale quantifiable sur tous les effluents analysés notamment sur celui d une petite STEP rurale (lagunage)

7 METAUX LOURDS PESTICIDES AUTRES POLLUANTS POLLUANTS INDUSTRIELS Séminaire biomarqeuers Verneuil en Halatte, 19 novembre 2010 Les insuffisances de la seule approche chimique Annuaire de la qualité des micropolluants 2007 du bassin Artois-Picardie Bassin versant de l'aa et de l'yser Masse d'eau : Wateringues, Aa (n 61) Annuaire micropolluants 2007 LQ> LQ Nombre NQE-MA Valeur Etat NQE-CMA Valeur Substance 0,3x NQE Alachlore 0,01 0 / 12 0,3 < LQ 0,7 < LQ Atrazine 0,02 1 / 12 0,6 < LQ 2 0,06 Chlorfenvinphos 0,01 0 / 12 0,1 < LQ 0,3 < LQ Chlorpyrifos 0,01 0 / 12 0,03 < LQ X 0,1 < LQ Diuron 0,02 10 / 12 0,2 0,078 1,8 0,2 Endosulfan 0,005 0 / 12 0,005 < LQ X 0,01 < LQ X Hexachlorocyclohexane 0,005 1 / 12 0,02 < LQ 0,04 0,01 HCH alpha 0 / 12 < LQ < LQ HCH beta 0 / 12 < LQ < LQ 0,005 Σ=0,02 Σ = 0,04 HCH gamma (Lindane) 1 / 12 < LQ 0,01 HCH delta 0 / 12 < LQ < LQ Isoproturon 0,02 7 / 12 0,3 0, ,28 Pentachlorobenzène 0,01 0 / 12 0,007 < LQ X LQ>NQE s. o. n. d. Simazine 0,02 0 / 12 1 < LQ 4 < LQ Trifluraline 0,005 0 / 12 0,03 < LQ s. o. < LQ Cadmium et ses composés * 0,2 0 / 12 0,25 < LQ X 1,5 < LQ Plomb et ses composés * 1 11 / 12 7,2 1,50 s. o. < LQ Mercure et ses composés * 0,2 1 / 12 0,05 < LQ X LQ>NQE 0,07 < LQ X LQ>NQE n. d. Nickel et ses composés * 2 12 / ,8 s. o. Antracène 0,005 0 / 12 0,1 < LQ 0,4 < LQ Benzène 0,2 0 / < LQ 50 < LQ Diphényléthers bromés 0,01 0 / 12 0,0005 < LQ X LQ>NQE s. o. n. d. Chloroalcanes C10-13 n. a. n. a. n. a. 1,2-Dichloroéthane 0,2 0 / < LQ s. o. Dichlorométhane 1 0 / < LQ s. o. Di(2-éthylhexyl)phtalate (DHEP) 0,5 1 / 12 1,3 < LQ X s. o. Naphtalène 0,05 0 / 12 2,4 < LQ s. o. Nonylphénol 0,1 11 / 12 0,3 0,251 X 2 0,56 Octylphénol 0,1 0 / 12 0,1 < LQ X s. o. Tétrachlorure de carbone 0,2 0 / < LQ s. o. Tétrachloroéthylène 0,2 0 / < LQ s. o. Trichloroéthylène 0,2 0 / < LQ s. o. Trichlorométhane 0,2 0 / 12 2,5 < LQ s. o. Benzo(a)pyrène 0,01 0 / 12 0,05 < LQ 0,1 < LQ Benzo(b)+(k)fluoranthène 0,01 1 / 12 0,03 < LQ X s. o. Benzo(b)fluoranthène 1 / 12 < LQ 0,01 Σ = 0,03 Benzo(k)fluoranthène 0 / 12 < LQ Benzo(g,h,i)+Indeno(1,2,3-cd) 0,01 0 / 12 0,002 < LQ X LQ>NQE s. o. n. d. Benzo(g,h,i)perylène 0 / 12 < LQ 0,01 Σ = 0,002 X LQ>NQE s. o. n. d. Indeno(1,2,3-cd)pyrène 0 / 12 < LQ Composés du trybutylétain 0,05 0 / 12 0,0002 < LQ X LQ>NQE 0,0015 < LQ X LQ>NQE n. d. Trichlorobenzènes 0,005 0 / 12 0,4 < LQ s. o. Hexachlorobenzène 0,002 0 / 12 0,01 < LQ 0,05 < LQ Fluoranthène 0, / 12 0,1 0, ,031 Hexachlorobutadiène 0,005 0 / 12 0,1 < LQ 0,6 < LQ Pentachlorophénol 0,01 0 / 12 0,4 < LQ 1 < LQ Pesticides cyclodiènes (Drines) 0,001 0 / 12 0,01 < LQ s. o. Aldrine 0,001 0 / 12 < LQ Dieldrine 0,003 0 / 12 < LQ Σ = 0,01 s. o. Endrine 0,005 0 / 12 < LQ X Isodrine 0,005 0 / 12 < LQ X DDT total 0,005 0 / 12 0,025 < LQ s. o. DDD op' 0 / 12 < LQ DDD pp' 0 / 12 < LQ DDE op' 0,005 0 / 12 Σ = 0,025 < LQ DDE pp' 0 / 12 < LQ DDT op' 0 / 12 < LQ DDT pp' 0,005 0 / 12 0,01 < LQ X s. o. Substances Liste 1 n. a. : non analysé n. d. : non déterminé Station de mesure : L'EXUTOIRE DES WATERINGUES À DUNKERQUE (59) SUBSTANCES DE L'ETAT CHIMIQUE (NQE issues de la Directive 2008/105/CE du 16 décembre 2008) Légende Substances dangereuses prioritaires Quantifications Substances prioritaires Bon état * : analyses sur eau brute Concentrations moyennes % de paramètres en : Etat inconnu Mauvais état Etat agrégé : X Pesticides 91% 9% 0% BE Concentrations maximales s. o. s. o. Métaux lourds Polluants industriels LQ> 0,3x NQE Etat Etat final Station 75% 86% 83% 85% 25% 14% 17% 15% 0% 0% 0% 0% BE BE BE BE ETAT CHIMIQUE : Autres polluants BON Suivi des substances DCE = Approche réglementaire basé sur un nombre limité de molécules, et visant à évaluer avant tout un niveau de contamination Des stations réputées ou supposées «polluées» apparaissent en bon état chimique et écologique - nombre de substances limité, et non prise en compte spécifique de substances émergentes (résidus médicamenteux) - compartiment eau peu adapté aux substances hydrophobes (HAP,.), - intérêt des analyses métalliques sur eau filtrée? On se rapproche des NQE basées sur des tests de toxicité le plus souvent réalisés sur eau filtrée, mais on s éloigne des réalités de terrain

