Bioaccumulation du slnium et effets biologiques induits

chez le bivalve filtreur Corbicula fluminea.

Prise en compte de lactivit ventilatoire, de la spciation du slnium

et de la voie de contamination. Elodie FOURNIER Octobre 2005 IRSN-2005/58 - FR

Laboratoire de Radiocologie et dEcotoxicologie IRSN - Sige social - 77, av. du Gnral-de-Gaulle - 92140 Clamart Standard +33 (0)1 58 35 88 88 - RCS Nanterre B 440 546 018

T H S E

Thse

Prsente Luniversit Bordeaux 1

Ecole Doctorale

Sciences du Vivant, Gosciences et Sciences de lEnvironnement

Par

Elodie Fournier

Pour lobtention du titre de Docteur Mention Sciences

Spcialit Ecotoxicologie

Bioaccumulation du slnium et effets biologiques induits

chez le bivalve filtreur Corbicula fluminea.

Prise en compte de lactivit ventilatoire, de la spciation du slnium

et de la voie de contamination.

Thse soutenue le 10 octobre 2005

Aprs avis de : Mr Campbell P., Professeur, INRS-ETE, Universit du Qubec Rapporteur Mr Fisher N., Professeur, Universit de New-York Rapporteur

Devant la commission dexamen forme de : Mlle Adam C., Chercheur, IRSN Cadarache, encadrante IRSN Mr Bourdineaud J.P., Professeur, LEESA, Universit de Bordeaux 1, Prsident Mr Campbell P., Professeur, INRS-ETE, Universit du Qubec Mr Fisher N., Professeur, Universit de New-York Mme Garnier-Laplace J., HDR, IRSN Cadarache, Directrice de thse Mr Massabuau J.C., Directeur de recherche, CNRS 5805, Co-directeur de thse Mme Potin-Gautier M., Professeur, Universit de Pau

N dordre : 3029

Remerciements

Je tiens adresser mes trs sincres remerciements tous les membres du jury qui ont

accept de juger ce travail et lensemble des personnes qui ont contribu llaboration de

cette thse.

Tout dabord, je souhaiterais remercier Mme Jacqueline Garnier-Laplace et Mr Jean-

Christophe Gariel de mavoir accueillie au sein de leur quipe et de mavoir confi ce sujet

de thse. Un merci particulier Jacqueline, en tant que directrice de thse, pour la confiance

quelle a su me porter et la disponibilit dont elle a fait preuve tout au long de cette thse. Je

tiens galement exprimer ma reconnaissance Jean-Charles Massabuau pour avoir co-

dirig avec grand intrt ce travail. Malgr la distance, Jean-Charles a toujours su me

conseiller et apporter ses enseignements aviss sur la partie physiologie du bivalve. Je tiens

galement adresser ma gratitude Christelle Adam pour son encadrement en temps que

tuteur IRSN et laide prcieuse quelle ma apporte lors de la rdaction de ce manuscrit.

Merci Christelle pour sa bonne humeur permanente, son immense gentillesse, ses

encouragements et sa confiance.

Je suis trs sensible lhonneur que mont fait Mrs les Professeurs Campbell et

Fisher, en acceptant dtre rapporteurs de ce travail de thse. Je tiens galement remercier

Mr le Professeur Bourdineaud qui a gentiment accept dtre membre du jury.

Je ne saurai oublier de saluer, dans ces remerciements, Monsieur Damien Tran, qui

est le premier mavoir initie lcophysiologie et lcotoxicologie chez le bivalve, en

matrise, puis en DEA. Damien a su me donner le got de la recherche, lenvie et la

motivation ncessaire pour poursuivre dans cette voie. Je tiens galement remercier tous les

membres du LEESA, o le sjour est toujours rendu agrable. Aprs mavoir accueillie en

matrise, puis en DEA, ils ont contribu la ralisation des analyses dexpressions

gntiques au cours de cette thse.

Je remercie enfin tous les membres du laboratoire qui ont particip, de prs ou de

loin, au bon droulement de ce doctorat. Merci plus particulirement :

- Marcel Morello, pour les nombreux et rapides dosages en scintillation liquide quil a

effectus pour moi.

- Virginie Camilleri, avec qui il est trs agrable et apprciable de travailler. Je la

remercie pour lefficacit et limplication dont elle a fait preuve lors de mes dernires

exprimentations.

- Isabelle Cavali pour mavoir enseign lart et la manire de dompter le FIAS,

appareil de mesure du slnium.

