Licence Professionnelle en « Aquaculture » Partie 1 : Pollution de l’environnement GÉNÉRALITÉS TYPES DES POLLUTIONS ET DES PRINCIPAUX POLLUANTS Les Types des pollutions Les types des principaux polluants COMPORTEMENT DES POLLUANTS DANS L’ENVIRONNEMENT Passage des polluant dans l’atmosphère Passage des polluants de l’atmosphère à l’eau et au sol Transfert et incorporation des polluants dans la biomasse Devenir des polluants dans l’environnement SURVEILLANCE DE L’ENVIRONNEMENT Notion de monitoring Bioindicateurs de contamination Biomarqueurs de contamination GÉNÉRALITÉS Pollution de l’environnement Généralités La pollution de l’environnement est un problème majeur, par sa nature et l’étendue de son impact. Elle concerne tous les compartiments de notre environnement : air, sol, eau. Pollution de l’environnement Généralités ACCENTUATION DES PHÉNOMÈNES EXTRÊMES POLLUTION DES ÉCOSYSTÈMES Pollution de l’environnement Généralités La connaissance scientifique des modalités de pollution de la biosphère et celles de ses effets sur l’ensemble des êtres vivants constitue un préalable impératif à toute mesure destinée à lutter contre la contamination du milieu naturel. Pollution de l’environnement Généralités L'approche expérimentale La détermination de l'étendue spatiale et de la dimension temporelle de la contamination des biotopes faisant l'objet d'une pollution déterminée est d’une importance majeure. Exemple de relation spatio-temporelle dans un hydrosystème fluvial. Pollution de l’environnement Généralités L'approche expérimentale Évaluation des processus et mécanismes de dispersion et des effets des polluants dans l’environnement impliquent des contextes différents, de sorte que des approches expérimentales distinctes doivent être mises en œuvre. Les divers niveaux de complexité biologique concernant les approches expérimentales en l’étude de la pollution de l’environnement Pollution de l’environnement Généralités L'approche expérimentale Fondamentalement réductionniste Plus réalistes Peu significatives écologiquement Plus significatives écologiquement Réplicabilité élevée Représentativité élevée … … EXPÉRIENCES AU EXPÉRIENCES AU LABORATOIRE MILIEU NATUREL Pollution de l’environnement Généralités Les diverses manifestations de la toxicité Toxicité aiguë Toxicité chronique Toxicité subaiguë Pollution de l’environnement Généralités Généralités Pollution de l’environnement Réponse (%) 100 50 NOEC LOEC CE50 Courbe Dose-Réponse Dose Pollution de l’environnement Généralités Courbe Dose-Réponse Généralités Pollution de l’environnement DL = Dose létale (Ex: g / kg poids corporel - p.c.) CL = Concentration létale (Ex: g / L ou g/kg) • DL50 et CL50 = dose ou concentration qui tue 50% de la population • Elles se définissent aussi par une voie d’exposition (orale, cutanée, injection, addition au milieu ambiant…) et un temps d’incubation (2h, 24h etc…=> TL50) • Toutes les valeurs chez l’Homme sont des extrapolations de résultats d’autres modèles Exemples de DL50 aiguës TYPES DES POLLUTIONS ET DES PRINCIPAUX POLLUANTS Les Types des pollutions Les types des principaux polluants Pollution de l’environnement Types des pollutions En réalité, on fait de nos jours une distinction majeure entre le concept de pollution pris au sens strict et celui de nuisance. Pollution C’est toute modification anthropogénique d'un écosystème se traduisant par un changement de concentration des constituants chimiques naturels, ou résultant de l'introduction de substances chimiques artificielles; toute perturbation du flux de l'énergie, de l'intensité des rayonnements, de la circulation de la matière, ou encore toute altération d'une biocénose naturelle provoquée par l'introduction d'espèces exotiques invasives. Nuisance Désigne toute dégradation de l'environnement ayant pour conséquence d'induire une gêne pour les personnes qui la subissent. A la différence des pollutions, les nuisances ne provoquent pas nécessairement d'effets néfastes sur la santé humaine et sont dépourvues de conséquences écologiques. Toutefois, elles sont perçues à juste titre comme une modification défavorable de l'environnement par ceux qui y sont