Utilisation des indicateurs écotoxicologiques pour le diagnostic et la surveillance de la pollution chimique. T. Burgeot, O. Geffard, W.
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- Jacqueline Normandin
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1 Utilisation des indicateurs écotoxicologiques pour le diagnostic et la surveillance de la pollution chimique T. Burgeot, O. Geffard, W. Sanchez
2 Développement des biomarqueurs & bioessais Développement des biomarqueurs et bioessais pour l étude des effets biologiques depuis une vingtaine d années Point fort : une évaluation dynamique et intégrative en milieu naturel Point faible : une interprétation peu standardisée Évolution vers une démarche intégrée chimie-biologie et réglementation (1) la surveillance du milieu aquatique (DCSMM-DCE) (2) l évaluation du risque chimique (REACH) Développement méthodologique structuré sur la base d un consensus européen en milieu marin (OSPAR/DCSMM)
3 Enjeu d une approche intégrée en chimie-biologie C. Janssen & P. Roose, 2011
4 Cadre réglementaire DCSMM (Directive 2008/56/CE) 17 juin 2008 Délimitation en 4 sous régions marines - Manche Mer du Nord - Mers celtiques - Golfe de Gascogne - Méditerranée occidentale DCE WFD DCSMM MSFD Droit de la mer UNCLOS Eaux métropolitaines côtières jusqu à 200 milles
5 11 descripteurs marins (DCSMM) Descripteurs Chef de file Définition du BEE 1 Diversité biologique MNHN Qualitative notion de résilience du milieu 2 Espèces invasives MNHN Qualitative 3 Espèces exploitées Ifremer Partiellement Quantitative 4 Réseau trophique CNRS Qualitative Limitation d introduction et de prolifération Compartiments clés Dynamiques abondance, Fertilité, diversité génétique 5 Eutrophisation Ifremer Qualitative Quantitative Combinaison de grilles de classification existantes 6 Intégrité des fonds et benthos BRGM Qualitative Emprise des activités et impacts 7 Conditions hydrographiques SHOM Qualitative 8 Contaminants/milieu Ifremer Quantitative Seuils définis dans des cadres existants 9 Contaminants/aliments ANSES Quantitative Seuils réglementaires 8.1 Contaminants 8.2 Effets 10 Déchets marins Ifremer Qualitative Impacts des produits de décomposition des déchets 11 Introduction d énergie : - 11a bruit - 11b autres sources d énergie SHOM Ifremer Qualitative Impact sur espèces marines
