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Écotoxicologie
Écotoxicologie




Les daphnies (Daphnia magna) constituent
un très bon matériel en écotoxicologie.
L’écotoxicologie est l’étude des effets des polluants toxiques dans les écosystèmes.


Naturellement tous les toxiques, qu’ils aient été volontairement introduits ou bien que leur présence soit le résultat d’une pollution accidentelle, aigue ou chronique, ont des effets négatifs sur des populations sensibles.

Le plus souvent, ces effets se traduisent, sur les individus, par une surmortalité ou des modifications comportementales qui modifieront leurs capacités à s’alimenter, à se reproduire, etc. ce qui revient, au final, à une diminution sensible des effectifs dans cette population.

Mais dès que l’on modifie la variable d’abondance d’une population, c’est tout le peuplement qui s’en trouve affecté. Des populations vont souffrir de ce manque, d’autres, au contraire, trouveront là des chances de se développer.

Dans la réalité, le raisonnement précédent, qui présuppose qu’une seule population dans un peuplement soit sensible au toxique, se complique puisqu’il est bien rare qu’un toxique ait une telle spécificité. Le plus souvent, les toxiques agissent, à des degrés divers, sur toutes les populations et bien souvent avec des effets différés ou peu prévisibles.

Deux facteurs aggravent particulièrement le diagnostic écotoxicologique : le premier, c’est quand un polluant n’est pas biodégradable ; le second, c’est quand ce polluant n’est pas métabolisable ; il arrive souvent qu’un polluant ne soit ni biodégradable, ni métabolisable. La persistance d'un composé, stable chimiquement, non dégradable peut être considérable. On connaît divers produits dont on sait qu'ils pollueront des écosystèmes pendant des dizaines et même des centaines d'années (organochlorés, par exemple).

Si le polluant n’est pas biodégradable, c’est le cas de beaucoup de molécules de synthèse (pesticides, solvants, détergents, huiles de synthèse et quelques autres parmi les 2850 molécules classées TCMT : toxiques, cancérigènes, mutagènes ou tératogènes et utilisées en fabrication dans l’industrie), ce polluant va s’accumuler dans l’environnement (sols, eaux douces, océans) faute de pouvoir être recyclé par des bactéries ou des champignons.

Si le polluant n’est pas métabolisable, s’il est ingéré et absorbé, il va s’accumuler, selon son degré de solubilité dans les graisses ou dans l’eau, dans les différents tissus de son consommateur (foie, os, graisses, muscles, etc.). Dès lors, et pour différentes raisons, le toxique accumulé peut être relargué dans l’organisme et, parce que la dose relarguée dépassera la limite acceptable (?) pour cet organisme, provoquer ou sa mort ou différents troubles graves.

De plus, l’organisme pollué peut être consommé tout au long d’une chaîne alimentaire et dans chaque organisme consommateur, non seulement le polluant continuera de s’accumuler, mais il le fera en quantité de plus en plus importantes, selon le rang du consommateur. C’est ce que l’on appelle le phénomène de bioaccumulation. L’exemple de la bioaccumulation du mercure tout au long de la chaîne alimentaire jusqu’au thon et l’homme, dans la baie de Minamata au Japon, est tristement célèbre.

Parmi les polluants non métabolisables, en plus de certains mentionnés pour les non biodégradables, il faut citer les métaux lourds, les radionucléides, divers dérivés du soufre ou de l’azote, etc.

De la même façon qu’en écologie on se sert volontiers d’espèces caractéristiques dont le suivi des populations renseigne plus largement sur la santé de l’écosystème dont elles font partie et qu’on nomme espèces bio-indicatrices, en écotoxicologie, on utilise des espèces bio-indicatrices de sensibilité à un toxique ou bio-indicatrices d’accumulation d’un polluant.

L’utilisation de ces espèces permet de simplifier sensiblement les études prévisionnelles sur les effets que pourrait avoir tel ou tel toxique sur un écosystème, surtout par l’utilisation de modèles* sans lesquels des études plus exhaustives seraient très difficiles. Sans doute, la manipulation des modèles n’est-elle qu’un pis-aller, mais les modèles ont au moins le mérite de permettre des réponses en des temps relativement plus courts que ceux qui seraient nécessaires avec des études plus complètes. Et quand on mesure à quelle vitesse on produit de nouvelles molécules, qu’on les met sur le marché sans grande précaution, voire au terme d’études de complaisance concluant à leur autorisation d’emploi, ces modèles restent, en l’état, un bien modeste moyen de contrer le poids des lobbies de certaines industries.