8 - quelques substances actuellement non détectables (TBT) ou non analysables (chloroalcanes), -forte variabilité interannuelle et inter laboratoires qui rend les comparaisons et les analyses de tendance difficiles, - effets seuils importants, - coût élevé, - la non prise en compte des interactions entre substances Autant de difficultés qui ont conduit dans le passé les agences à passer à d autres supports : les sédiments et le biote (bryophytes, poissons ) L agence de l eau Artois-Picardie est ainsi passée aux sédiments en 1985, aux MES au début des années 90, et au poisson en Bassin versant de l'aa et de l'yser Masse d'eau : Wateringues, Aa (n 61) Polluants spécifiques non synthétiques de l'état écologique LQ Nb. Valeur Zinc * n. a. Chlortoluron n. a. Cuivre * n. a. Oxadiazon n. a. Chrome * n. a. 2,4-D n. a. Arsenic * n. a. Linuron 0,02 1 / 12 1 < 0,02 Substances pertinentes (1/2) Station de mesure : L'EXUTOIRE DES WATERINGUES À DUNKERQUE (59) SUBSTANCES DE l'etat ECOLOGIQUE (NQE issues du Guide Technique de mars 2009) Quantifications ETAT ECOLOGIQUE (polluants spécifiques) : LQ Nb. Concentrations NQE-MA Annuaire micropolluants 2007 Valeur BON Etat Polluants spécifiques synthétiques de l'état écologique LQ Nb. Valeur 2,4 MCPA n. a. Substances pertinentes (2/2) Quantifications Quantifications Dichlorvos 0,01 0 / 12 0,001 < LQ LQ>NQEp Acénaphtène 0,005 5 / 12 0,7 0,00571 Fenitrothion 0,01 0 / 12 0,01 < LQ Acénaphtylène 0,005 0 / 12 0,4 < LQ Malathion 0,01 0 / 12 0,01 < LQ Benzo(a)anthracène 0,005 2 / 12 0,005 < 0,005 Oxyde de tributylétain 0,05 0 / 12 0,019 < LQ LQ>NQEp Chrysène 0,005 3 / 12 0,006 < 0,005 Acétate de triphénylétain 0,05 0 / 12 0,01 < LQ LQ>NQEp Dibenzo(ah)anthracène 0,01 0 / 12 0,00006 < LQ LQ>NQEp Chlorure de triphénylétain 0,05 0 / 12 0,01 < LQ LQ>NQEp Fluorène 0,005 2 / 12 0,3 < 0,005 Hydroxyde de triphénylétain 0,05 0 / 12 0,01 < LQ LQ>NQEp Phénanthrène 0,005 2 / 12 0,11 < 0,005 Biphényle 0,1 0 / 12 1,7 < LQ Pyrène 0, / 12 0,024 0,01118 Acide chloroacétique n. a. PCB (dont PCT) 0,005 0 / 12 0,001 < LQ LQ>NQEp 2-chloroaniline n. a. PCB 28 0 / 12 < LQ 3-chloroaniline n. a. PCB 52 0 / 12 < LQ 4-chloroaniline n. a. PCB 77 0 / 12 < LQ Mono-chlorobenzène 0,2 0 / < LQ PCB / 12 < LQ 4-Chloro-3-méthylphénol 0,005 0 / 12 9,2 < LQ PCB 118 0,005 0 / 12 Σ = 0,001 < LQ 1-Chloro-2-nitrobenzène n. a. PCB / 12 < LQ 1-Chloro-3-nitrobenzène n. a. PCB / 12 < LQ 1-Chloro-4-nitrobenzène n. a. PCB / 12 < LQ 2-chlorophénol 0,005 0 / 12 6 < LQ PCB / 12 < LQ 3-chlorophénol 0,005 0 / 12 4 < LQ Phoxime 0,05 0 / 12 0,0005 < LQ LQ>NQEp 4-chlorophénol 0,005 3 / , ,2,4,5-tétrachlorobenzène 0,005 0 / 12 0,32 < LQ Chloroprène 1 0 / < LQ 1,1,2,2-tétrachloroéthane 0,2 0 / < LQ 3-chloropropène 1 0 / 12 0,34 < LQ LQ>NQEp Toluène 0,2 0 / < LQ 2-chlorotoluène 0,2 0 / < LQ Tributylphosphate 0,2 0 / < LQ 3-chlorotoluène 0,2 0 / < LQ 1,1,1-trichloroéthane 0,2 0 / < LQ 4-chlorotoluène 0,2 0 / < LQ 1,1,2-trichloroéthane 0,2 0 / < LQ Dichlorure de dibutylétain 0,05 0 / 12 0,17 < LQ 2,4,5-trichlorophénol 0, / < LQ Oxyde de dibutylétain 0,05 0 / 12 0,17 < LQ 2,4,6-trichlorophénol 0, / 12 4,1 0,00299 Dichloroaniline-2,4 n. a. Chloroéthylène 0,5 0 / 12 0,5 < LQ 1,2-dichlorobenzène 0,2 0 / < LQ Xylènes 0,4 0 / < LQ 1,3-dichlorobenzène 0,2 0 / < LQ Bentazone n. a. 1,4-dichlorobenzène 0,2 0 / < LQ Sélénium n. a. 1,1-dichloroéthane 0,2 0 / < LQ Antimoine n. a. 1,1-dichloroéthylène 0,2 0 / 12 11,6 < LQ Molybdène n. a. 1,2-dichloroéthylène 0,2 7 / ,27083 Titane n. a. 1,2-dichloroéthylène (trans) 0 / 12 < LQ Etain n. a. 0,2 Σ = ,2-dichloroéthylène (cis) 7 / 12 0,27083 Baryum n. a. Dichloronitrobenzènes n. a. Beryllium n. a. 3,4-dichloronitrobenzène Bore n. a. 2,5-dichloronitrobenzène n. a. Uranium n. a. 2,3-dichloronitrobenzène Vanadium n. a. 2,4-dichlorophénol 0,01 3 / ,015 Cobalt n. a. Dichlorprop n. a. Thallium n. a. Diéthylamine n. a. Tellurium n. a. Diméthylamine n. a. Argent n. a. Epichlorohydrine n. a. Cyanure n. a. Ethylbenzène 0,2 0 / < LQ Fluorure n. a. Isopropyl benzène 0,2 0 / < LQ Mecoprop n. a. Légende Monolinuron 0,02 0 / 12 1 < LQ bdf : bruit de fond géochimique n. d. : non déterminé Oxydéméton-methyl 0,1 0 / 12 0,6 < LQ n. a. : non analysé * : analyses sur eau brute LQ Nb. Concentrations NQE-MA SUBSTANCES PERTINENTES (NQE provisoires issues de la Circulaire du 7 mai 2007) Quantifications Concentrations NQEp Dépassement Dépassement Concentrations NQEp Valeur Etat

