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COURS : ECOTOXICOLOGIE L3 toxicologie 1 Pourquoi surveiller la qualité de l’env

COURS : ECOTOXICOLOGIE L3 toxicologie 1 Pourquoi surveiller la qualité de l’environnement ? Les perturbations de l’environnement remontent aux premières civilisations, à partir du XIX ieme siècle : accentuation du processus • Prise en compte de la gravité de polluer les écosystèmes Apparition des contaminations à grande échelle -Mercure, Cadmium, DDT, pétrole (1962-1979)…. • à partir de 1978 intensification des recherches consacrées aux problèmes de pollution des milieux naturels « Prise en compte de la gravité de polluer les écosystèmes n’est que très récente ». ECOTOXICOLOGIE Par définition, c’est une science pluridisciplinaire. Elle étudie au sein des écosystèmes les interactions entre les espèces et le milieu et fait appel à l’écologie. Elle étudie les effets des polluants sur les organismes vivants et fait appel à la toxicologie. Enfin, elle étudie les polluants et leur dispersion dans le milieu et fait appel à la chimie. Évaluation de la qualité des milieux Évaluation du risque Gestion environnement FB/ Domaine SNV : Biologie,Agronomie,Science Alimentaire,Ecologie FB/ Domaine SNV : Biologie,Agronomie,Science Alimentaire,Ecologie COURS : ECOTOXICOLOGIE L3 toxicologie 2 Spécificité de l’écotoxicologie Etude des effets directs (ou indirects) et différés des polluants toxiques sur les individus les populations et les biocénoses Champ et finalité de l’écotoxicologie • Etude des polluants directement ou indirectement toxiques, excluant d’importantes catégories dont les effets écologiques ne résultent pas de phénomène de toxicité (pollution par les gaz à effet de serre, pollution thermique des eaux). • Prévision des impacts potentiel de la pollution d’un écosystème donné ou d’une fraction de l’écosystème, individu, population communauté, par un produit chimique nouveau ou par un effluent complexe d’origine industrielle. Les outils de l’écotoxicologue Qu’est ce qu’un polluant ? • Selon Moriarty (1983), le terme polluant se rapporte aux substances présentes dans l’environnement, en partie à cause des activités humaines et qui ont des effets délétères sur les organismes vivants. • Selon Bang (1980), la pollution est essentiellement un jugement de valeur sur ce que chacun souhaite trouver dans l’environnement ; ce jugement étant ou non étayé par des donnés scientifiques et implique toujours un choix. Principaux polluants environnementaux • Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) • Les Polychlorobiphényle (PCB) • Les Dioxines FB/ Domaine SNV : Biologie,Agronomie,Science Alimentaire,Ecologie COURS : ECOTOXICOLOGIE L3 toxicologie 3 • Pesticides • Métaux lourds • Plastifiants • Surfactants non ioniques • Dérivés halogénés • Médicaments (PNSE) Le monitoring des polluants Définition du monitoring : action de recherche et/ou de contrôle dont l’objet est de suivre dans le temps les changements éventuels des principales caractéristiques environnementales, biologiques et écologiques propres à une zone ou à un type d’habitat déterminés Triple finalité du monitoring des polluants 1. Étudier les concentrations et la répartition des polluants dans l’environnement 2. Évaluer les effets de ces polluants, aux concentrations détectées, sur les populations et les écosystèmes exposés 3. Fixer le niveau maximum de rejet au site des sources d’émission des polluants pour s’assurer que les normes de qualité de l’environnement définies en (1) et (2) ne soient pas dépassées Comment surveiller la qualité de l’environnement ? Deux catégories d’indicateurs -Détection des polluants et quantifications dans les milieux physiques et biologiques : Chimie -Évaluation des effets des pollutions sur les organismes vivants a- Sur les individus b- Sur les populations et/ou les communautés L’approche chimique Détection et quantifications des polluants Utilisation de techniques analytiques donnant des informations sur la nature des molécules et leurs concentrations - précision - sensibilit - reproductibilité Bioamplification du DDD dans le réseau trophique de Clear Lake (USA) - Lac de Californie - Prolifération d’un moucheron (Chaoborus astictopus) - Pulvérisation régulière de DDD entre 1949 et 1957 C CH3 CH3 OH HO C9H19 OH Cl Cl Cl Cl O O FB/ Domaine SNV : Biologie,Agronomie,Science Alimentaire,Ecologie FB/ Domaine SNV : Biologie,Agronomie,Science Alimentaire,Ecologie COURS : ECOTOXICOLOGIE L3 toxicologie 4 - Accumulation de DDD dans la chaîne trophique lacustre depuis le phytoplancton jusqu’au grèbe Fc = 178 500 dans les graisses Bioamplification des PCB dans la chaîne trophique arctique Fc = 5 OOO OOO dans les graisses FB/ Domaine SNV : Biologie,Agronomie,Science Alimentaire,Ecologie COURS : ECOTOXICOLOGIE L3 toxicologie 5 Concentrations moyennes en PCB dans divers organes de morue Gadus morhua calculées sur la base du poids frais, du poids sec, des lipides extractibles et des graisses Bioaccumulation : Soŵŵe des absorptioŶs d’uŶ polluant par voie directe et alimentaire par les espèces animales aquatiques ou terrestres Bioconcentration : Accroissement direct de concentration d’un polluant lorsqu’il passe de l’eau dans un organisme aquatique, de l’air ou des sols dans les plantes terrestres par pénétration Trans foliaire et/ou Trans radiculaire et dans les animaux terrestres par inhalation. Bioamplification : Phénomène par lequel une substance naturelle ou un contaminant présent dans un biotope connaît un accroissement de sa concentration au fur et à mesure qu’il circule vers les maillons supérieurs d’un réseau trophique.  