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I. Polluants

II. Contaminations

III. Effets

IV. Mécanismes


En 1977, Ramade donnait la définition suivante de l'écotoxicologie : « c'est l'étude des modalités de contamination de l'environnement par les agents polluants naturels ou artificiels produits par l'activité humaine ainsi que de leurs mécanismes d'action et effets sur les êtres vivants qui peuplent la biosphère ».

Dans cette définition sont présentes les notions de base de l'écotoxicologie :


Qu'est-ce qu'un polluant ?

C'est une substance naturelle ou artificielle que l'homme a introduit dans un milieu où elle était absente (ou présente en quantité différente).

-Exemple d'une « substance polluante naturelle » : le sel

Dans de nombreux pays tels que l'Espagne, des pays du moyen Orient et même en Angleterre, des usines de dessalement fonctionnent afin de transformer l'eau de mer en eau douce pour être consommée. Par exemple, l'usine de Jebel Ali, située aux Emirats Arabes Unis, produit 900 000 m3 d'eau douce par an.

Une usine de dessalement à Hadera, en Israël, le 16 mai 2010 (Schalit/AP/SIPA-20minutes.fr, 2011)

Cependant, l'un des inconvénients majeurs de cette technique par ailleurs très gourmande en énergie, est le rejet, en mer ou dans le sol, de saumures (eau très salée) concentrées au double de la salinité naturelle : la salinité de l'eau de mer se situe entre 37 et 38 grammes par litre (g/l), alors que la salinité des saumures peut atteindre les 70 g/l (Sanchez-Lizaso, 2008).

Le sel est en effet présent à l'état naturel dans l'eau de mer. Cependant, on peut considérer qu'il s'agit d'une pollution puisqu'il se retrouvera en plus grande quantité qu'à l'état naturel. Il a ainsi été démontré qu'une augmentation de la salinité des eaux a des conséquences néfastes sur la plante à fleurs aquatique posidonie, dès 38,4 g/l (Sanchez-Lizaso, 2008). Or, ces herbiers constituent un écosystème de premier plan en Méditerranée et exercent une fonction protectrice des littoraux contre l'érosion marine. Ces herbiers sont le refuge d'un grand nombre d'espèces animales (mollusques, poissons, crustacés, etc.).

Herbier de posidonies de Méditerranée (Posidonia oceanica),
une plante à fleurs aquatique très sensible aux variations du taux de salinité
(hablemosdelamar.wordpress.com, 2011)

Pour en savoir plus, cliquez ici.

-Exemples de « substances polluantes artificielles » (dite d'origine anthropogénique):

Ce sont des substances créées et introduites dans l'environnement par l'activité humaine. Les exemples sont innombrables :

(Blanc, imagine.ac-montpellier.fr, 2011)
« Trou » de la couche d'ozone dû aux émissions de CFC
(planetastronomy.com, 2011)




Comment un polluant contamine-t-il l'environnement ?

-Exemple d'un polluant directement introduit dans l'environnement: un pesticide

Un polluant peut se disperser très rapidement dans les différents compartiments (air, eau et sol) de l'environnement. Si on s'intéresse aux pesticides par exemple (appelés « produits phytosanitaires »), bien qu'ils soient appliqués sur une culture, on les retrouve également dans les sols, dans les rivières et dans l'air, comme le montre le schéma suivant:

Dispersion dans l'environnement d'un pesticide appliqué sur une plante
(d'après DDAF45)

Sur ce schéma, on voit que le pesticide se disperse:

-dans le sol
-dans les cours d'eau (eau de surface) où il est entrainé par ruissellement
-dans les nappes phréatiques par infiltration (à cause de la pluie)
-dans l'air par volatilisation où il peut être dégradé (photo-décomposition) et/ou redéposé à un autre endroit

-Exemple d'un polluant introduit indirectement dans l'environnement : l'éthinylestradiol, hormone de synthèse présente dans la pilule contraceptive

Tous les polluants ne sont pas volontairement et directement introduits dans les milieux naturels comme le sont les produits phytosanitaires. C'est par exemple le cas de l'éthinylestradiol, l'hormone de synthèse présente dans la pillule contraceptive. En effet, ce composé, ingéré par la femme, est ensuite excrété puis se retrouve dans les eaux usées. Les stations d'épuration, qui sont chargées de nettoyer les eaux usées, éliminent très mal ce genre de composés. Ainsi, l'éthinylestradiol est rejeté dans les rivières où il est accusé de perturber la reproduction et les caractères sexuels (poissons mâles féminisés) de la faune aquatique (voir perturbateurs endocriniens).