exposés. Types des pollutions Pollution de l’environnement Donner une classification des pollutions n'est pas une entreprise aisée car on peut la réaliser à partir de nombreux critères, mais aucun n'est entièrement satisfaisant. On peut classer les pollutions selon Nature Physique Chimique Biologique Écologie (le milieu) Air Eau Sol Toxicologie (manière de contamination) Contact Inhalation Ingestion Pollution de l’environnement Sources de pollution ◙ Parmi les causes de pollution, il est possible de distinguer en définitive trois principales sources : La production d'énergie; Les industries chimiques et métallurgiques; Les activités agricoles. ◙ Pour chacune de ces causes fondamentales de pollution existent des sources situées en amont, au niveau de la fabrication et en aval à celui de l'utilisation par le consommateur. Pollution de l’environnement Sources de pollution LA PRODUCTION D’ÉNERGIE Pollution générée par l’usage du pétrole Pollution générée par l’usage du charbon Pollution par l’usage de l’énergie nucléaire Sources de pollution Pollution de l’environnement 70 3500 60 3000 50 2500 40 2000 30 1500 20 1000 10 500 0 0 Émission (en millions de tonnes) 4000 1981-1990 80 1951-1960 4500 1921-1930 90 1850-1900 Production (en millions de tonnes) LES INDUSTRIES CHIMIQUES ET MÉTALLURGIQUES Production Émission Cu Pb Zn Variation de la production mondiale de quelques métaux et des émissions de ces métaux dans l’atmosphère. Pollution de l’environnement Sources de pollution LES ACTIVITÉS AGRICOLES L’agriculture intensive Le développement d'une agriculture intensive, réputée « productiviste », fonctionnant sur un schéma industriel a fait de cette activité une des sources les plus importantes de pollution de l'environnement. Pollution de l’environnement Sources de pollution LES ACTIVITÉS AGRICOLES L’agriculture intensive Millions de tonnes de nutriments 250 200 150 100 50 0 1959 - 1960 1989 - 1990 2020 Croissance de la consommation mondiale d’engrais chimiques Sources de pollution Pollution de l’environnement LES ACTIVITÉS AGRICOLES L’agriculture intensive Tonnage de substances actives (millier de tonnes) 150 120,5 99,6 78,3 100 74,5 71,6 50 0 1999 2000 2001 2002 2003 Année 2004 2005 2006 Évolution de la consommation mondiale de pesticides de synthèse Pollution de l’environnement Sources de pollution LES ACTIVITÉS AGRICOLES L’élevage intensif Le développement de l’élevage intensif lié aux systèmes industriels est donc spectaculaire, entraînant des conséquences négatives pour l’environnement et puisant dans des ressources vitales. En effet, l’industrie des élevages est une des plus grandes menaces pour la planète. Pollution de l’environnement Sources de pollution LES ACTIVITÉS AGRICOLES L’élevage intensif L’élevage est la 2ème source de gaz à effet de serre soit 18% des émissions (contre 13,5% pour les transports) dont 37% des émissions de méthane. Il faut: - Entre 13 000 et 100 000 litres d’eau pour produire un kilo de bœuf - Entre 2000 et 4000 litres pour un litre de lait Production de viande, 1980 – 2030 Pollution de l’environnement Types des principaux polluants Contaminant Un contaminant est une matière solide, liquide ou gazeuse, un micro-organisme, une vibration, une chaleur, une radiation ou toute combinaison de l’un ou l’autre susceptible d’altérer la qualité de l’environnement. Polluant Un polluant est un contaminant ou un mélange de plusieurs contaminants présents dans l’environnement en concentration ou en quantité supérieure au seuil permis fixé par règlement du gouvernement ou dont la présence dans l’environnement est prohibée par règlement du gouvernement. Pollution de l’environnement Types des principaux polluants Polluants primaires Ce sont les substances présentes dans l’environnement telles qu'elles ont été remises. Parmi ces polluants, les substances suivantes, certaines ont une importance particulière : SO2, NOX, HAP, COV… Polluants secondaires Ce sont des substances dont la présence dans l’environnement résulte de transformations chimiques liées à l'interaction de composés dits précurseurs (polluants primaires) : CO (ou NOx, COV,..) SO2 NOx processus photochimique