Facteur de concentration : rapport de la concentration d’un polluant dans un organisme à sa concentration dans le biotope. Fc = ]substance[organisme / ]substance[eau ou sol  Facteur de transfert : rapport de la concentration d’un polluant dans un organisme à sa concentration dans le biotope (>1 lors de bioamplification) FT = ]substance[organisme / ]substance[organisme niveau inférieur Pyramide des concentrations dans les réseaux trophiques COURS : ECOTOXICOLOGIE L3 toxicologie 6 Contaminations des réseaux trophiques marins par le cadmium Séquestration - élimination : Animaux :  Séquestration : tissus adipeux, dents, cheveux, ongles, cornes, etc..  Élimination : urines, fécès, transpiration, poumons, lait. Plantes : notion de « Green liver »  Séquestration : vacuoles, lignine,  Élimination : transpiration L’ȯȾȾɀȽȱȶȳ ȱȶȷȻȷȿɃȳ : Détection des polluants et quantifications Utilisation de techniques analytiques : HPLC, GC, MS, ELISA, etc… Avantages  Nombre réduit d’échantillons  Différentes matrices Inconvénients  Aucune technique ne peut doser tout les polluants à la fois.  Problème de seuil de détection.  Certains produits sont dégradés ou transformés : modification de la bio-disponibilité et de l’effet des molécules.  Ne tiens pas compte de l’interaction entre molécules. FB/ Domaine SNV : Biologie,Agronomie,Science Alimentaire,Ecologie FB/ Domaine SNV : Biologie,Agronomie,Science Alimentaire,Ecologie COURS : ECOTOXICOLOGIE L3 toxicologie 7 L’ȯȾȾɀȽȱȶȳ ȰȷȽȺȽȵȷȿɃȳ : Dès le début du XXe siècle, KOLKWITZ et MARSON (Int. Rev. Hydrobiol. 1909) : proposition d’utiliser les communautés aquatiques comme indicateurs de la qualité des eaux de rivières. Aujourd’hui, deux approches complémentaires, basées sur l’étude des organismes vivants :  Bioindicateurs et indicateurs biologiques.  Biomarqueurs. Bioindicateurs : Espèces ou groupes d’espèces qui par leur présence et/ou leur abondance, sont significatifs d’une ou de plusieurs propriétés de l’écosystème dont ils font partie :(Exemple IBD T. Debenest) Exemple : l'indice biologique global normalisé (IBGN) : • Domaines d’application :  Évaluation de la qualité générale d’un cours d’eau  détection de pollutions  Classification des cours d’eau  Principe : Étude de la macrofaune benthique : identification et quantification des espèces en fonction de leur sensibilité aux polluants. Indice biologique global normalisé : Avantages • Outil intégratif • Permet de déterminer la santé d’un milieu à l’échelle d’un ‘écosystème’ Inconvénients • Difficulté d’application à tous les milieux • Ne renseigne pas sur la nature des polluants • Influencé par des facteurs extrinsèques Indicateurs biologiques : • Espèces ou groupes d’espèces dont les propriétés biologiques (mode de vie, physiologie) sont utilisées pour déterminer les niveaux de contamination d’un biotope CȯɀȯȱɂéɀȷɁɂȷȿɃȳɁ Ȳ’Ƀȼ ȷȼȲȷȱȯɂȳɃɀ ȰȷȽȺȽȵȷȿɃȳ ȷȲéȯȺ : • Tous les individus de l’espèce bioindicatrice devraient présenter une corrélation identique et simple entre leur teneur en la substance polluante et la concentration moyenne de cette dernière dans le biotope ou l’alimentation, quelles que soient la localisation et les conditions environnementales • L’espèce devrait être capable d’accumuler le polluant sans être tuée ni même que sa reproduction en soit perturbée par les niveaux maximum de polluants observés dans l’environnement • L’espèce devrait être sédentaire afin d’être sûr que les concentrations trouvées soient bien en rapport avec la localisation géographique considérée • L’espèce devrait être abondante dans la région étudiée et si possible devrait avoir une distribution géographique étendue pour favoriser les comparaisons entre zones distinctes • Les espèces à forte longévité sont préférables car elles permettent un échantillonnage sur plusieurs classes d’âges si nécessaire. Elles permettent l’exposition à un contaminant pendant de longues périodes COURS : ECOTOXICOLOGIE L3 toxicologie 8 • L’espèce devrait être de taille suffisante pour fournir des tissus en quantité importante pour analyse, voire pour permettre des analyses dans des organes spécifiques • L’espèce devrait être facile à échantillonner et suffisamment résistante pour être amenée en laboratoire afin d’effectuer des études de décontamination Facteurs influençant la fiabilité des indicateurs biologiques : Facteurs intrinsèques (propres aux caractéristiques de l’espèce bioindicatrice et des individus qui la composent) et facteurs extrinsèques (environnementaux) 1. Les facteurs intrinsèques : • les taux d’accumulation et d’excrétion • l’état écophysiologique des individus • l’interférence entre polluants dans leurs effets toxicologiques sur l’espèce considérée 1.1. Les taux d’accumulation et d’excrétion Importance du rapport entre taux d’accumulation (Ta) et taux d’excrétion (Te) Si Ta >> Te : [polluant] organisme >> [polluant]biotope  indication des taux maxima atteints par le polluant dans le biotope Si Ta = uploads/Geographie/ cours-ecotoxicologie.pdf