- Magali Floriani, et son jouet, le MET, pour les heures quelle a passes inclure,

couper, recouper, observer, analyser, sonder, photographier, Je la remercie dune

part pour sa rigueur et son implication dans le travail, mais aussi pour son amiti,

coute et soutien tout au long de cette thse.

- Brigitte Ksas pour tous ses petits services rendus facilitant la vie au laboratoire :

gestion des dchets, des corbis, des commandes,

- Olivier Simon, pour sa promptitude leffort de pche.

- Herv Spor, pour sa disponibilit, pluri et multi fonctionnalit, diplomatie, patience et

sa confiture aux abricots.

- Sabrina Barillet, ma voisine de bureau, pour tous ses enseignements et dpannages

informatiques.

- Hlne Morlon, pour mavoir initie la culture algale, mais aussi au monde des

grimpeurs et plongeurs.

- Christophe et Thomas, pour leurs blagues orientes et douteuses, qui finissent

toujours par faire rire.

- Claudine, pour sa gentillesse, disponibilit et ses carambars la fraise.

- Super Roro, pour sa Grande Gentillesse (parfois trop grande !).

- et tous les autres.

Enfin, merci tous mes proches de mavoir toujours soutenue et encourage.

Liste des abrviations

AE : Assimilation Efficiency (Efficacit dAssimilation)

AFSSA : Agence Franaise de Scurit Sanitaire des Aliments

ANDRA : Agence Nationale de la gestion des Dchets Radioactifs

BCF : BioConcentration Factor (Facteur de BioConcentration)

CAT : Catalase

CE : Coefficient dExtraction

coxI: Gne de la cytochrome c oxydase 1

Cyst : Cystine

DPM : Dsintgration Par Minute

EC : Effect Concentration (Concentration dEffet)

EPA : Environmental Protection Agency

ERO : Espces Ractives de lOxygne

FC : Facteur de Concentration

GPx : Glutathion Peroxydase

GSH : Glutathion rduit

GSSG : Glutathion oxyd

HG-QFAAS : Hydride Generation - Quartz Furnace Atomic Absorption Spectrometry

HSM : High Salt Medium (milieu de culture des algues)

ICP-AES : Spectromtrie dEmission Atomique Source Plasma Couplage Inductif

LC : Lethal Concentration (Concentration Ltale)

MET : Microscope Electronique Transmission

mt1: Gne de la mtallothionine 1

NOEC : No Observed Effect Concentration (concentration sans effet observ)

rpS9: Gne de la protine ribosomique S9

SeCyst : Slnocystine

SeMet : Slnomthionine

SOD : Superoxyde dismutase

S9 : Fraction obtenue aprs centrifugation 9000 g pendant 30 minutes

RDA : Recommended Dietary Allowance

bT : Priode biologique

TCA : Acide TrichloroActique

tit : Gne de la titine

W.

V : Dbit ventilatoire

Table des matires 1. BASES BIBLIOGRAPHIQUES....................................................... 7

1.1. Le contaminant tudi : le slnium.......................................... 7 1.1.1. Proprits gnrales................................................................................... 7

1.1.2. Sources et concentrations de Se dans lenvironnement........................... 11

1.1.3. Cycle biogochimique du slnium......................................................... 13

1.1.4. Mtabolisme du slnium chez les animaux ........................................... 15

1.1.5. Bioaccumulation du slnium chez les organismes aquatiques .............. 17

1.1.6. Rle physiologique et toxicit du slnium............................................. 27

1.2. Le modle biologique tudi : Corbicula fluminea ................. 39 1.2.1. Origine..................................................................................................... 39

1.2.2. Intrt cotoxicologique : espce bioindicatrice ..................................... 39

1.2.3. Ecologie................................................................................................... 39

1.2.4. Anatomie et physiologie.......................................................................... 41

1.2.5. Branchies et mcanique ventilatoire........................................................ 43

1.2.6. Facteurs du milieu influenant la physiologie respiratoire de C. fluminea .

................................................................................................................. 47

2. DEMARCHE EXPERIMENTALE ET PRINCIPAUX

PARAMETRES ETUDIES .............................................................................. 51 2.1.1. Dmarche exprimentale ......................................................................... 51

2.1.2. Paramtres tudis ................................................................................... 55

2.1.3. Articulation du mmoire.......................................................................... 65

3. MATERIELS ET METHODES ..................................................... 69

3.1. Conditions exprimentales ....................................................... 69 3.1.1. Origine et maintenance des organismes .................................................. 69