[* Encore faut-il que les modèles utilisés soient fiables et pertinents. Ainsi, on peut s'étonner que pour accréditer de l'innocuité d'un maïs OGM BT (comme Bacille de Thuringe), les essais furent menés sur des crustacés (daphnies) dont tout le monde sait bien que leur physiologie nutritionnelle les met à l'abri des effets du Bacille de Thuringe. Rien d'étonnant donc que, quelques années plus tard après la mise sur le marché de ce maïs, l'on constate que les insectes aquatiques proches des champs où on l'a semé, aient beaucoup souffert du bt ! Voir : http://terresacree.org/maisbt.htm]




Méthodes et concepts en écotoxicologie.

Introduction.

L'écotoxicologie est la science qui étudie les effets des polluants chimiques toxiques sur le fonctionnement des écosystèmes. Il arrive que certains polluants chimiques ne soient pas toxiques, même s'ils ont des effets notables sur les écosystèmes. L'étude de leurs effets n'entre pas dans le champ de la discipline écotoxicologique. Il arrive aussi que des polluants chimiques non toxiques au départ donnent naissance à des produits de dégradation qui le sont ou induisent des modifications du milieu propres à générer le relargage de toxiques. Dans ce cas, l'étude de ces substances et de leurs effets rentre dans le champ de la discipline écotoxicologique. Dans la réalité, la frontière entre ce qui revient ou non à l'écotoxicologie est ténue. Ainsi, on présente souvent les effets des phosphates et des nitrates sur la dystrophisation des eaux comme ne relevant pas de l'écotoxicologie, pourtant le relargage de substances réduites et hautement toxiques dans les milieux asphyxiques et réducteurs qui résultent de ce mécanisme, semble pourtant bien procéder de l'écotoxicologie.

L'écotoxicité.

Généralement, on considère que la toxicité intéresse les niveaux inférieurs d'organisation : les molécules, les cellules, les tissus, les organes et les individus. Généralement, on considère que l'on parlera d'écotoxicité pour les niveaux supérieurs d'organisation : les populations et les peuplements. Mais, parce que des perturbations majeures des organisations supérieures des écosystèmes peuvent avoir des conséquences notables sur les milieux physicochimiques (biotopes) qui les abritent, ceux-ci peuvent faire l'objet d'études écotoxicologiques (pollution des sédiments du Rhône par des pyralènes, érosion consécutive à une dévégétalisation due à des pluies acides, etc.Dans les faits, la toxicologie s'intéresse le plus souvent à tous les niveaux d'organisation tant il est évident que l'action d'un toxique sur une population va dépendre de son action sur les individus et que celle-ci va dépendre de son action au niveau de la cellule et de ses molécules constitutives.

Les polluants toxiques.

Certaines émissions naturelles sont toxiques : gaz des volcans, minéraux dans les sols et les eaux, métabolismes secondaires, gaz et produits de fermentations, hydrocarbures, etc. Mais dans la majorité des cas, les polluants toxiques ont une origine anthropique.Vouloir établir une liste exhaustive des différents polluants écotoxiques serait tout à fait vain puisque " Tout est poison, rien n'est sans poison. Seule la dose fait qu'une chose n'est pas un poison. " (Paracelse). Toutefois, on conviendra que les sources de pollution les plus importantes sont attachées à la production d'énergie (nucléaire, pétrole, gaz, charbon), aux activités industrielles (chimie, métallurgie, électronique, automobile et aéronautique, pharmacie, agroalimentaire, papeterie, etc.) et aux activités du secteur agricole (engrais, pesticides, herbicides, OGM, biogaz, etc.).

L'évaluation des risques des substances chimiques.