humidité humidité O3 H2SO4 HNO3 Types des principaux polluants Pollution de l’environnement NATURE DES POLLUANTS Polluants atomiques Polluants mécaniques Polluants thermiques Microorganismes pathogènes Inorganiques Espèce invasive OGM Micropolluants Macropolluants Organiques PHYSIQUE BIOLOGIQUE CHIMIQUE Pollution de l’environnement Types des principaux polluants 1. Polluants chimiques 1.1. Les micropolluants chimiques ◙ Le terme micropolluant reprend les substances responsables des troubles dans l’écosystème à des faibles concentrations de l’ordre du µg par litre ou par kilogramme. Généralement, ces substances pénètrent facilement dans les organismes et elles sont rémanentes. ◙ On distingues 2 grands groupes de micropolluants : les micropolluants organiques et les micropolluants minéraux ou inorganiques. Pollution de l’environnement Types des principaux polluants 1.1.1. Les micropolluants chimiques organiques Les micropolluants organiques regroupent de nombreux types de composés. Ils possèdent cependant un point commun : ils contiennent tous du carbone. Exemples: Hydrocarbures, Pesticides Détergents. Pollution de l’environnement Types des principaux polluants 1.1.2. Les micropolluants chimiques inorganiques ◙ Les micropolluants inorganiques sont des éléments chimiques présents naturellement dans les écosystèmes mais à de très faibles concentrations (mais dont les niveaux de concentration que l’on rencontre actuellement dans l’environnement sont fréquemment le résultat des activités anthropiques). ◙ De part leur faible concentration naturelle dans l’environnement, ils sont décrits comme des éléments trace. Parmi tous les éléments trace on distingue les éléments non-essentiels (métaux lourds) et les éléments essentiels (oligoélément) pour les organismes. Pollution de l’environnement Types des principaux polluants 1.2. Les macropolluants chimiques ◙ On appelle macropolluants des molécules naturelles qui sont présentes localement et à un moment donné dans l’environnement à une concentration ne s’inscrivant pas dans l’intervalle habituel. Les réactions biochimiques impliquant ces molécules n’en seront pas changées, mais leurs cinétiques seront différentes. Les macropolluants se distinguent des micropolluants par le fait qu’ils nécessitent des concentrations importantes avant d’engendrer des effets néfastes dans l’écosystème. Les macropolluants présentent donc, à concentration égale, une toxicité moindre que celle des micropolluants. ◙ Les principaux macropolluants sont les composés phosphorés et les composés azotés. Pollution de l’environnement Types des principaux polluants 2. Polluants biologiques Organisme génétiquement modifié (OGM) ◙ OGM est un organisme vivant dont le patrimoine génétique a été modifié par l'homme. Les OGM présentent des risques principalement sanitaires ou environnementaux (dissémination non désirée de gènes). Pollution de l’environnement Types des principaux polluants 2. Polluants biologiques Espèce invasive ◙ Une espèce invasive ou espèce envahissante est une espèce vivante exotique qui devient un agent de perturbation nuisible à la biodiversité autochtone des écosystèmes naturels ou semi naturels parmi lesquels elle s’est établie. Les phénomènes d’invasion biologique sont aujourd'hui considérés par l’ONU comme une des grandes causes de régression de la biodiversité. ◙ Le qualificatif d'espèce invasive est associé à une espèce ou à une entité d’un niveau taxonomique inférieur qui se trouve à l’extérieur de son aire de répartition ou de son aire de dispersion potentielle et est applicable à toute partie d’un individu susceptible de survivre et de se reproduire. Pollution de l’environnement Types des principaux polluants 2. Polluants biologiques Microorganismes pathogènes ◙ Les polluants biologiques renferment un très grand risque sanitaire pour les populations humaines et animales, représentant ainsi un grand danger sur la biocénose des écosystèmes. ◙ Les microorganismes polluants de l’environnement, spécialement des ressources en eau, sont des organismes microbiens responsables des infections et ils prennent le nom d’agents pathogènes, ceux ci peuvent être