contrÔle continu des polluants dans le milieu...

SUIVI PERMANENT DES POLLUANTS DANS LE MILIEU AQUATIQUE

Claire BRAJOTSGE 2004-2005

6 Décembre 2004

Plan1. Introduction

2. Contamination des biotopes : les bioindicateurs

3. Détermination précise de la contamination : les biomarqueurs

4. La Directive Cadre Eau

5. Conclusion

1. Introduction

Plan

1. Introduction




5. Conclusions

Analyses chimiques : détermination de la concentration en polluants dans les différents biotopes (air, eau, sédiments…)

MAIS,

- analyse non exhaustive - manque d’estimation des risques biologiques - problème des composés fugaces, labiles : possibilités

de passer inaperçus- mesures périodiques

1. Introduction

L’approche biologique

Dès le début du XX° siècle, utilisation de communautés d’organismes pour l’indication de la qualité des cours d’eau

Aujourd’hui, 2 approches complémentaires :- les bioindicateurs- les biomarqueurs

Plan

1. Introduction




5. Conclusions

1. Introduction

Plan

1. Introduction




5. Conclusions

1. Introduction

Plan

1. Introduction




5. Conclusions

L’approche écotoxicologique :

Ecotoxicologie, du grec oikos (habitat) et toxicon (flèche)étude des effets et du devenir des polluants dans l’environnement de l’homme

• 3 catégories de données…- taux de libération des polluants dans le milieu- degré et variation de la contamination

environnementale- effets bioécologiques

• … et 2 types de démarches- détermination des niveaux de contamination des

biotopes (populations végétales / animales exposées)

- évaluation des effets écotoxicologiques résultant in situde la pollution analysée

1. Introduction

Plan

1. Introduction




5. Conclusions

= réponse globale de l’échantillon testé

- bioaccessibilité des polluants- effets des fractions accessibles aux organismes étudiés- intéraction potentielles entre les différents polluants

= SUIVI PERMANENT DE L’ENVIRONNMENT

Plan1. Introduction




5. Conclusion


2. 1. Définition

Bioindicateur = espèce ou groupe d’espèces renseignant par leur présence et/ou leur absence

• AVANTAGES

- idée de la disponibilité réelle des contaminants - intégration des taux de contaminants présents pendant

une période considéréemais problème d’interprétation de l’effet polluant sur

espèce

Plan

1. Introduction


2.1. Définition

2.2. Facteurs influençant leur fiabilité

2.3. Utilisation du critère présence-absence

2.4. Utilisation des indicateurs biologiques d’accumulation



5. Conclusions


Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions

• CARACTERISTIQUES DU BIOINDICATEUR IDEAL

- corrélation simpleteneur en substance polluante / concentration biotope

- possibilité d’accumulation du polluant sans mort ni diminution des capacités de reproduction

- espèce sédentaire localisation géographique précise

- espèce abondante et distribution biogéographique étendue

comparaison inter-sites


Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions

- espèce à longue longévitééchantillonnage sur plusieurs classes d’âgesexposition à de longues périodes (effet LT)

- taille suffisante pour fournir des tissus en quantitéimportante pour les analyses

- espèce facile à échantillonner, assez résistante pour être ramenée au laboratoire

liste contraignante ; peu d’espèces bioindicatrices répondent à tous les critères


Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions

2. 2. Facteurs influençant la fiabilité des bioindicateurs

• les facteurs intrinsèques- taux d’accumulation et d’excrétion- conditions physiologiques- âge et taille des individus- interactions physiotoxicologiques des polluants- niveau trophique

• les facteurs extrinsèques = température, précipitations, pH, salinité…


2. 3. Utilisation des critères présence-absencedétection rapide des changements (pour prévenir des

conséquences écologiques et économiques désastreuses)

détecter l’impact d’une pollution sur la taille, la répartition et la structure d’une population

= Les espèces ‘sentinelles’- espèces pollusensibles (hyperréaction toxique à de

très faibles concentrations de contaminants)= bioindicateurs négatifs

- espèces pollutolérantes (augmentation de population avec la concentration en polluant)