3.1.2. Choix du milieu dexposition .................................................................. 69

3.1.3. Dispositif exprimental ........................................................................... 69

3.1.4. Voies de contamination ........................................................................... 71

3.2. Mesure du dbit ventilatoire .................................................... 73

3.3. Mthodes danalyses du slnium............................................ 75

3.3.1. Dosage du slnium stable ...................................................................... 75

3.3.2. Dosage du 75Se ........................................................................................ 79

3.4. Dosages biochimiques ............................................................... 81 3.4.1. Protocoles de prparations des fractions S9 pour le dosage des

biomarqueurs ................................................................................................................. 81

3.4.2. Protocole de dosage des activits enzymatiques ..................................... 83

3.5. Expression de gnes................................................................... 87

3.6. Le Microscope Electronique Transmission (MET) et la

spectromtrie par dispersion dnergie (EDS)............................................ 89 3.6.1. Appareillage ............................................................................................ 89

3.6.2. Prparation des chantillons .................................................................... 89

3.7. Fractionnement subcellulaire et chromatographie basse

pression ..................................................................................................... 91 3.7.1. Prparation des fractions subcellulaires .................................................. 91

3.7.2. La chromatographie dexclusion strique ............................................... 93

3.8. Bases thoriques de la modlisation des transferts du

slnium ..................................................................................................... 97

3.9. Analyses statistiques des rsultats ......................................... 101

4. RESULTATS ET DISCUSSION.................................................. 103

4.1. Bioaccumulation du slnium chez C. fluminea : rle de la

ventilation du bivalve et de la spciation du slnium ............................. 103 4.1.1. Bioaccumulation du slnium par la voie directe : effet de la ventilation

du bivalve et de la spciation du slnium..................................................................... 105

4.1.2. Bioaccumulation du slnium par la voie trophique : effet de la

ventilation du bivalve et de la spciation du slnium................................................... 123

4.1.3. Comparaison de la bioaccumulation du slnium par la voie directe et par

la voie trophique............................................................................................................. 147

4.1.4. Principales avances et conclusions du chapitre ................................... 165

4.2. Bioaccumulation du slnium diffrents niveaux

dorganisation biologique chez C. fluminea .............................................. 167 4.2.1. Introduction ........................................................................................... 167

4.2.2. Rsultats ................................................................................................ 171

4.2.3. Discussion.............................................................................................. 179

4.2.4. Principales avances et conclusions ...................................................... 189

4.3. Toxicit subcellulaire du slnium......................................... 193 4.3.1. Suivi du statut anti-oxydant de C. fluminea lors dune exposition au Se....

............................................................................................................... 193

4.3.2. Effet du slnium sur lexpression de gnes ......................................... 207

4.3.3. Effet dune exposition au Se sur lultrastructure des cellules branchiales

de C. fluminea ............................................................................................................... 213

4.3.4. Principales avances et conclusions du chapitre ................................... 225

5. CONCLUSION GENERALE ....................................................... 227

5.1. Synthse des principales avances ......................................... 227 5.1.1. Avances concernant lcophysiologie du bivalve................................ 227

5.1.2. Avances concernant la bioaccumulation du slnium......................... 231

5.1.3. Avances concernant la toxicit du slnium........................................ 235

5.2. Perspectives de recherches ..................................................... 237 5.2.1. Concernant lcophysiologie de C. fluminea......................................... 237

5.2.2. Concernant la bioaccumulation ............................................................. 239

5.2.3. Concernant la toxicit............................................................................ 241

1

Introduction gnrale

Le dveloppement de lindustrialisation a conduit des contaminations de plus en plus

importantes de lensemble des cosystmes. Une fois prsents dans lenvironnement, les

polluants subissent de nombreux phnomnes de transport, par lair, ou par leau et

aboutissent gnralement dans le domaine aquatique. La contamination des milieux

aquatiques devient donc un problme fondamental car elle peut constituer un risque pour la

biocnose et la prservation des ressources. Lune des priorits de la Directive Cadre

europenne sur leau (2000/60/CE) du 23/10/2000 est la protection de tous les milieux

aquatiques naturels avec un objectif de bon tat cologique pour les eaux de surface

lhorizon 2015. Parmi les substances classes comme toxiques, le slnium est un lment

pour lequel la concentration maximale admissible pour les eaux de surface, 10 gL-1, est

rgulirement dpasse. Des anomalies en slnium ont ainsi t releves dans les eaux de

captage ou de redistribution dans de nombreux dpartements franais (AFSSA, 1999;