de quatre types : Virus, Bactéries, Parasites, Algues toxiques. Pollution de l’environnement Types des principaux polluants 2. Polluants biologiques Microorganismes pathogènes Virus : Poliomyélite, Hépatites A et E, Gastro-entérites virales. Bactéries : Salmonelles, Shigelles, Vibrions. Parasites : Helminthes, Protozoaires. Algues toxiques : les espèces d’algues qui produisent des toxines puissantes (phycotoxines) appartiennent surtout au groupe de dinoflagellés. Pollution de l’environnement Types des principaux polluants 3. Polluants physiques Les polluants physiques sont essentiellement d’origine industrielle et secondairement d’origine domestique. On peut les répartir en trois types : Polluants mécaniques (Les boues, Les solides flottants, Les ordures ménagères) Polluants thermiques (par les centrales thermiques, nucléaires, raffineries, aciéries) Polluants atomiques (Radiation naturelle, Radiation artificielle) COMPORTEMENT DES POLLUANTS DANS L’ENVIRONNEMENT Passage des polluant dans l’atmosphère Passage des polluants de l’atmosphère à l’eau et au sol Transfert et incorporation des polluants dans la biomasse Devenir des polluants dans l’environnement Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement ◙ Il est faux de penser que la pollution est limitée à l’endroit où un polluant est introduit et à son voisinage immédiat. Dans la quasi-totalité des cas, les polluants libérés dans l’écosystème vont être entraînés fort loin du point du rejet. ◙ La circulation atmosphérique les dispersera de façon progressive dans l’ensemble de l’écosphère. En effet, les mouvements atmosphériques jouent un rôle fondamental dans la répartition des agents polluants. Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 2. Transport à distance des aéropolluants DISTANCE DE DISSEMINATION Paramètres d’influence L’intensité de l’émission L’altitude de l’injection Taille des particules Stabilité chimique de la substance Echelle locale (0-50 km) CATEGORIES DE TRANSPORT Echelle moyenne (50-1000 km) Echelle globale Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement ◙ Fort heureusement les polluants atmosphériques ne séjournent pas dans l'atmosphère. Après un temps de séjour dépendant essentiellement des « paramètres d’influence », les polluants vont retourner à la surface de la biosphère (continentale ou hydrosphérique). ◙ Deux processus sont à l'origine de ce transfert des polluants de l'atmosphère vers les sols ou l'hydrosphère : les «dépôts secs» et les «dépôts humides». Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement « Dépôts secs » Transfert des polluants à la surface des sols ou des eaux en l'absence de toute précipitation et même en zone hyperaride. Il ramène à la surface les particules solides et les polluants qu'elles renferment. « Dépôts humides » Transfert des polluants à la surface des sols ou des eaux par entraînement ou dissolution dans les précipitations atmosphériques. Il est plus efficace, car il concerne aussi les polluants gazeux, souvent hydrosolubles. Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement ◙ Toute substance qui contamine le milieu naturel peut être incorporée par les êtres vivants, grâce aux multiples processus métaboliques. Elle va de la sorte être transférée dans les réseaux trophiques de divers écosystèmes, s'intégrer au cycle de la matière dans les biocénoses et exercer une action néfaste sur d'innombrables espèces végétales et animales qu'elles comportent. ◙ En outre, l'existence d'organismes migrateurs (oiseaux et poissons) peut contaminer des réseaux trophiques propres à des biocénoses situées fort loin des zones d'émission des polluants concernés. Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement Les organismes effectuent, non seulement, une dispersion active de nombreux polluants, mais peuvent aussi les concentrer dans leurs tissus par: Bioaccumulation Bioconcentration Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement NOTION DE BIODISPONIBILITÉ La biodisponibilité d'une substance en général et d'un polluant en particulier est la fraction de la quantité totale de ce dernier présente dans le biotope qui est absorbable par l’êtres vivant, et qui peut donc être transférée, stockée et métabolisée par ce dernier. Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 1. Bioaccumulation et bioconcentration Bioaccumulation Bioconcentration C’est le processus d'absorption par C’est le processus par lequel une lequel les êtres vivants peuvent substance prélevée dans un biotope accumuler dans leur organisme les par un être vivant va se rencontrer polluants. La bioaccumulation dans l'organisme de ce dernier à n’implique pas obligatoirement un des concentrations supérieures à accroissement de concentration d'un celles auxquelles il se trouve dans polluant quand il passe du biotope son environnement. dans l'organisme considéré. Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 2. Bioamplification C’est un mécanisme de bioconcentration des polluants dans toute la chaîne (ou réseau) trophique le long de laquelle la concentration du polluant dans les êtres vivants s'élèvera à chaque niveau trophique, de sorte que, dans tous les cas, ce seront les superprédateurs, situés au sommet de la pyramide trophique, qui présenteront les taux de contamination les plus élevés. Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 2. Bioamplification Bioamplification des PCB (pesticides) dans la chaîne trophique des goélands des grands lacs Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 2. Bioamplification Mesure des différentes concentrations en DDD (pesticides) dans la chaîne trophique du Clear Lake (USA) Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 3. Facteurs de concentration et facteur de transfert Facteurs de concentration (FC) Facteur de transfert (Ft) C’est le rapport de la concentration d’un C’est le rapport entre la concentration d’un polluant dans un organisme à sa polluant dans les êtres vivants situés au concentration dans le biotope niveau trophique « n+1 » et celle à laquelle il se trouve dans les organismes du niveau FC > 1 = FBC trophique « n » qui servent de proie au FC < 1 = FBA FC = précédent. [N.T n+1] [Cp + Ca] [milieu] Ft = [N.T n] Cp : Quantités de polluant absorbées directement par contacte avec le milieu contaminé ; Ca : Quantités de polluant provenant de la nourriture; N.T : niveau trophique réel de l’organisme considéré. Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 4. Principaux types de circulation des polluants dans les réseaux trophiques Processus de bioconcentration et de bioamplification dans une chaîne trophique terrestre. A : pyramide des biomasses avec concentrations relatives en DDT en pointillés. B : pyramide des concentrations de cet insecticide, figuré en échelle logarithmique. Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 4. Principaux types de circulation des polluants dans les réseaux trophiques Principaux types de pyramides des concentrations selon la valeur du facteur de transfert dans les réseaux trophiques Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement COMPORTEMENT DU POLLUANT DANS L’ÉCOSYSTEME Complexation avec la matière organique Adsorption sur le sol (ou les sédiments) Intégration dans le réseau trophique Dissolution dans l’eau Dégradation ….. Caractéristiques physico-chimiques du polluant Caractéristiques de l’écosystème Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 1. Caractéristiques physico-chimiques du polluant Les polluants se distribuent très différemment selon leurs propriétés physicochimiques. Ainsi la connaissance des propriétés d’un produit chimique donne une bonne indication sur son devenir dans l’environnement. Parmi les caractéristiques du polluant influençant son devenir dans l’environnement on peut citer : la réactivité, la dégradabilité, la polarité, la solubilité, la structure moléculaire, les coefficients de partition (air-eau ; sédiment-eau ; octanol-eau). Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 2. Caractérisation de l’écosystème Un écosystème est un complexe dynamique composé de communautés de plantes, d’animaux, de microorganismes et de la nature inerte, sujet à des interactions en tant qu’entité fonctionnelle. Les écosystèmes varient énormément en taille, en durée de vie et en fonction. BIOTOPE BIOCÉNOSE La manière dont un polluant va évoluer dépend largement des conditions du milieu dans lequel il se trouve. Parmi les propriétés des écosystèmes influençant le devenir des polluants, on peut citer : la nature du sol, l’éclairement, la température, le pH, le type des êtres vivants… Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 3. Principaux processus de dégradation des polluants Parmi les principaux processus de dégradation des polluants on peut citer : Photodégradation Biodégradation Hydrolyse Oxydation Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 3. Principaux processus de dégradation des polluants Exemple de quelques microorganismes impliqués dans la dégradation des hydrocarbures Bactéries Champignons Pseudomonas, Agrobacterium Aspergillus, Penicillium Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 3. Principaux processus de dégradation des polluants Processus de dégradation abiotique des PCB par photolyse Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 3. Principaux processus de dégradation des polluants Agent orange Dégradation photolytique d'une dioxine, la tétrachlorodibenzodioxine Pollution de l’environnement Comportement des polluants dans l’environnement 3. Principaux processus de dégradation des polluants SURVEILLANCE DE L’ENVIRONNEMENT Notion de monitoring Bioindicateurs de contamination Biomarqueurs de contamination Pollution de l’environnement Surveillance de l’environnement L'étude de la pollution de l'environnement implique une surveillance permanente de l'environnement. Cette surveillance est désignée dans le langage courant, de façon très générale, depuis maintenant plusieurs années, par le terme anglais de « monitoring ». Le monitoring pris au sens strict présente une dimension de contrôle et donc réglementaire. Il s'agit de s'assurer par des méthodes d'analyses chimiques de résidus et biologiques que l'état d’un biotope, d'un peuplement ou d'une communauté vivante est conforme à des standards préétablis. Pollution de l’environnement Surveillance de l’environnement Les données recherchées par un monitoring : - Taux de libération des polluants dans les milieux récepteurs et/ou présumés contaminés; - Degré et variation de la contamination environnementale ; - Effets bioécologiques. Le monitoring concerne deux types de démarches différentes : - La détermination et la mesure des niveaux de contamination des biotopes ainsi que des populations exposées; - L'évaluation des effets écotoxicologiques résultant in situ de la pollution ainsi détectée sur les peuplements voire les biocénoses toutes entières qui lui sont exposées. Surveillance de l’environnement Pollution de l’environnement MONITORING MONITORING « CHIMIQUE » MONITORING « BIOLOGIQUE » ÉVALUER L'IMPACT À UN DÉTERMINER LE NIVEAU DE INSTANT DONNE OU EN FONCTION DU TEMPS DE LA CONTAMINATION PAR TEL OU POLLUTION DE TEL POLLUANT DES BIOTOPES L'ENVIRONNEMENT SUR LES ET DE LA BIOMASSE POPULATIONS, LES COMMUNAUTES VOIRE LES BIOCÉNOSES EXPOSÉES Pollution de l’environnement Surveillance de l’environnement Le monitoring biologique peut être subdivisé en trois groupes d'activité principaux : - Détecter les effets des polluants sur des espèces bioindicatrices à travers des critères d'abondance relative et/ou de présence-absence, ainsi que les changements dans la structure des peuplements critiques ou des communautés; - Évaluer les effets des polluants sur les organismes et les mettre en relation avec les concentrations observées dans ces derniers et d'autres indicateurs abiotiques et biotiques ; - Détecter l'éventuelle existence de souches naturelles résistantes parmi les espèces pollutolérantes qui peuvent avoir développé une résistance au polluant. Pollution de l’environnement Surveillance de l’environnement Les « règles » du monitoring biologique : 1) Pertinence : les espèces de référence doivent être prises parmi celles qui présentent une importance écologique dans l'écosystème concerné. 2) Significativité : large représentation des espèces dans l’air géographique. 3) Robustesse : les espèces de référence choisies ne doivent pas présenter une létalité aux concentrations ambiantes du polluant. 