Ce paragraphe renvoie esentiellement à des outils qu'il serait trop long d'exposer dans ce cadre et dont on pourra prendre connaissance en suivant les liens proposés. Certains liens font référence à des textes ou à des réglements antérieurs à REACH. Ils ne sont peut-être pas d'actualité au plan réglementaire, mais restent souvent extrêmement intéressants sur le plan technique d'autant que certains de ces textes n'ont pas encore été réactualisés.

Banque de données sur les propriétés des substances prioritaires
http://www.ineris.fr/index.php?module=doc&action=getFile&id=2337

Action nationale de recherche et de réduction des rejets de substances dangereuses dans l’eau par les installations classées
http://www.paris-iledefrance.cci.fr/pdf/vie_entreprise/environnement/presineris.pdf

Gestion des risques liés aux produits chimiques
http://www.oecd.org/about/0,3347,fr_2649_34375_1_1_1_1_1,00.html

Reach (Registration, Evaluation, Authorisation of CHemicals) est le règlement applicable aujourd'hui pour l'évaluation des substances chimiques. On pourra consulter la page qui est consacrée à ce sujet. Voir aussi : http://www.reach-compliance.eu/french/legislation/reach-legislation.html

PNEC ou Predicted No Effect Concentration définit la concentration d'une substance chimique sans effet sur l'environnement. Voir aussi :

AGRITOX - Base de données sur les substances actives phytopharmaceutiques
http://www.dive.afssa.fr/agritox/guides/guide-agritox.html

Règlement (CE) n° 1488/94 de la Commission, du 28 juin 1994, établissant les principes d'évaluation des risques pour l'homme et pour l'environnement présentés par les substances existantes conformément au règlement (CEE) n° 793/93 du Conseil (Texte présentant de l'intérêt pour l'EEE)
http://eur-lex.europa.eu/smartapi/cgi/sga_doc?smartapi!celexplus!prod!CELEXnumdoc&numdoc=31994R1488&lg=fr

Ce texte est remplacé par le RÈGLEMENT (CE) N° 1907/2006 DU PARLEMENT EUROPÉEN ET DU CONSEIL du 18 décembre 2006… qui fait plus de 850 pages ! C'est la raison pour laquelle le texte du règlement 1488/94 reste intéressant à consulter dans un premier temps.

Voir encore : Évaluation du risque chimique dans l'environnement marin : exemple d'application aux installations industrielles du Nord-Cotentin.
http://www.hydroecologie.org/index.php?option=article&access=standard&Itemid=129&url=/articles/hydro/pdf/2006/01/ha1405.pdf

Concentration sans effet sur la santé humaine ou Dose journalière admissible (DJA). Voir Agritox : http://www.dive.afssa.fr/agritox/index.php

PEC ou Predicted Environmental Concentration et Dose Journalière d'Exposition (DEJ).Voir Indice de risque : http://www.cours.polymtl.ca/gch2210/outil-risque.ppt

La répartition des substances toxiques dans l'environnement.

Le comportement des substances chimiques dans l'environnement dépend très largement de la nature et des propriétés de la molécule chimique. On considère, généralement, qu'une molécule peut être sous forme dissoute, sous forme particulaire ou bien sous forme de micelle colloïdale. Ces différentes formes vont présider également à leur distribution dans les eaux ou dans les sédiments.

Mais les propriétés intrinsèques des molécules vont aussi jouer un rôle déterminant dans leur répartition. Ces propriétés sont la solubilité dans l'eau ou les graisses, la volatilité, la capacité d'adsorption, etc.

Voir Agritox : http://www.dive.afssa.fr/agritox/guides/guide-agritox.html

D'une manière simplifiée, les substances dans un compartiment aérien ou liquidien subiront une dilution dispersion qui pourra conduire à une volatilisation, une sédimentation avec ou non adsorption sur des colloïdes ou une redéposition, une remise en suspension et des dégradations (métabolisation, hydrolyse, photolyse, oxydation, etc.). En outre, les substances non métabolisables peuvent être concentrées dans des organismes par bioaccumulation (bioconcentration et biomagnification).

Certaines substances chimiques ne sont pas dégradables. On parle de substances persistantes. D'une manière générale, les substances liposolubles et peu volatiles (pression de vapeur inférieure à 1.5 kPa) sont plutôt persistantes.

