Effets biologiques d une pollution chimique en milieu estuarien AMIARD JC. Directeur de Recherche Honoraire au CNRS

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1 Effets biologiques d une pollution chimique en milieu estuarien AMIARD JC. Directeur de Recherche Honoraire au CNRS

2 La triade de l écotoxicologie Milieu physique (eau ou sédiment) EXPOSITION Organisme IMPREGNATION Radionucléides Risque potentiel EFFET NEFASTE Physiques Dilution BARRIERES Chimiques Transformation Biologiques Membranes

3 La triade de l écotoxicologie Milieu physique (eau ou sédiment) EXPOSITION Organisme IMPREGNATION Risque potentiel Radionucléides EFFET NEFASTE Physiques Dilution BARRIERES Chimiques Transformation Biologiques Membranes Stockage Excrétion Détoxication - Insolubilisation - Métallothionéine Amplification de la toxicité (rare?) Biotransformation - Phase I oxydation - Phase II conjugaison

4 Une organisation du monde vivant en «poupées russes» De l atome à l organisme

5 La hiérarchie écologique Plusieurs communautés forment un écosystème, plusieurs écosystème un paysage, plusieurs paysages un biome et l ensemble des biomes l écosphère.

6 Comment surveiller la qualité de l environnement estuarien? Quatre méthodes principales 1 - Détection et quantification des polluants dans les milieux physiques (eaux et sédiments) 2 - Composition floristique et faunistique (Indices de Qualité) 3 - Détection et quantification des polluants dans les organismes (Bioaccumulateurs) 4 - Modifications de paramètres biologiques (Biomarqueurs)

7 1. Les milieux physiques Eaux Concentrations très faibles et extrêmement variables Risques de contaminations secondaires Ne fournissent aucun renseignement sur le risque biologique réel Sédiments Concentrations généralement fortes Traduisent une intégration des pollutions anciennes Ne fournissent aucun renseignement sur le risque biologique réel

8 Les milieux biologiques Trois niveaux sont utilisés : - écosystémique (2) - organismal (3), - et sub-organismal (4).

9 Cellule - tissu Pertinence toxicologique 4 - BIOMARQUEURS Indicateurs biochimiques Organisme Court terme 3 - BIOINDICATEURS Organismes tests Long terme Peuplement 2 - COMMUNAUTES Indicateurs biocénotiques Pertinence écologique

10 Les milieux biologiques 2. Les indices biocénotiques Aucune application opérationnelle en milieu estuarien Aucune application opérationnelle en milieu estuarien Nombre d espèces très limité

11 Les milieux biologiques 3. Les espèces bioaccumulatrices

12 Exemple du RNO Zinc Plomb Mercure Cadmium huîtres moules huîtres moules huîtres huîtres Seine moules moules Loire Gironde Méditerranée 24.91

13 Les milieux biologiques 4. Les biomarqueurs

14 CONTAMINANTS NEUROTOXICITE Les biomarqueurs MARQUEURS BIOCHIMIQUES PESTICIDES HAP PCB P450 marqueurs plus spécifiques STRESS OXYDANT NEUROTOXICITE METABOLISME EXOGENE METABOLISME ENDOGENE? DEFENSES NON ENZYMATIQUES DEFENSES ENZYMATIQUES GENOTOXICITE marqueurs moins spécifiques PROTEINES DE STRESS MARQUEURS HISTOLOGIQUES MARQUEURS IMMUNOLOGIQUES MARQUEURS PHYSIOLOGIQUES METAUX METALLOTHIONEINES CROISSANCE REPRODUCTION

15 Changements biochimiques : - Pertinence écologique pauvre - Spécificité forte - Indices précoces et sensibles TOXICOLOGIE Biotransformation Réponse à Court terme Réponse à long terme ECOLOGIE Populations et communautés : - Pertinence écologique forte - Spécificité faible - Aucune valeur d alerte

16 Les limites d utilisation des biomarqueurs Modèles de réponses biologiques aux variations des facteurs naturels et aux stress polluants (d après Cairns & McCormick, 1992) Réponse A Stress Temps B Réponse Stress Temps

17 Programme RINBIO : Transplantation de moules (Mytilus edulis var. galloprovincialis) en 22 sites de Méditerranée Occidentale. 800 DIFFERENCES ENTRE LA SURVEILLANCE BASEE SUR LES METAUX ET CELLE BASEE SUR LA METALLOTHONEINE Métallothionéine Métallothionéine Cd+Cu+Hg+Ni+Zn -1 (mg.g-pf ) Cd+Cu+Hg+Ni+Zn -1 (matomg.g-pf ) Stations 0 Banyuls Agde Balaguier

18 Les conséquences de la présence accrue de testostérone chez les femelles : l apparition d un pénis non fonctionnel mais qui obstrue les cavités sexuelles. Les différents stades d évolution de l imposex chez Nucella lapillus.

19 4 bis - Les biomarqueurs écologiques Polluants spécifiques Hydromorphologie ) ) ) Biodisponibilité ) ) ) ) Mixture Milieu physique Physico-chimie Facteurs écologiques ) ) ) ) ) ) Conditions générales (salinité ) Organisme Population Biomarqueurs Biomarqueurs à vocation écologique Défense Dommage Effet direct (reproduction) Effet indirect (comportement, énergie, génotoxicité, immunotoxicité)

20 Les biomarqueurs écologiques Métabolisme énergétique Hormones sexuelles Défense Métabolisme de base Croissance Reproduction Neurotransmetteurs Hormones Réponses génétiques (génotoxicité, résistance) Comportement Alimentation Evitement (chimiques, prédateurs) Comportement sexuel Soins aux jeunes

21 Exemple des conséquences d une perturbation comportementale Exposition Inhibiteur de l AChE chlorpyrifos Métal toxique cadmium Comportement Hyperactivité Capacité natatoire ց Rupture des essaims Conséquences écologiques Plus visible pour les prédateurs Déplacement de la zone d alimentation optimale Favorise la prédation «MORT ÉCOLOGIQUE»

22 Exemple des conséquences d une perturbation comportementale Perturbation du milieu Détection Évitement Pas d évitement Pas d exposition Exposition réduite Exposition maximale Pas d effets néfastes Effets subléthaux Effets léthaux Survie à long terme Survie immédiate Réduction de la longévité

23 Exemple des conséquences d une perturbation comportementale Disponibilité des espèces proies Prise de nourriture Perturbations du comportement alimentaire Enzymes digestives Assimilation Coût de maintenance Réserves Coût de la tolérance Croissance Reproduction Structure Maturité Progéniture

24 Conclusions Les effets biologiques d une pollution chimique sont perceptibles à plusieurs niveaux d organisation depuis la molécule jusqu à l écosystème. Les effets biologiques les plus précoces sont les biomarqueurs au niveau sub-organismal et ont donc une valeur d alerte. Les biomarqueurs écologiques sont susceptibles de rendre compte d effets biologiques au niveau populationnel et ont donc une valeur prévisionnelle.

25 Quelques livres sur le sujet

26 CRC Press 2009

27 Lavoisier, Tec&Doc 2008

28 CRC Press 2012

29 Lavoisier, Tec&Doc 2011