= bioindicateurs positifs

Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions


EAUX CONTINENTALES- bioindicateurs positifs

larves d’Eristalis

Chironomus thumni

Asellus aquaticus

Valvata piscinalis

Cypris

Pisidium

Bithynia tentaculataGammarus pulex

Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions Tubifex


Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions

- bioindicateurs négatifs

Sphaeridae

Asellus aquaticus

Lymnaea

Physa

Sangsue

Sialis lutariaLarve de Perle Larve de Phrygane

Ephemera danica


• Evaluation de la richesse spécifique

= étape préalable à toute étude de la structure de la biocœnose Exemple d’étude (Andrews, 1984) (estimation de la récupération des eaux de la Tamise après un plan d’épuration des eaux usées)

Mais, idée approximative de l’état d’une communauté(notion d’abondance relative et non du degré d’équitabilité)

Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions


• Les indices de diversitéPlan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions

4. Suivi des changements produits par les polluants

Plan

1. Introduction

2. Suivi des polluants dans le biotope

3. Contamination des organismes : problème des bioindicateurs

4. Suivi des changements produits par les polluants

4.1. Utilisation des critères présence-absence

4.2. Evaluation de la richesse spécifique

4.3 Les indices de diversité

5. Conclusion

NOMBRE TOTAL D'UNITES SYSTEMATIQUES DANS L'ECHANTILLON

161 2-5 6-10 11-15

et plus

VALEUR DE L'INDICE

1 - 7 8 9 10

1 5 6 7 8 9

1 - 6 7 8 9

1 5 5 6 7 8

2 - 5 6 7 8

2 3 4 5 6 7

3 4 5 6 7

2 3 4 5 - 2

1 2 3 - - 3

0 1 1 - - Hors classe

1B

1A

Qualitéde la

classeGroupe faunistique

Nbd'unitésystèmatique


Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions

Mais :- même poids aux espèces inclusion de 3 niveaux taxonomiques ( famille, genre, espèce)- indice de biodiversité non affecté si une espèce en remplace une autre ou si une espèce peu commune disparaît- variations de l’indice de diversité selon le degré de sensibilité aux polluants de chaque espèce

utilisable lors de pollutions sévères


2. 4. Utilisation des indicateurs biologiques d’accumulation

Rappels :• Bioconcentration : accroissement direct de la

concentration d’un polluant lorsqu’il passe de l’eau dans un organisme aquatique

• Bioamplification : augmentation à chaque niveau trophique de la chaîne alimentaire des concentrations substances chimiques concentrées dans les tissus (= bioaccumulation)

Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions


Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions

Les Macrophytes aquatiques- les AlguesEx : Lemanea sp. aptitude au développement dans des

eaux contaminées[Zn] = 1,16 mg/l(Harding et Whitton, 1981)

- les PhanérogamesTypha latifolia[Zn] = 1 400 mg/kg dans les racines [Zn] = 10 mg/kg de sédiments(Blacke et al., 1987)

Lemanea sp.

A. thalle de Lemanea annulataB. portion du thalle de L. fucina


- les Mousses aquatiques (milieu dulçaquacole)

Ex : bioconcentration du Zn et métaux toxiques

Fontinalis antipyreticaFontinalis squamosa

corrélation [Zn]eau et [Zn]tissus(Mouvet et al., 1986)

- les Lichens Bioindicateur de la présence

de Cu et Cd dans les rivièresfixation proportionnelle à la quantité en présence

(Chatenet et Botineau, 2001)

Fontinalis antipyretica

Fontinalis squamosa

Dermatocarpon luridum

Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions


Les Mollusques lamellibranchesCrassostraea virginica / gigas : - DDT (Fc = 70 000), - Cuivre (Fc = 5.105 – 106)teneur eau de mer < 5µg/l(Moore et Ramamoorthy, 1984)

Mytilus edulis / galloprovincialis :- PCB (Fc = 690 000) teneur en PCB de l’eau de mer de Marseille

1.6 ppb(Rosebourgh et coll., 1976)

- Métaux lourds (Cd, Cu, Mn, Zn)Campagne de contrôle de qualité des eaux

littorales(Abdelghani et al., 2001)

Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions


Autres Invertébrés aquatiques

Annélides Hirudinésécosystèmes limniques

(Metcalfe et al., 1986)

bioindicateurs recommandés pour la détection de la pollution des eaux par les composés organiques de synthèse

2,6 DCP 2,4,6 TCP

Annélides (Dina dubia, Glossiphonia complanata, Helobdella stagnalis)

5.35 ppm 13.6 ppm

Ecrevisses 290 ppb 10 ppb

Poissons 258 ppb < 120 ppb

Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions

Glossiphonia complanata

Hellobdella stagnalis


les Poissons

- Fc > 105-106 pour les espèces situées en haut de la pyramide écologique

- Fc = f(concentration du polluant dans l’eau, durée d’exposition, température)