La mobilité des substances chimiques dans l'environnement dépend largement de la solubilité laquelle dépend aussi de multiples facteurs comme la constante de Henry qui définit le rapport entre la volatilité et la solubilité d'une substance dans l'eau ou dans une solution du sol, la qualité de la solution du sol et du substrat minéral d'un sédiment ou d'un sol (présence d'argile et d'humus) qui vont agir sur les molécules polaires ou la mobilité des métaux et des métalloïdes, etc.

Voir aussi : Banque de données sur les propriétés des substances prioritaires
http://www.ineris.fr/index.php?module=doc&action=getFile&id=2337

La distribution des substances toxiques dans les organismes.

Le plus souvent les substances toxiques sont à l'état de traces dans l'environnement, parfois même parfaitement indécelables. Pourtant il est indéniable que des individus, des populations et des peuplements sont intoxiqués par ces substances. Cela vient du fait que les substances chimiques toxiques vont parcourir les chaînes et les réseaux alimentaires qui caractérisent les écosystèmes et se concentrer au fur et à mesure de leur passage d'un organisme dans un autre.

La bioaccumulation que l'on peut noter dans une chaîne alimentaire va dépendre de plusieurs facteurs parmi lesquels le fait qu'une substance absorbée est ou non métabolisable (substances endobiotiques et xénobiotiques) et le fait qu'une substance est hydrosoluble ou liposoluble.

Lorsqu'une substance est partiellement ou totalement non métabolisable, elle pourra être plus facilement détoxiquée si elle est hydrosoluble (excrétion rénale, pulmonaire ou épidermique). Mais si la substance est liposoluble, elle ne pourra être détoxiquée que si la molécule est partiellement ou totalement rendue hydrosoluble, ce qui naturellement dépendra des possibilités de métabolisation. La part liposoluble qui n'est pas métabolisable ne peut pas être excrétée et va donc s'accumuler, principalement dans les tissus gras des organismes (hypoderme, glande mammaire, etc.), mais aussi au niveau de certains organes affectés à cette détoxication (foie, rate, etc.).

On imagine souvent que l'absorption d'une substance toxique se fait principalement par l'alimentation. S'il est vrai que l'alimentation joue un rôle important dans les mécanismes de bioaccumulation, d'autres mécanismes d'absorption sont aussi très importants.

Ainsi, les substances à l'état de trace dans les milieux aquatiques pénètrent largement dans les organismes dulçaquicoles ou marins à la faveur, par exemple, d'une diffusion passive au travers des membranes des cellules des branchies, du tube digestif ou de l'épiderme. On notera que les animaux marins et les animaux dulçaquicoles ne sont pas pareillement lotis vis-à-vis de ce problème de diffusion. Les animaux dulçaquicoles sont plus concentrés que le milieu dans lequel ils nagent. L'eau douce pénètre donc facilement au travers les membranes de l'organisme lequel est donc obligé d'excréter beaucoup. Les poissons d'eau douce, par exemple, urinent beaucoup et avalent assez peu d'eau. C'est le contraire chez les organismes marins qui, en milieu salé, auraient tendance à se déshydrater, ce qui les oblige à boire beaucoup et à uriner très peu.

Un autre point important pour expliquer pourquoi les organismes planctoniques concentrent primitivement les substances toxiques à l'état de trace tient au rapport qui existe entre le volume de la cellule de l'organisme et sa surface. Chez ces organismes extrêmement petits, la surface d'absorption est considérable par rapport au volume de la cellule où se produisent les métabolismes, y compris ceux qui sont attachés à l'excrétion. La probabilité que les substances soient plus vite absorbées qu'excrétées est donc importante. De plus, la probabilité que l'organisme planctonique serve de nourriture à un organisme prédateur avant qu'il ait eu le temps de se détoxiquer est également importante.

Quel est le cheminement d'un toxique dans l'organisme ?
http://www.reptox.csst.qc.ca/Documents/PlusEncore/Notions/HTM/Notions04.htm

La toxicogénomique,
http://www.experimentation-animale.org/ressources/rapports/reach/rapport_reach.pdf

Transformation des substances toxiques.

Les substances toxiques peuvent être transformées ou détruites dans l’environnement dans lequel elles ont été déversées. Ces transformations destructions résultent de diverses actions : oxydation, hydrolyse, photolyse, biodégradation, décomposition, etc.