4) Réponse : doit être mesurable et proportionnelle à l'intensité de la contamination du biotope par le polluant considéré. 5) Reproductibilité : Les organismes de référence devraient produire la même réponse partout où ils sont utilisés avec pertinence. Pollution de l’environnement Bioindicateurs de contamination Un bioindicateur est un organisme ou un ensemble d’organismes qui - par référence à des variables biochimiques, cytologiques, physiologiques, éthologiques ou écologiques - permet, de façon pratique et sûre, de caractériser l’état d’un écosystème et de mettre en évidence aussi précocement que possible sa modification, naturelle ou provoquée. Pollution de l’environnement Bioindicateurs de contamination Les caractéristiques requises pour un bioindicateur : Avoir une corrélation identique et simple entre la teneur en polluant et la concentration moyenne de ce dernier dans le biotope; Avoir la capacité d'accumuler le polluant sans présenter des perturbations fatales; Être sédentaire; Être abondant et avoir une distribution biogéographique étendue; Avoir une forte longévité; Avoir une taille suffisante; Être facile à échantillonner Avoir une résistance pour les conditions environnementales. Pollution de l’environnement Bioindicateurs de contamination INDICATEURS BIOLOGIQUES D’ACCUMULATION Le « biomonitoring » des polluants dans l’environnement fait largement appel à l’usage des espèces bioaccumulatrices comme indicateurs biologiques de contamination. Des espèces, aux caractéristiques bioindicatrices plus ou moins sélectives selon le cas, ont été identifiées et parfois utilisées à vaste échelle aussi bien dans les écosystèmes terrestres que limniques et marins. Pollution de l’environnement Bioindicateurs de contamination Quelques exemples d’espèces bioindicatrices utilisées dans le « biomonitoring » GROUPE ESPECE POLLUANT ECOSYSTEME Lemanea sp. (algue rouge) Métaux toxiques Limnique et Marin Fontinalis sp. (mousses aquatiques) Métaux lourds Anodonta sp. Divers polluants Crassostraea sp. Divers polluants Marin Poissons Teleostei sp. Divers polluants Limnique et Marin Lichens Parmelia sp. Evernia sp. …. Divers polluants atmosphériques Mousses Pleurozium schreberi Hylocomnium splendens …. Composés organochlorés Plomb Mollusques Gastéropodes Divers espèces (Ex: Helix aspersa) Divers polluant du sol Musophagidae sp. Métaux lourds Macrophytes Mollusques Lamellibranches Oiseaux Limnique Terrestre Pollution de l’environnement Bioindicateurs de contamination Quelques exemples d’espèces bioindicatrices utilisées dans le « biomonitoring » Crassostrea virginica (Lamellibranches) Pimephales promelas (Téléostéens) Parmelia saxatilis (Lichen) Posidonia oceanica (L.) Delile (Posidoniaceae) Pollution de l’environnement Biomarqueurs de contamination ◙ Le terme de "biomarqueur" désigne tout changement observable et/ou mesurable au niveau moléculaire, biochimique, cellulaire, physiologique ou comportemental, qui révèle l’exposition présente ou passée d’un individu à au moins une substance à caractère polluant. ◙ Ces changements peuvent être liés à des réactions spécifiques de défense des organismes exposés à un polluant ou de déviations de processus métaboliques naturels contribuant à la lutte contre la molécule toxique. ◙ Un biomarqueur mesuré au niveau individuel ne trouve sa signification écotoxicologique que lorsqu’il permet de décrire, d’expliquer, voire même éventuellement de prédire, les effets des polluants sur les populations et les communautés évoluant dans leur environnement naturel. Pollution de l’environnement Biomarqueurs de contamination CLASSIFICATION DES BIOMARQUEURS Biomarqueurs d’exposition à un xénobiotique Biomarqueurs d’effets de l’exposition Biomarqueurs de sensibilité aux effets provoqués par l’exposition Pollution de l’environnement Biomarqueurs de contamination Biomarqueurs d’exposition à un xénobiotique Ils indiquent que le polluant présent dans le milieu a pénétré dans l’organisme. Généralement, les biomarqueurs d’exposition sont le résultat de l’interaction du polluant avec des molécules biologiques dans des tissus et/ou dans des liquides