6 Un arrêté Français: Indicateurs d effets de pollution sur les composants de l'écosystème Descripteur 8 Arrêté du Ministère de l Écologie et du Développement Durable et de l Énergie 17 Décembre 2012 relatif à la définition du Bon État Écologique des eaux marines TYPE D'EFFET BIOLOGIQUE NOM BIOMARQUEURS DE L'EFFET & BIOESSAIS 1. Indice de stress général chez la moule et le poisson Stabilité de la membrane lysosomale 2. Génotoxicité chez la moule et le poisson Induction de micronoyaux et altérations de l'adn (test comet) 3. Embryotoxicité chez l'huître creuse et reprotoxicité des poissons Anomalies des larves d'huîtres et des gonades de poissons 4. Imposex des gastéropodes Index VDS (Vas Deferens Sequence) 5. Pathologies poissons Indice de pathologies hépatiques et de pathologies externes
7 Structuration européenne : convention OSPAR Programme de surveillance CEMP: - Analyses des contaminants et effets suivant des séries à long terme - Validation des méthodologies sur des sites ateliers de la façade Atlantique Nord-Est - Définir des critères d évaluation : - Seuils : EAC (Evaluation Assessment Criteria) - Assurance qualité - Méthodes de référence CIEM Conseil international pour l exploration de la mer Groupes d experts - Effets biologiques des contaminants chimiques (WGBEC, SGIMC..) - Contaminants chimiques
8 Critères d interprétation: Seuils avec effets (EAC) et sans effets BAC Niveau de réponse Biomarqueur /espèce/site Niveau de base Stress EAC BAC Mois/Années
9 OSPAR: Seuils pour 19 biomarqueurs et 4 bioessais Davies I.M., and A.D., Vethaak (2012). Integrated marine environmental monitoring of chemicals and their effects. ICES Cooperative Research Report N p Bioessais - Bioessais sédiment: Corophium, Arenicole DR Luc, - Bioessais eau: Embryotoxicité Huître moule Croissance oursin Biomarqueurs Vitellogénine poisson Intersex poisson Reprotoxicité anguille EROD poisson Métabolites PAHs poisson Adduits ADN poisson et moule Micronuclei poisson et moule Comet poisson et moule Métallothionéines poisson et moule Stabilité lysosomale poisson et moule Acéthylcholinestérase poisson et moule Stress sur stress moule Lésions externes poisson Lésions hépatiques poisson Néoplasmes hépatiques poisson Histologie moules Imposex gastéropodes
10 Seuils EAC et BAC pour 19 Biomarqueurs et 4 Bioessais (OSPAR) Biomarqueurs & Bioessais Espèces BAC EAC Vitellogénine Intersexe Imposex Flet- cabillaud Limande Nucella lapilus 0,23-0,13 5 Critères Ospar Critères Ospar EROD Métabolites PAHs Limande-Flet-rougetdragonet Limande-cabillaud-flet Adduits ADN Micronuclei Comet Stabilité lysosomale Stress / stress AChE Pathologies externes Histopathologie hépatique Néoplasmes hépatiques Bilan énergétique (Scope for growth) Bioessais sédiment Bioessais eau Limande-flet-cabillaud Limande-flet-rouget-moule Limande-cabillaud-moule Moule Moule Limande-flet-rouget-moule Limande Limande Limande Moule Corophium-Arenicola Copépodesembryons huîtres&moules oursins 1-1-1,6 0,5-0,3-0,32, FDI Mâle et Femelle FDI<2 FDI< FDI M et F FDI>2 FDI=