+ variation de Fc selon les espèces

conditions identiques pour les comparaisons

- substance de référence = p,p’-DDEcomparaisons significatives entre composés organiques xénobiotiques

(Veith et coll., 1979)

Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions


- pollution par les métaux lourds et autres éléments toxiques

Salmo gairdneri (truite arc-en-ciel) : corrélation entre la concentration corporelle, la teneur ambiante et la durée d’exposition au Cu

(Dixon et Sprague, 1981)

Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions


Brochet : corrélation entre la teneur corporelle en Hg et celle des sédiments

bioconcentration maximale dans les eaux à BPI faible (Hakanson, 1980)

Problème de l’acidification des eaux conduisant àune plus forte teneur en Hg

Chaulage des eaux naturelles (Suède)

Plan

1. Introduction


2.1. Définition






5. Conclusions

Plan1. Introduction




5. Conclusion

3. La détermination précise de la contamination : les biomarqueurs

3.1. Définitions

Biomarqueurs = changement observable et/ou mesurable au niveau moléculaire, biochimique, cellulaire, physiologique ou comportemental, qui révèle l’exposition présente ou passée d’un individu àau moins une substance chimique à caractère polluant (Lagadic et al., 1997).

Plan

1. Introduction



3.1. Définitions

3.2. Les différents types de biomarqueurs

3.3. Exemple de contamination par les pesticides organophosphorés


5. Conclusions


• AVANTAGES

- évaluation de l’état de santé des bioindicateurs- estimation des chances de reproduction- image dynamique des variations des quantités de

polluants biodisponibles- exposition à des composés à métabolisation rapide

Evaluation intégrée dans le temps et l’espace des polluants biodisponibles

Plan

1. Introduction



3.1. Définitions




5. Conclusions


Plan

1. Introduction



3.1. Définitions




5. Conclusions

• INCONVENIANTS

Interférence avec d’autres facteurs de l’environnement :

- caractéristiques physico-chimiques du milieu- particularités génétiques des espèces- relations inter-individuelles et/ou inter-spécifiques- interactions entre polluants

Problème de choix de sites naturels de référence bien caractérisés (physico-chimie et biologie)

Références relatives (sites de niveaux de contamination différents, organismes en conditions contrôlées)



Polluant Biomarqueur Information1

Métallothionéines et autres métalloprotéine ++

Intégrité de I’ADN +Réponse immunitaire +Atteintes cytologiques ++

Induction des monooxygénases à cyt. P450 ++

Intégrité de l’ADN +Adduits à l’ADN et à l’hémoglobine +++

Réponse immunitaire +Induction des monooxygénases à cyt.

P450 ++

Taux d’hormones stéroïdes +Adduits à l’ADN et à l’hémoglobine +

Intégrité de l’ADN +Réponse immunitaire +

Intégrité de l’ADNInhibition de l’AChE2 +++

Inhibition des neuroestérasses (neuropathies) +++

Réponse immunitaire +Protéines de stress +

Enzymes du stress oxydant +Nucléotides adényliqnes +

Glycogène et autres polysaccharides ++Atteintes cytologiques ++

Organophosphorés

Polluants divers

Biomarqueurs dont les caractéristiques et les réponses à différences classes de polluants

Métaux

HAP

HAP (chlorés)

+ signal d'une perturbation++ présence d'un polluant

de cette classe+++ risque d'effets à long terme

Source : Biomarqueurs en écotoxicologie,Aspects Fondamentaux p3

Plan

1. Introduction



3.1. Définitions




5. Conclusions


• Biomarqueurs d’expositionmise en évidence d’une exposition actuelle ou passée

ex : adduits d’ADN (biomarqueurs d’exposition à des cellules cancérigènes ou génotoxiques)

(Timbrell et al., 1994)

• Biomarqueurs d’effetévaluer les effets des xénobiotiques sur les individus, les

populations ou les écosystèmes.Ex : Protéines de stress

• Biomarqueurs de sensibilitétraduire les variations de la sensibilitéEx : modifications géniques des insectes (résistance aux

insecticides)

Plan

1. Introduction



3.1. Définitions




5. Conclusions


Plan

1. Introduction



3.1. Définitions




5. Conclusions


Pesticides de type organophosphorés et carbamates(insecticides)

inhibition de l’activité de l’acétylcholinestérase (AChE)