AFSSA, 2004). Le dpassement des concentrations en Se peut provenir des nombreuses

utilisations du slnium par lhomme (mdecine, agriculture, industrie) qui font quil va

pouvoir tre relargu dans lenvironnement, par les eaux uses, lirrigation de zones agricoles

naturellement riches en Se ou encore la production et la combustion du charbon (Barceloux,

1999; Lemly, 2004). Dans le domaine du cycle du combustible nuclaire, son isotope

radioactif, le 79Se, fait partie de la liste des radionuclides vie longue et est prsent comme

lment prioritaire au sens de lvaluation de la sret selon la mthodologie dveloppe par

lANDRA (Agence Nationale de la gestion des Dchets RAdioactifs) (ANDRA, 2001). Dans

ce cadre gnral, ltude des processus daccumulation et de toxicit du slnium dans les

cosystmes aquatiques continentaux est primordiale.

Le slnium est un lment essentiel chez les organismes vivants dans une gamme

troite de concentrations (Hodson et Hilton, 1983; EPA, 2004). La toxicit du slnium dans

lenvironnement sest dj manifeste plusieurs reprises, notamment par des effets sur la

reproduction ou une mortalit accrue chez des populations de poissons et doiseaux

aquatiques (Lemly, 2002a; Ohlendorf, 2002; Hamilton, 2004; Lemly, 2004). Cependant, la

comprhension de limpact de cette pollution est limite par la complexit de nombreux tats

doxydation du slnium, qui vont gouverner son cycle biogochimique et sa toxicit. Dans le

milieu aquatique en conditions oxydantes modrment oxydantes, il a tendance former des

oxyanions, slnite Se(+IV) et slniate Se(+VI) (Coughtrey et al., 1983), qui sont trs

mobiles et donc potentiellement biodisponibles pour les organismes.

2

3

Lors de son transfert dans les rseaux trophiques, il pourra tre converti en diffrentes

formes organiques et inorganiques. Peu dtudes ont t menes concernant les effets lis

ces diffrents tats redox sur les organismes de niveau trophique suprieur. De plus, pour un

mme modle biologique, la bioaccumulation est rarement apprhende par les 2 voies de

contamination (directe-trophique). La majorit des tudes en laboratoire prenant en compte la

spciation du slnium, ont t ralises sur des modles unicellulaires phytoplanctoniques ou

bactriens (Kiffney et Knight, 1990; Riedel et al., 1991; Hu et al., 1996; Riedel et Sanders,

1996; Riedel et al., 1996; Morlon, 2005). Cest pour ces raisons, que nous avons choisi

dtudier un modle biologique consommateur primaire, appartenant la classe des bivalves.

Parmi ces animaux, diverses espces vivent linterface eau/sdiment et sont trs utilises en

cotoxicologie en tant que bioindicateurs de contamination.

Ils peuplent de nombreux systmes aquatiques o les caractristiques du milieu

peuvent tre trs variables. Leur activit ventilatoire sert deux fonctions primordiales :

respiration et nutrition. Ainsi, leurs branchies sont la fois une voie de passage pour des

contaminations directes et trophiques. Le bivalve Corbicula fluminea a t choisi car de

nombreux aspects de sa physiologie respiratoire ont dj t largement tudis (Tran, 2001).

Rcemment, il a t montr que chez cet organisme, deux facteurs vont pouvoir conditionner

lentre de polluants : la spciation chimique du contaminant considr et lintensit de

lactivit ventilatoire du bivalve (Tran et al., 2004b).

Ainsi, pour comprendre les processus impliqus dans laccumulation du slnium et sa

toxicit chez C. fluminea, les facteurs qui ont t pris en compte sont la spciation chimique

du slnium, la dpendance de lactivit ventilatoire du bivalve vis vis des conditions

environnementales et la voie de contamination. Notre dmarche exprimentale a consist tout

dabord tudier limpact de diffrentes formes chimiques de Se et de diffrentes intensits

ventilatoires du bivalve, obtenues en modifiant les apports trophiques, sur la bioaccumulation

aprs une exposition de trois jours par la voie directe et par la voie alimentaire. Limpact du

slnium lui-mme sur la ventilation a t valu.