11 DES OUTILS SONT ÉGALEMENT OPÉRATIONNELS EN MILIEU CONTINENTAL EXEMPLE DE L OUTIL GAMMARE : INDICATEURS DE LA CONTAMINATION CHIMIQUE ET DE LA TOXICITÉ DES MILIEUX A. CHAUMOT, M. COQUERY ET O. GEFFARD
12 Pourquoi avoir développé une approche basée sur l encagement d organismes : intérêt pour la DCE e.p e.p Utiliser une espèce ubiquiste et jouant un rôle important tem Etudier situ exposure system l ensemble exposuredes systèmes p.c.c p.c.c aquatiques net cap net (petits capet grands) 320 Utiliser ml 320 des ml organismes contrôles/calibrés : interprétation fiable des mesures Utiliser en plus des biomarqueurs, les traits de vie (ex : reproduction, alimentation) comme marqueurs de toxicité : entrées des modèles de dynamique de populations Définir une référence universelle et des indicateurs intégrant la variabilité naturelle pour chaque marqueur : - relier les effets observés directement à la contamination chimique du milieu - proposer des indicateurs de contamination biodisponible et de toxicité à partir d une seule exposition : 1. suivi des tendances de la contamination, classement des sites, polluants problématiques 2. impact toxique des milieux
13 Indicateur de la contamination chimique biodisponible Exemple de valeurs seuils Couvercle percé avec tamis Tamis (maille 500 µm) Pot en PP de 180 ml Fond percé avec tamis (maille 1 mm) A B - 20 mâles (15 20 mg)/chambre Pot en PP de 1000 ml - nourriture ad libitum Fenêtres de tamis : aulne (maille 300 µm) - 6 à 8 chambres /site Métaux (µg/g dw) DDTs (ng/g dw) HAPs (ng/g dw) PCBs (ng/g dw) Ni 0.8 Cd 0.3 Pb 0.4 Hg 0.07 Co 0.5 2,4' DDE 1.9 4, 4' DDE + Dieldrine 4.8 4, 4' DDD 3.9 2, 4' DDT 1.6 4, 4' DDT 2.8 Anthracene 1.5 Fluoranthene 3.5 Benzo (b,k,j) fluoranthène 3.8 Benzo(a)pyrène 1.3 Indeno (1,2,3-cd) pyrene 1.7 Benzo (g,h,i) perylene 1.3 Benzo(a)anthracene 2.2 Benzo(e)pyrene 1.3 Triphene+chrysene 2.6 Perylene exposition 1 semaine Analyse chimique des teneurs en contaminants 13
14 Indicateur de la contamination chimique biodisponible Exemple de valeurs seuils Couvercle percé avec tamis Tamis (maille 500 µm) Pot en PP de 180 ml Fond percé avec tamis (maille 1 mm) A B - 20 mâles (15 20 mg)/chambre Pot en PP de 1000 ml - nourriture ad libitum Fenêtres de tamis : aulne (maille 300 µm) - 6 à 8 chambres /site Métaux (µg/g dw) DDTs (ng/g dw) HAPs (ng/g dw) PCBs (ng/g dw) Ni 0.8 Cd 0.3 Pb 0.4 Hg 0.07 Co 0.5 2,4' DDE 1.9 4, 4' DDE + Dieldrine 4.8 4, 4' DDD 3.9 2, 4' DDT 1.6 4, 4' DDT 2.8 Anthracene 1.5 Fluoranthene 3.5 Benzo (b,k,j) fluoranthène 3.8 Benzo(a)pyrène 1.3 Indeno (1,2,3-cd) pyrene 1.7 Benzo (g,h,i) perylene 