Que devient le polluant une fois dans l'environnement ?

Le polluant se répartit selon ses propriétés et selon les conditions du milieu : par exemple, un produit faiblement soluble dans l'eau aura tendance à s'accumuler dans les sédiments (= le fond des cours d'eau) ou encore à flotter en surface (cas des hydrocarbures). A l'inverse, un polluant soluble sera plutôt réparti dans la colonne d'eau de la rivière (par exemple le dioxyde de soufre SO2).

Une fois le polluant dans l'environnement :

Comme on l'a vu précédemment, si un polluant se trouve dans le milieu naturel et qu'il est biodisponible, c'est à dire assimilable par les organismes, il est susceptible d'induire des effets sur les êtres vivants.

Comment un polluant s'accumule-t-il dans les organismes vivants ?

Une fois le polluant ingéré, ou encore respiré par un organisme, il est susceptible de s'accumuler au cours du temps dans les tissus. Il peut ainsi s'accumuler de façon très importante au point que les concentrations dans l'organisme sont très supérieures à celles que l'on touve dans le milieu. Ce processus est appelé bioaccumulation.
Cette bioaccumulation est extrêmement importante car si un polluant s'accumule dans un organisme, alors la concentration du polluant augmente dans cet organisme au cours du temps et les effets toxiques qui ne se révèlent pas à dose très faible sont suceptibles d'apparaître après accumulation. De plus, si un polluant reste plus longtemps dans un organisme, il aura d'autant plus de probabilité d'induire des effets néfastes.

Mais quelles sont les substances bioaccumulables ? En gros, ce sont les substances lipophiles, c'est à dire les substances qui « aiment » les graisses, au point de s'y accumuler. Ce caractère « lipophile » est exprimé par un paramètre que l'on nomme « coefficient de partage octanol/eau », c'est le Kow (o pour octanol et w pour water). Pour évaluer si une substance est lipophile ou non, on s'intéresse plus particulièrement au logarithme du Kow : plus le log Kow de la substance étudiée est grand, plus cette substance est lipophile. C'est le cas par exemple du Bisphénol A, de l'Octylphénol et du Nonylphénol, 3 produits industriels qui sont susceptibles d'avoir des effets sur la reproduction des animaux.

Mais attention ! Ce n'est pas parce qu'un polluant ne se bioaccumule pas qu'il n'est pas dangereux. Par exemple, les HAP (Hydrocarbures Arômatiques Polycycliques) ne se bioaccumulent que très peu et sont très vite éliminés par l'organisme ; ils induisent cependant des effets toxiques importants : on dit qu'« ils frappent et s'en vont ».

Par ailleurs, c'est par ce processus de bioaccumulation que les polluants se transmettent tout au long de la chaîne alimentaire : la concentration est ainsi de plus en plus importante à mesure que l'on monte au sommet de cette chaîne alimentaire dans laquelle on trouve des grands prédateurs tels que les poissons, les grands mammifères ou encore une espèce que nous connaissons bien, l'Homme.

Processus de bioaccumulation
(ppm= partie par million = milligramme par litre ou milligramme par kilo)
(c) RC2C : d'après La pollution des mers, de J.-C. Lacaze (Dominos Flammarion, 1996),
et publié dans Têtes chercheuses n°1 (Université de Nantes, 2007


Quelles transformations subissent ces composés une fois dans l'organisme ?

Une fois absorbé par l'organisme, le polluant peut subir des transformations biologiques appelées biotransformations. Ces biotransformations ont pour but de détoxifier les polluants. Elles fabriquent ainsi un métabolite (= produit de la biotransformation) moins toxique. Cependant, il peut arriver que ces biotransformations provoquent l'apparition de métabolites plus toxiques que le composé initial (ex : le HAP).

Quels sont les effets de ces polluants sur les écosystèmes ?

