effets biologiques d`une pollution chimique - loire
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Effets biologiques d’une pollution chimique en milieu estuarien AMIARD JC. Directeur de Recherche Honoraire au CNRS La triade de l’écotoxicologie Milieu physique (eau ou sédiment) EXPOSITION Organisme Radionucléides IMPREGNATION BARRIERES Physiques Dilution Chimiques Transformation Biologiques Membranes Risque potentiel EFFET NEFASTE La triade de l’écotoxicologie Milieu physique (eau ou sédiment) EXPOSITION Organisme Risque potentiel Radionucléides EFFET NEFASTE IMPREGNATION BARRIERES Physiques Dilution Chimiques Transformation Biologiques Membranes Stockage Excrétion Amplification de la toxicité (rare?) Détoxication - Insolubilisation - Métallothionéine Biotransformation - Phase I oxydation - Phase II conjugaison Une organisation du monde vivant en « poupées russes » De l’atome à l’organisme La hiérarchie écologique Plusieurs communautés forment un écosystème, plusieurs écosystème un paysage, plusieurs paysages un biome et l’ensemble des biomes l’écosphère. 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) 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 Les milieux biologiques Trois niveaux sont utilisés : - écosystémique (2) - organismal (3), - et sub-organismal (4). Cellule - tissu Pertinence toxicologique 4 - BIOMARQUEURS Indicateurs biochimiques Organisme 3 - BIOINDICATEURS Court terme Organismes tests Long terme Peuplement 2 - COMMUNAUTES Indicateurs biocénotiques Pertinence écologique Les milieux biologiques 2. Les indices biocénotiques Aucune application opérationnelle en milieu estuarien Nombre d’espèces très limité Les milieux biologiques 3. Les espèces bioaccumulatrices Exemple du RNO Zinc 0 1000 2000 3000 4000 5000 Plomb 6000 7000 0 2 4 6 8 Mercure 10 12 0 0.1 0.2 0.3 0.4 Cadmium 0.5 0 2 4 6 8 10 Seine huîtres moules huîtres moules huîtres huîtres moules moules Loire 23.05 40.95 74.94 Gironde 12.46 Méditerranée 24.91 Les milieux biologiques 4. Les biomarqueurs Les biomarqueurs MARQUEURS BIOCHIMIQUES PESTICIDES NEUROTOXICITE NEUROTOXICITE METABOLISME EXOGENE P450 CONTAMINANTS PCB METAUX STRESS OXYDANT METABOLISME ? ENDOGENE DEFENSES NON ENZYMATIQUES DEFENSES ENZYMATIQUES GENOTOXICITE HAP marqueurs moins spécifiques marqueurs plus spécifiques PROTEINES DE STRESS MARQUEURS HISTOLOGIQUES MARQUEURS IMMUNOLOGIQUES MARQUEURS PHYSIOLOGIQUES CROISSANCE METALLOTHIONEINES REPRODUCTION Changements biochimiques : - Pertinence écologique pauvre - Spécificité forte - Indices précoces et sensibles TOXICOLOGIE Biotransformation Réponse à long terme Réponse à Court terme ECOLOGIE Populations et communautés : - Pertinence écologique forte - Spécificité faible - Aucune valeur d’alerte Les limites d’utilisation des biomarqueurs Modèles de réponses biologiques aux variations des facteurs naturels et aux stress polluants (d’après Cairns & McCormick, 1992) A Réponse Stress Temps B Réponse Stress Temps Programme RINBIO : Transplantation de moules (Mytilus edulis var. galloprovincialis) en 22 sites de Méditerranée Occidentale. DIFFERENCES ENTRE LA SURVEILLANCE BASEE SUR LES METAUX ET CELLE BASEE SUR LA METALLOTHONEINE Métallothionéine Métallothionéine (mg.g-pf -1 Cd+Cu+Hg+Ni+Zn Cd+Cu+Hg+Ni+Zn ) -1 (matomg.g-pf 800 1 600 0.8 0.6 400 0.4 200 0.2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 0 Stations Banyuls Agde Balaguier ) 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. 4 bis - Les biomarqueurs écologiques Polluants spécifiques Hydromorphologie ) ) ) ) Biodisponibilité Mixture ) ) ) ) Physico-chimie ) ) Facteurs écologiques Milieu physique Conditions générales ) Organisme (salinité…) Biomarqueurs Défense ) Dommage ) Population Biomarqueurs à vocation écologique Effet direct (reproduction) Effet indirect (comportement, énergie, génotoxicité, immunotoxicité) Les biomarqueurs écologiques Métabolisme énergétique Hormones sexuelles Défense Métabolisme Croissance de base Neurotransmetteurs Hormones Comportement Alimentation Evitement (chimiques, prédateurs) Comportement sexuel Soins aux jeunes Reproduction Réponses génétiques (génotoxicité, résistance) Exemple des conséquences d’une perturbation comportementale Exposition Inhibiteur de l’AChE chlorpyrifos Comportement Hyperactivité Conséquences écologiques Plus visible pour les prédateurs Métal toxique cadmium Capacité natatoire ց Déplacement de la zone d’alimentation optimale « MORT ÉCOLOGIQUE » Rupture des essaims Favorise la prédation Exemple des conséquences d’une perturbation comportementale Perturbation du milieu Détection Évitement Pas d’exposition Exposition réduite Pas d’effets néfastes Effets subléthaux Survie à long terme Survie immédiate Pas d’évitement Exposition maximale Effets léthaux Réduction de la longévité Exemple des conséquences d’une perturbation comportementale Disponibilité des espèces proies Perturbations du comportement alimentaire Prise de nourriture Enzymes digestives Assimilation Réserves Coût de maintenance Croissance Structure Coût de la tolérance Reproduction Maturité Progéniture 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. Quelques livres sur le sujet CRC Press 2009 Lavoisier, Tec&Doc 2008 CRC Press 2012 Lavoisier, Tec&Doc 2011