1.3 Benzo(a)anthracene 2.2 Benzo(e)pyrene 1.3 Triphene+chrysene 2.6 Perylene exposition 1 semaine Analyse chimique des teneurs en contaminants Sites d'étude Substances Cd 0,83 1,31 1,27 0,18 0,15 0,15 0,17 0,23 0,23 0,22 0,63 0,2 0,45 0,33 0,21 0,19 0,12 0,15 0,28 0,24 0,3 0,91 0,21 0,14 0,2 0,2 0,35 Pb < LQ 0,17 0,31 0,22 0,16 0,14 0,14 0,43 0,19 0,27 0,46 0,85 < LQ 0,4 0,27 0,2 0,24 0,17 0,28 1,39 0,82 0,89 0,95 0,29 0,46 0,18 0,92 Hg 0,05 0,05 0,05 0,04 0,04 0,04 0,04 0,05 0,06 0,05 0,05 0,04 0,06 0,05 0,05 0,05 0,04 0,05 0,11 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 Ni 0,53 1,28 0,43 0,6 0,68 0,33 0,26 <LQ <LQ 0,5 0,35 0,45 0,48 1,27 0,37 0,37 0,34 0,59 0,88 0,45 <LQ <LQ 1,01 0,69 0,58 0,4 0,36 Co 0,33 0,23 0,27 0,33 0,13 0,14 0,14 0,47 0,27 0,31 0,33 0,39 0,46 0,32 0,28 0,27 0,29 0,26 0,96 0,24 0,43 0,44 0,5 0,39 0,36 0,23 0,34 Hexachlorobenzene 0,4 <LQ <LQ <LQ 0,4 0,5 <LQ <LQ <LQ 0,4 <LQ 0,9 < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ < LQ 10,0 < LQ < LQ < LQ < LQ 0,6 < LQ 0,6 0,5 Lindane 0,3 <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ 0,4 <LQ <LQ <LQ 0,3 0,4 0,4 < LQ 0,4 < LQ 7,8 0,4 <LQ 0,4 1,4 <LQ 0,6 < LQ < LQ 2, 4' DDE <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ 1,7 0,3 1,1 1,5 < LQ 0,6 0,3 10,6 < LQ < LQ 0,4 2,1 0,9 1,0 < LQ 0,7 4, 4' DDE+Dieldrin 2,4 2,9 2,6 2,5 3,2 2,3 2,4 1,9 2,3 2,3 3,9 3,4 4,2 4,2 3,3 3,1 3,6 3,5 37,0 3,9 3,9 6,9 5,5 5,1 3,4 10,4 62,9 4, 4' DDD 2,0 1,9 1,9 1,9 1,9 2,0 2,3 1,6 2,4 2,1 3,6 3,7 1,4 3,5 2,3 3,0 1,8 3,3 44,6 3,4 2,9 4,3 6,3 5,2 3,3 5,9 24,3 2, 4' DDT 1,0 1,0 1,0 1,0 1,1 0,8 0,9 0,6 0,8 0,7 0,9 1,3 2,2 1,3 3,1 2,9 2,3 2,6 59,2 2,3 2,3 2,4 2,3 1,9 1,5 1,2 2,8 4, 4' DDT <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ 1,2 1,3 1,7 1,9 1,7 1,7 48,4 2,8 2,3 2,1 2,9 1,4 1,0 <LQ 12,5 Anthracene <LQ <LQ 0,7 <LQ 0,4 <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ 1,7 <LQ <LQ 0,5 1,0 <LQ 0,3 <LQ 0,9 <LQ 0,7 3,7 9,1 0,4 0,3 1,2 Fluoranthene 0,9 0,7 1,4 1,7 1,6 1,0 0,8 1,2 <LQ 1,0 1,7 7,3 0,7 2,0 3,4 2,3 3,4 2,9 1,5 6,5 2,3 4,8 33,7 24,2 4,3 2,3 9,8 Benzo(b,k,j)fluoranthene 0,4 0,6 1,0 1,2 1,7 <LQ 0,6 1,4 0,6 1,6 1,5 5,6 0,8 1,7 3,2 2,1 2,8 2,0 1,0 4,7 3,2 3,7 19,4 7,8 3,1 1,9 8,7 Benzo(a)pyrene <LQ <LQ <LQ 0,5 <LQ <LQ <LQ 0,5 <LQ <LQ 0,3 0,6 <LQ 1,1 1,0 0,9 1,1 0,7 <LQ 1,2 1,1 1,2 3,0 3,3 0,3 0,6 2,8 Indeno(1,2,3-cd)pyrene <LQ <LQ <LQ 0,5 0,4 <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ <LQ 1,4 <LQ 0,5 0,9 0,9 1,0 0,7 <LQ 0,9 1,3 1,1 4,8 1,7 0,7 0,6 1,8 Benzo(g,h,i)perylene <LQ <LQ <LQ 0,3 0,4 <LQ <LQ 0,6 <LQ <LQ <LQ 1,6 <LQ 0,5 0,9 0,6 0,7 0,6 0,1 0,9 1,0 1,1 3,8 2,2 0,9 0,9 2,1 Acenaphthylene 0,4 0,5 