corporels. Exemples: ◙ La mesure de la quantité de métabolites spécifiques de la conjugaison au glutathion (exemple : acides mercapturiques spécifiques); ◙ La formation d’adduits à l’ADN (pour les molécules cancérigènes ou génotoxiques). ◙ L’inhibition des cholinestérases Pollution de l’environnement Biomarqueurs de contamination Biomarqueurs d’effets de l’exposition ◙ L’utilisation des biomarqueurs d’effet permet de montrer que le xénobiotique est entré dans l’organisme et qu’après avoir été distribué entre les différents tissus, il a exercé un effet, toxique ou non, sur une cible critique. Exemples: ◙ Divers « stress chimique » en particulier du « stress oxydant » dont diverses oxydases tel que la famille des superoxyde dismutase (SOD) ou encore des peroxydases (PE). Pollution de l’environnement Biomarqueurs de contamination Biomarqueurs de sensibilité aux effets provoqués par l’exposition Ils caractérisent les variations individuelles et celles des populations propres à la réponse à l'exposition à un toxique. En effet, cette sensibilité dépend des variations d’origine génétique de la réponse à la contamination par les polluants. Exemples: ◙ Des facultés acquises génétiquement, comme l’augmentation de la quantité de glutathion S-transférases et d’enzymes du système à monooxygénases ou encore la diminution de la sensibilité des Acétylcholinestérases, constituent des manifestations communes de ce phénomène, dont l’utilisation en tant que biomarqueurs peut être envisagée. Pollution de l’environnement Biomarqueurs de contamination Exemples de quelques biomarqueurs répondant à différentes classes de polluants POLLUANT Métaux HAP BIOMARQUEUR Métallothionéines et autres métalloprotéines ++ Intégrité de l’ADN Atteintes cytologiques + ++ Induction des monooxygénases à cytochrome P450 ++ Intégrité de l’ADN Adduits à l’ADN et à l’hémoglobine + +++ Intégrité de l’ADN Organophosphorés Polluants divers INFORMATION Inhibition de l’acétylcholinestérase Inhibition des neuroestérases (neuropathies) + +++ +++ Enzymes du stress oxydant + Glycogène et autres polysaccharides Atteintes cytologiques ++ ++ + : signal d’une perturbation ; ++ : présence d’un polluant de cette classe ; +++ : risque d’effets à long terme. Pollution de l’environnement Biomarqueurs de contamination Exemples de biomarqueurs classés par ordre de spécificité décroissante BIOMARQUEURS POLLUANT TOXIQUE FACILITE DE L’USAGE DANS LE BIOMONITORING Inhibition de l’ALAD (Aminolaevulinic acid Plomb deshydrogenase) Suffisamment fiable l’analyse chimique Induction de méthalloCadmium thionéine Plus difficile à doser que le taux de cadmium dans les organismes Inhibition de l’AChE Composés carbamates, (acétylcholinestérase) organophosphorés Plus facile à doser et plus fiable que les analyses chimiques Induction de oxygénase Organochlorés, HAP Equivalents dioxines mesurés plus aisément qu’en utilisant l’analyse chimique Adduits de l’ADN Surtout HAP Plusieurs tests disponibles compliqués par l’existence mécanismes de réparation Enzymes sériques Polluants organiques perDosage de sistants, enzymatiques métaux toxiques mono- pour plusieurs remplacer mais de systèmes Biomarqueurs de contamination Pollution de l’environnement 300 A 40 240 30 180 20 120 10 60 0 0 Activité EROD (pmoles résorufine/min/mg protéines) 4000 Mars Mai Septembre Décembre B 3200 2400 1600 800 0 Mars Mai 1992 Sept. Déc. Mars Mai Sept. Déc. 1993 EROD : Diéthylethoxyrésorufineodééthylase. PCB : Polychlorobiphényles PCB (ng/g foie) % lipides dans le foie 50 Pollution de l’environnement Biomarqueurs de contamination Identification des biomarqueurs en fonction de la phase concernée de l'action d'un xénobiotique ◙ Au-delà de mettre en évidence la contamination des organismes par un polluant, les biomarqueurs contribuent à maintenir l'homéostasie des organismes. ◙ En fonction d'un accroissement de la dose interne ou de la durée d'exposition, on parle de: Biomarqueurs de compensation Biomarqueurs de non-compensation Pollution de l’environnement Biomarqueurs de contamination Schéma montrant l’évolution du rôle des biomarqueurs en fonction de l’intensité ou de la durée de l’exposition.