Dosage de l’AChE dans les ganglions nerveux de Mya arenaria

DTNBThiocholine Thionitrobenzoate+

(CH3)3NCH2CH2SCOCH3Acétylcholine

(CH3)3NCH2CH2SHThiocholine

CH3COOHAcide acétique

H2O+ +AChE

Technique d’analyse biochimique de Ellman (1961)

Microplaque de dosage par spectrophotomètre


Plan

1. Introduction



3.1. Définitions




5. Conclusions Principaux sites d’action des insecticides actuellement (d’après Amichot et al., 1998)


Acétylcholinestérase = hydrolyse des esters de l’acétylcholine (médiateur chimique assurant la transmission de l’influx nerveux au niveau des synapses des jonctions neuromusculaires et interneuronales)

Plan

1. Introduction



3.1. Définitions




5. Conclusions


Activité de l’acétylcholinestérase du muscle de Mytilus edulisprélevées. (D’après Bocquené et al., 1993)

Plan

1. Introduction



3.1. Définitions




5. Conclusions


Plan

1. Introduction



3.1. Définitions




5. Conclusions

Biomarqueurs = outils de détection pertinents des pollutions dans l’environnement

Utilisation de différents biomarqueurs :- organisation biologique de l’organisme- confirmation par d’autres organismes

Plan1. Introduction




5. Conclusion


Plan

1. Introduction




5. Conclusions

• Directive 2000/60/CE du 23 oct. 2000= cadre pour une politique communautaire dans le

domaine de l'eau établir un cadre pour la gestion et la protection des eaux par district hydrographique rôle stratégique et fondateur pour la préservation et la restauration de l'état des eaux superficielles et souterraines

• Calendrier des échéances- décembre 2004 : l'analyse des caractéristiques des

districts hydrographiques (art. 5)Établissement du registre des zones protégées (art. 6)- 2009 : publication du 1° plan de gestion- 2015 : publication du 2° plan de gestion- 2027 : dernière échéance pour la réalisation des

objectifs environnementaux


Plan

1. Introduction




5. Conclusions

• Les grands axes- Caractéristiques du district hydrographique, étude des

incidences de l'activité humaine sur l'environnement et analyse économique de l'utilisation de l'eau (art. 5)

- Registre des zones protégées (art. 6)

- Surveillance de l'état des eaux de surface, des eaux souterraines et des zones protégées (art. 8)

- Plans de gestion de district hydrographique (art. 13)

- Stratégies de lutte contre la pollution de l'eau (art .16)

- Stratégies visant à prévenir et contrôler la pollution des eaux souterraines (art. 17)

Plan1. Introduction




5. Conclusion

5. Conclusion

Plan

1. Introduction




5. Conclusions

relation concentration – réponse écotoxicologique

Seuil de contamination au-dessus duquel il n’y aura pas d’effet nocif

normes de protection de l’environnement

1. concentrations maximales tolérables par les espèces les plus sensibles et les espèces clefs de l’écosystème

2. concentrations maximales admissibles dans le biotope

3. niveau maximum de rejet au site des sources d’émission du polluant donné

5. Conclusion

Plan

1. Introduction




5. Conclusions

Meilleure gestion de l’environnement marin• Connaissance des cycles biogéochimiques (échanges et

transformations)• Études des conditions et paramètres déterminant les

ruptures d’équilibre des écosystèmes

Mission de surveillance des zones littoralesRéseau National d’Observation du Milieu Marin

5. Conclusion

Plan

1. Introduction




5. Conclusions

Programmes de recherche• Recherche en écotoxicologie des sols et des déchets,

ADEME• Programme national d’écotoxicologie PNETOX, MATE• Programme de la Direction de l’eau du MATE et des

Agences de l’eau

Des questions ?

Bibliographie

• Précis d’écotoxicologie, F. Ramade, Masson, 1992• Utilisation des lichens dans la mise en évidence des éléments traces présents dans

les cours d’eau, Chatenet et Botineau, 2001• Quality of Moroccan Atlantiuc coastal waters : water monitoring and mussel watching,

Abdelghani et al., 2001• DIRECTIVE 2000/60/CE DU PARLEMENT EUROPÉEN ET DU CONSEIL

ÉTABLISSANT UN CADRE POUR UNE POLITIQUE COMMUNAUTAIRE DANS LE DOMAINE DE L'EAU

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