0,3 <LQ 0,7 0,4 0,3 <LQ <LQ 0,3 0,3 0,9 0,6 0,6 0,9 <LQ 1,0 0,7 1,1 1,4 0,9 1,1 1,2 2,7 1,0 0,5 0,8 Acenaphthene 1,5 1,5 1,9 0,8 1,7 1,4 1,3 1,0 0,9 1,3 0,9 5,6 1,7 1,3 1,9 1,2 1,5 1,5 2,2 2,5 1,4 1,6 3,1 2,9 1,9 1,5 2,2 Fluorene 1,2 1,2 2,7 0,7 1,9 1,4 0,7 0,7 <LQ 0,5 0,6 6,1 2,6 1,8 2,2 1,5 2,0 2,1 2,6 2,7 1,4 2,4 8,3 6,5 4,8 0,4 5,1 Phenanthrene 2,2 2,0 8,7 2,1 4,4 3,5 0,6 2,1 <LQ 1,6 0,7 17,2 4,2 3,0 6,3 2,6 4,1 5,5 4,8 3,3 0,4 5,3 39,9 37,8 12,5 <LQ 26,6 Pyrene 0,7 0,5 2,1 1,1 1,3 0,5 0,8 1,1 0,4 1,2 1,5 6,0 0,8 2,1 2,4 1,9 2,6 3,0 2,0 8,0 2,0 4,1 40,7 47,7 5,4 2,9 10,8 Benzo(a)anthracene 0,6 0,3 0,6 0,9 0,8 0,5 0,6 1,0 0,3 0,6 0,8 2,2 0,6 1,3 1,8 1,3 1,5 1,2 1,1 4,8 1,9 2,2 14,7 11,4 2,4 1,3 3,9 Benzo(e)pyrene <LQ <LQ <LQ 0,3 0,4 <LQ <LQ 0,3 <LQ 0,4 0,4 1,5 <LQ 0,4 0,7 0,6 0,8 0,5 <LQ 1,2 0,9 1,1 5,7 2,6 0,9 0,7 2,3 Triphene + Chrysene 0,6 0,6 1,1 1,5 1,5 0,7 0,6 1,2 0,6 1,5 1,6 4,1 0,7 1,7 2,4 1,8 2,1 2,0 1,4 6,0 2,4 4,0 23,8 13,4 4,6 2,8 9,1 Perylene <LQ <LQ <LQ 0,3 0,4 <LQ <LQ 0,3 <LQ 0,4 0,4 1,5 <LQ 0,3 0,3 0,7 0,5 0,3 <LQ <LQ 0,3 0,5 1,2 0,8 0,4 0,3 1,9 PCB ,0 1,6 1,6 1,5 3,8 1,8 0,6 0,3 1,0 1,6 0,6 5,9 1,2 2,2 2,1 1,1 2,9 1,8 13,2 1,2 0,7 1,5 4,7 3,2 5,3 2,6 2,3 PCB 52 3,9 2,6 3,5 3,5 4,2 2,7 2,5 2,7 2,7 3,9 2,4 8,6 4,1 7,7 9,8 2,2 4,3 3,8 33,8 3,2 1,9 2,7 8,3 4,6 9,4 3,9 5,6 PCB 101 3,9 4,7 3,6 3,8 3,9 2,3 2,9 1,9 2,6 3,6 3,3 9,3 3,7 9,8 13,5 2,7 4,0 3,7 24,5 5,0 3,6 7,3 14,9 7,6 8,7 4,8 4,8 PCB 118 2,9 3,4 2,7 3,5 2,7 1,4 1,2 <LQ 1,0 2,7 2,8 13,5 3,7 11,0 16,3 3,9 4,0 3,8 20,7 1,8 2,0 5,7 8,7 3,6 7,1 2,9 4,0 PCB 138 5,3 6,1 6,6 7,4 6,6 3,4 4,1 3,3 3,4 4,9 5,8 10,6 6,0 14,0 16,6 5,3 6,1 5,8 45,5 9,9 5,1 23,5 31,8 12,9 12,0 10,8 6,5 PCB 153 6,8 8,4 8,2 8,9 8,0 4,6 5,4 4,1 4,9 6,9 7,5 10,6 7,6 16,7 16,5 6,5 7,4 6,8 50,8 12,1 5,7 30,8 36,6 16,7 13,7 16,7 7,6 PCB 180 1,6 1,6 2,3 2,6 2,5 2,0 1,9 1,7 2,0 2,2 2,8 2,4 1,6 3,8 4,1 1,8 1,4 1,3 16,6 3,0 1,4 9,1 14,2 4,9 3,8 3,5 2,1 Suivi des tendances, qualification chimique des sites Identifier les composés problématiques 14
15 Indicateur de toxicité des milieux A B - 20 mâles (15 20 mg)/chambre Couvercle percé avec tamis Tamis (maille 500 µm) - 7 couples/chambre Pot en PP de 1000 ml p.c.c net In situ exposure system cap exposure Pot en PP de 180 ml Fond percé avec tamis (maille 1 mm) Fenêtres de tamis (maille 300 µm) - nourriture ad libitum : aulne - exposition 2 à 4 semaines Alder leaf disc Male gammarids : 20 mm weight : 15 20mg n : 20 n : 20 Mesure des réponses biologiques sur les organismes eaf discs surface is scanned before experiment Taux d alimentation Reproduction 5 replicates and 5 controls / site Survival rate is assessed after exposure Leaf discs surface is scanned after experiment Marqueurs moléculaires Feeding rate assessment FD = S b*k S e n*t - neurotoxicité - Métabolisme énergétique Mesures simples : observations binoculaires, analyses d image et spectrophotomètre 15