Un aspect important de la destruction des substances chimiques toxiques concerne la biodégradabilité. La biodégradation est largement assurée, au final, par des bactéries qui peuvent être aérobies ou anaérobies. La biodégradation aérobie est complète quand les produits finaux sont le gaz carbonique et l’eau. La biodégradation anaérobie est complète quand les produits finaux sont le méthane, le gaz carbonique et l’eau. Sinon, la biodégradation est incomplète.

Un des dangers d’une biodégradation incomplète d’une substance toxique est l’apparition de métabolites secondaires de plus grande toxicité que le produit initial (glyphosate). Mais ce danger, en réalité, existe tout au long du processus de biodégradation puisque avant d’arriver à la biodégradation complète, plusieurs étapes de biodégradations primaires vont avoir lieu, produisant des métabolites intermédiaires dont la toxicité peut être importante.

Les impacts des substances chimiques polluantes et toxiques.

Toute substance chimique déversée dans le milieu naturel est potentiellement dangereuse, soit immédiatement si sa toxicité se manifeste de façon aiguë, soit de façon différée si la toxicité résulte de mécanismes de bioaccumulation ou de biomagnification. En outre, une molécule très peu toxique peut avoir de graves conséquences si elle est déversée en grande quantité alors qu’une molécule très toxique peut avoir des conséquences très limitées si elle est déversée en très faible quantité.

Dans le domaine de l’écotoxicologie, ce n’est pas la mort d’un certain nombre d’individus qui est le paramètre le plus important, c’est la conséquence sur la population ou le peuplement de la mort ou de l’inhibition de ces individus. ¨Parmi ces conséquences, ce sont celles qui touchent à la reproduction qui ont le plus gros impact sur les écosystèmes. En deuxième importance, on notera les conséquences sur l’abondance / richesse et sur la diversité.

Ce qui gêne le plus en écotoxicologie, c’est la propension qu’ont les experts à considérer seulement les effets notables sur une durée relativement courte. À l’évidence, bon nombre de substances n’ont aucun effet écotoxicologique notable dans ces conditions. C’est souvent faire peu de cas des effets différés et des effets à long terme. Aujourd’hui, on est bien obligé de regarder certaines pollutions et certaines intoxications, longtemps largement considérées comme insignifiantes, comme très interpellantes en matière de cancers d’origine environnementale (cancers du sein, de la prostate, du pancréas, de la thyroïde, etc.).

Cela écrit, il est probable que l’on soit bien obligé de se fixer des seuils et des limites pour tirer des conclusions, même si cela n'est pas totalement satisfaisant. La notion de seuil inférieur n'est jamais intellectuellement acceptable. Malheureusement, et sauf à interdire quelque substance que ce soit, c'est un critère dont il faut se contenter le plus souvent.

Sigmoïde dose - réponse
Ainsi, on s'appuie sur des courbes comme celle qui est présentée ci-contre. C'est une courbe sigmoïde classique de réponse des organismes exposés à des doses de toxiques croissantes. Jusqu'à CE 10, on observe généralement pas d'effet notable de la concentration (NOEC). Au-delà, on note des effets. Ainsi pour une CE 50 ou CL 50 (concentration létale pour 50 % des organismes), la moitié des organismes meurent ou sont gravement inhibés.


Diverses méthodes normalisées sont utilisées pour mesurer la relation dose - concentration ou l'écotoxicité d'une substance sur des organismes. C'est surtout dans les hydrosystèmes que ces méthodes ont été développées.

C'est ainsi qu'il existe une méthode de mesure de l'écotoxicité sur les algues (Scenedesmus ou Selenastrum). Cette méthode est normalisée (Iso 8692)

Il existe également une méthode pour mesurer l'immobilisation des daphnies en 48 h (Iso 6341).

Il existe aussi une méthode pour mesurer la mortalité sur les poissons (Iso 7346)

Enfin, il existe des tests d'écotoxicité sur des bactéries (Iso 10172, Iso 8192 et Iso 11348)

Voir aussi : Norme de qualité de l'eau
http://www.emploi-environnement.com/ae/dictionnaire_environnement/dico_env.php4?mode=alpha&terme=Tm9ybWUgZGUgcXVhbGl06SBkZSBsJ2VhdSAtIE1pY3JvYmlvbG9naWU%3D

Voir aussi normes OCDE 201, 202, 203.