9 Utilisation de supports biologiques : bryophytes et algues Sédiments utilisés en Artois-Picardie (200 points/an) en remplacement/complément du support eau - Bryophytes largement utilisés en France mais pas en Artois- Picardie, - Echec de la transposition aux algues filamenteuses (Cladophores) (Institut Pasteur de Lille) - Développement et optimisation d une culture de Fontinalis antipyretica par le MNHN, et utilisation de ces mousses de culture sur le canal à grand gabarit pour la surveillance de 13 métaux (Lille 2) sans déboucher sur des applications concrètes (d après Ah Peng, 2003), Problèmes analytiques résolus mais des problèmes méthodologiques et lien avec la biologie restant à faire (absence de seuils et de grilles)

10 Utilisation de supports biologiques : les poissons Les sites très contaminés sont bien identifiés mais : Les cours d eau de bonne qualité (non contaminés) hébergent des individus (anguille) contaminés. A l inverse, les cours d eau de mauvaise qualité hébergent des individus non contaminés Nécessité de prendre en compte la mobilité/disponibilité des polluants (métaux) et la qualité des sédiments (notamment le rôle des sulfures) Méthylmercure : 20 μg/kg de poids frais (Directive fille 2008) Pertinent, raisonnable, discriminant pour les aspects environnementaux? En supposant que l essentiel de Hg est sous forme MeHg 100% de dépassement pour l anguille en Artois-Picardie Plus de 95 % de dépassements pour les autres espèces (gardon, perche, chabot ) en Artois-Picardie

11 Les limites du support poisson Le poisson est un indicateur biologique de choix pour les possibilités qu il offre, mais souffre de plusieurs inconvénients : - Confusion entre les aspects santé et environnementaux (cf. plan PCB), - Espèces faisant l objet d activités de loisir (pêche, rempoissonnements), - Statut de protection pour certaines espèces cibles (anguille), - Echantillonnage lourd et aux résultats parfois aléatoires, - Approche stationnelle difficile du fait du déplacement des espèces - Biologie et écologie complexes avec une grande variabilité des réponses suivant l espèce (mode de vie et d alimentation), la taille, le sexe, l état physiologique (état sanitaire, période de reproduction...) - Coût élevé - Pas d espèce «universelle» Espèce ou groupe d espèces prélevées en RCS pour les besoins d état biologique (gammares, mollusques ) sur la base du guide européen à venir?

12 Les besoins et attentes Les indices biotiques ne sont utiles que pour l évaluation de l état biologique au sens de la DCE mais ne renseignent pas ou très peu sur les effets des substances, L analyse des substances des états chimique et écologique satisfait aux obligations réglementaires de la DCE (suivi de la contamination) mais ne renseignent pas sur l impact des substances et notamment des mélanges de substances, Le passage à d autres supports (eau brute, sédiments, biote) et l utilisation d indices chimiques sont indispensables pour une première évaluation de la biodisponibilité, de la mobilité, et du devenir des polluants, mais ne suffira pas pour appréhender l impact des substances et atteindre les objectifs de protection des milieux dans les délais prévus, Pour faire le lien entre substances (de l état chimique, de l état biologique, substances émergentes) et l état biologique, il faut des outils biologiques adaptés, L utilisation d indicateurs biologiques spécifiques (batterie de biomarqueurs spécifiques) devrait permettre d identifier la nature de la contamination, et orienter les analyses chimiques à réaliser

13 Conclusion : des difficultés à surmonter? Les biomarqueurs ont un fort potentiel et on en attend beaucoup. Une utilisation en routine sous entend un gros effort de sensibilisation et de formation mais reste dépendante de décisions institutionnelles (Europe, DEB ) Y a-t-il encore de la place pour les biomarqueurs dans le dispositif de surveillance? Problème du choix du support biologique (poisson, mollusque ) et de l espèce Il existe beaucoup de biomarqueurs mais peu d outils normalisés et standardisés. Peu sont utilisables en routine, Les résultats des analyses biomarqueurs sont difficiles à interpréter et suscitent beaucoup d interrogations/doutes chez les gestionnaires et utilisateurs Besoins d outils opérationnels et d un transfert vers les BE pour des applications à l échelle des bassins versants (protocoles complets allant jusque des grilles d évaluation) Equilibre à trouver entre chimie, biologie et écotoxicologie. Les budgets surveillance sont désormais limités. Pourra t-on exploiter une telle quantité de données chimiques, biologiques et écotoxicologiques en «routine» (cf. plan PCB) : quels outils et quel délais?