Les effets des pollants peuvent être très divers. Ils peuvent, par exemple :

Comment peut-on évaluer ces effets ?

Les effets de substances polluantes peuvent être évalués en laboratoire :

Expérience visant à évaluer les effets d'un polluant sur une espèce de poissons

Ce test permettra de mettre en lumière :

Différence entre toxicité aigüe et chronique (Agence de l'Eau RMC, 2002)

Dans notre exemple, nous allons prendre le cas d'une toxicité chronique, c'est à dire à long terme : au bout d'1 mois, les oeufs pondus par les poissons et le nombre de décès seront comptés. L'expérience va permettre notamment de déterminer les valeurs de références d'un test écotoxicologique : la CE50, la NOEC et la LOEC.

Concentration en polluant

Si on s'intéresse aux décès des poissons, on peut déterminer une CL50 (Concentration Léthale 50%) : la concentration en polluant qui tue 50% des individus en un temps donné.

Ces valeurs de référence que sont les NOEC, LOEC et CE50 sont très utiles car elles permettent de déterminer les normes de rejet des différents produits potentiellement polluants (voir la page "méthode d'évaluation du risque").

Pour en savoir plus sur les tests en laboratoire, cliquer ici.

Les effets de ces substances peuvent également être évalués sur le terrain : tests in situ

Les effets d'une pollution peuvent être évalués directement sur le terrain, c'est ce que l'on nomme les tests in situ. Il peut s'agir par exemple, de disposer, dans une rivière, une cage contenant des organismes élevés en laboratoire : au bout d'une certaine durée, on récupère la cage contenant les organismes et on analyse ces derniers.
On peut également prélever directement des organismes de populations naturelles de la rivière.

Pour détecter les effets d'une pollution en utilisant des organismes vivants (exposés à cette pollution), les scientifiques peuvent utiliser des biomarqueurs.
Un biomarqueur est un paramètre (biochimique, cellulaire, physiologique ou comportemental) qui peut être mesuré dans un organisme pour mettre en évidence l’exposition à, ou les effets, d’un ou plusieurs contaminants (Depledge, 1994).

En clair, un biomarqueur est un paramètre biologique permettant de détecter des effets toxiques potentiels d'une pollution avant que ceux-ci ne se déclenchent réellement.

Les biomarqueurs permettent de mesurer l'exposition et les effets des polluants sur les organismes des milieux aquatiques
(ici: prélèvements de crustacés Gammares)
(Garric, 2010)

L'activité enzymatique EROD est un bon exemple de biomarqueur. En effet, cette activité EROD est déclenchée notamment, en cas de biotransformation de HAP (Hydrocarbures Arômatiques Polycycliques) en métabolites plus toxiques. En clair, lorsqu'un organisme est contaminée par des HAP et que ceux-ci sont transformés en de nouveaux produits plus toxiques, l'activité EROD augmente.

Cependant, ces biomarqueurs sont pour l'instant essentiellement utlisés dans des laboratoires de recherche : en effet, ils sont pour l'instant difficiles à appréhender en raison de nombreux facteurs (température, taux d'oxygène, etc.) qui peuvent fausser leur interprétation et en raison de leur difficulté de mise en oeuvre (certains nécessitent des compétences techniques importantes).




Enfin, l'écotoxicologie étudie les modes d'action des polluants sur les organismes vivants, modes d'actions qui aboutissent à la toxicité d'un produit. Comprendre ces modes d'action peut permettre de détecter la pollution le plus rapidement possible en mettant au point des biomarqueurs. Comprendre ces modes d'action peut également permettre à terme de lutter contre ces effets toxiques.

Par exemple, un produit qualifié de « perturbateur endocrinien » peut imiter une hormone naturelle telle que l'oestrogène, l'oestradiol ou la testostérone, en se fixant sur un récepteur cellulaire à la place de cette hormone naturelle : cette fixation constitue son mode d'action et peut être à l'origine d'un effet sur l'organisme, telle qu'une perturbation de la reproduction.

Le perturbateur endocrinien (a ou b) peut se fixer sur le récepteur à la place de l'hormone naturelle,
il imite ainsi l'hormone et perturbe le fonction normal de l'organisme
(jle.com, 2011)

Article mis à jour en janvier 2012

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