Évaluation des effets.

Pour résumer, les essais d'écotoxicité ne seront jamais que des approches très imparfaites de ce qui risque de se passer en vraie grandeur dans les écosystèmes. Le problème demeure que l'on ne saura jamais reproduire le fonctionnement d'un écosystème dans un laboratoire. L'écotoxicologie peut soit travailler sur des catastrophes écologiques existantes, soit travailer sur des modèles nécessairement très imparfaits.

Une des approches minimales des écotoxicologues est au moins de déterminer pour quelle concentration une substance ne présente pas d'effets sur l'environnement (PNEC). Cette concentration est généralement évaluée au terme de nombreux essais. On considère que plus les essais sont nombreux, variés et pratiqués sur un nombre élevé d'espèces, plus le degré d'incertitude pour la détermination du PNEC est faible.

Le plus gros problème qui découle de cette politique de précaution, c'est que les essais durent très longtemps et coûtent très chers. Généralement, les lobbies des industries chimiques ne sont guère patients et usent de tout leur poids pour réduire ces durées d'essai. Ces lobbies savent parfaitement argumenter du coût des essais pour les minimiser.




Toxicologie :
http://www.juturna.org/biblio/Ecotoxicologie/TOXON%20-%20Ademe.pdf

Écotoxicité :
http://www.ac-nancy-metz.fr/enseign/physique/Bidon/ECOTOX/present-ecotox.HTM

Écotoxicologie :
http://www.ecotoxique.com/index.html

Liens en écotoxicologie :
http://www.ecotoxique.com/lienecotox.htm
http://hse.iut.u-bordeaux1.fr/lesbats/duamiens/Portail/bdecotox.htm

Sécurité des Substances Chimiques / En particulier fiches produits :
http://www.cdc.gov/niosh/ipcs/french.html

On pourra consulter les études :

EAUX DE TOITURES ET EAUX DE VOIRIE par Patrick MOUYON /
http://www.u-picardie.fr/~beaucham/duee/mouyon/mouyon.htm

LE PLOMB DANS L'EAU par Stéphanie DESNOUS /
http://www.u-picardie.fr/~beaucham/duee/desnous/desnous.htm

Les micro-polluants métalliques et les sols amendés par des boues résiduaires urbaines par Patrick PERRONO /
http://www.u-picardie.fr/~beaucham/duee/perrono/perrono.htm

L'APPORT DES APPROCHES ÉCOTOXICOLOGIQUES À LA PROBLÉMATIQUE DE GESTION DES COURS D'EAU :
http://www.eaurmc.fr/lyon-fleuves-2001/page_html/p_ta410.html

Antifouling / Tributylétains / Autorisation de dragages du port de la DCN à Lorient :
http://ile-de-groix.info/article.php3?id_article=3443

Écotoxicologie :
http://www.ifremer.fr/envlit/documentation/posters.htm#2

Rôle des activités lombriciennes sur la redistribution des éléments traces métalliques issus de boue de station d'épuration dans un sol agricole.:
http://tel.ccsd.cnrs.fr/documents/archives0/00/00/74/33/index_fr.html

La question des effets des médicaments présents dans l’environnement reste ouverte
http://www.actu-environnement.com/ae/news/pollution_medicaments_eau_4286.php4

Guide d’échantillonnage de plantes potagères dans le cadre de diagnostics environnementaux (2007)
http://www.sites-pollues.ecologie.gouv.fr/Documents/Diagnostic/Guide_Echantillonnage_Veg_V0.pdf

Thèse : Compréhension et modélisation des relations entre les caractéristiques biologiques et écologiques et la sensibilité aux contaminants des communautés d'invertébrés benthiques : perspectives pour l'évaluation des effets des substances chimiques
http://www.lyon.cemagref.fr/doc/these/ducrot/integrale.pdf




[Corrélats : Pollution / Toxicologie / DNOC / Pesticides / Organochlorés / Organophosphorés / Organomercuriels / Bioindicateurs / Système d'évaluation de la qualité des eaux / Saturnisme / ... ]

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