16 Indicateur de toxicité des milieux A B - 20 mâles (15 20 mg)/chambre Couvercle percé avec tamis Tamis (maille 500 µm) Pot en PP de 180 ml Fond percé avec tamis (maille 1 mm) - 7 couples/chambre Pot en PP de 1000 ml Fenêtres de tamis (maille 300 µm) - nourriture ad libitum : aulne - exposition 2 à 4 semaines Exemple de valeurs seuils Mesure des réponses biologiques sur les organismes Acétylcholinestérase 7,4 nmol.min- 1 Taux d alimentation : 8 C 18 mm 2 /jr/ind 12 C 25 mm 2 /jr/ind 14 C 29 mm 2 /jr/ind 16 C 32 mm 2 /jr/ind 18 C 36 mm 2 /jr/ind Reproduction : Surface ovocyte Fertilité Fécondité µm 2 13,4 ovocytes 12,9 embryons Qualification toxique des sites Identifier le type d effet 16
17 Transfert technologique et conclusions. Demandes de plus en plus nombreuses des acteurs de l eau publics et privés Objectifs des instituts de recherche publics (Carnot) Transfert technologique pour la proposition d une offre de service : BioMA monitoring Projet en incubation (G. Jubeaux, A. Chaumot, M. Coquery, O. Geffard et P. Boistard). Conclusions : Outils disponibles pour le suivi des tendances de la contamination chimique (DCE) et le diagnostic de la toxicité des milieux. Etudier la possibilité d utiliser cette approche pour répondre à la conformité des NQEeau et NQE-biote : modèles pour le changement de matrices (biote vs eau / biote vs biote) Rapports ONEMA: Besse, J.P., Geffard, O., Coquery, M. - (2011) Besse, J.P., Geffard, O., Lopes, C., Chaumot, A., Coquery, M. (2012) 17
18 D AUTRES APPROCHES SUR POISSONS SAUVAGES APPLICATION À L INVESTIGATION ENVIRONNEMENTALE
19 Stress ox FOIE Bio Transformat Reproduction Erod GST VTG CYP 3A SPG GONADES Info nerveuse AChE Immunité Phago FO lyzo stab RATE MMC Info génétique Osmorégulation Cassure primaire ADN Na/K ATPase 19
20 Perturbations autours d un rejet industriel VTG (ng/ml) 61,5 km 100% 50% 0% Site A 70,8 km 100% 50% 0% Site B
21 Autres exemples Rejet industriel potentiellement génotoxiques Perturbation des peuplements piscicoles A venir : rivière Loue
22 Des outils utiles Des approches opérationnelles Des développement à poursuivre
23 Approches intégrée chimie-biologie pour la gestion des milieux Un cadre réglementaire (DCSMM) structurant en milieu marin Manque de visibilité sur les outils en milieu continental Besoin de validation Séminaire biomarqueurs et bioessais INERIS, IFREMER, ONEMA
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