Dans un deuxime temps, afin dapprcier plus finement les processus daccumulation

du slnium chez C. fluminea par la voie directe, des cintiques daccumulation et de

dpuration de diffrentes formes chimiques de Se ont t ralises sur 70 jours. La

distribution tissulaire du slnium a galement t caractrise diffrents niveaux

dorganisation biologique, tissulaire et subcellulaire.

4

5

Pour finir, les effets potentiellement toxiques du slnium ont t apprhends aux

niveaux cellulaire et molculaire. Ainsi, leffet de diffrentes formes chimiques de Se sur la

morphologie du tissu branchial, le statut antioxydant du bivalve et lexpression gntique de

certaines protines a t analys.

Ce mmoire sarticule en 5 parties. La premire partie est une synthse

bibliographique, rassemblant des donnes concernant dune part le slnium, ses proprits

chimiques et biologiques, sa prsence dans les cosystmes aquatiques ainsi que sa

bioaccumulation et ses impacts chez les organismes, et dautre part, le bivalve, son cologie,

son anatomie et sa physiologie respiratoire. Dans la seconde partie, la dmarche

exprimentale et les principaux paramtres tudis sont exposs. La troisime partie prsente

les principaux matriels et mthodes utiliss. Dans la quatrime partie, sont exposs et

discuts lensemble des rsultats exprimentaux. Enfin, la cinquime partie tablit une

synthse et la conclusion du travail effectu en ouvrant sur de nouvelles perspectives.

6

Tableau 1 : Principales formes chimiques des composs naturels slnis.

Formes Nom Etat de valence Formes chimiques

Slniate Se(+VI) H2SeO4; HSeO4-; SeO42-

Slnite Se(+IV) H2SeO3 ; HSeO3- ; SeO32-

Slnium lmentaire Se(0) Inorganiques

Slniure Se(-II) H2Se ; HSe- ; Se2-

Slnocystine Se-CH2CHNH2COOH

Slnomthionine CH3CH2Se(CH2)2CHNH2COOH

Dimthylslniure (CH3)2Se

Dimthyldislniure (CH3)2Se2

Dimthylslnone (CH3)2SeO2

Se-mthylslnocystine MeSeCH2CHNH2COOH

Organiques

Se-mthylslnomthionine

Se(-II)

(CH3)2Se(CH2)2CHNH2COOH

7

1. BASES BIBLIOGRAPHIQUES

1.1. Le contaminant tudi : le slnium

1.1.1.Proprits gnrales

1.1.1.1. Proprits chimiques

Le slnium (symbole Se, numro atomique 34) est un mtallode qui appartient au

groupe VI (oxygne, soufre, polonium, tellurium) du tableau priodique. Il ressemble

troitement au soufre (S) par ses proprits chimiques telles que taille atomique, nergies de

liaison, potentiels dionisation et principaux degrs doxydation (Tinggi, 2003; Johansson et

al., 2005).

Dans lorganisme, le slnium est prsent sous forme de slnol (R-SeH) ou de

slnother (R-Se-R). Il peut galement se combiner au soufre (R-S-Se-H ou R-S-Se-S-R) ou

sy substituer pour former de nombreux composs analogues slnis : slnomthionine

(SeMet) et slnocystine (SeCyst) (Ducros et Favier, 2004). Des diffrences existent dans la

chimie du soufre et du slnium, notamment entre les potentiels doxydorduction ou

dionisation des composs homologues. Par exemple, les composs slnis ont tendance

tre beaucoup plus nuclophiles que les composs soufrs (Arteel et Sies, 2001). Le slniure

dhydrogne (pKa = 3.7 pour le couple H2Se/HSe- ; pKa = 5.7 pour le couple HSe-/Se2-) est un

acide plus fort que le sulfure dhydrogne (pKa = 6.9 pour le couple H2S/HS- ; pKa = 8.5 pour

le couple HS-/S2-) (Johansson et al., 2005). Ainsi, le slnium sous forme de slnol (R-SeH)

est aisment dissoci aux pHs physiologiques, ce qui est important pour son rle catalytique

(Tinggi, 2003). La cystine (Cyst) est le plus souvent sous forme protone aux pHs

physiologiques alors que la SeCyst est principalement sous forme anionique (pKa = 5.2 pour

la SeCyst et pKa = 8.3 pour la Cyst), ce qui facilite le rle catalytique du slnium dans les

slnoprotines (Ducros et Favier, 2004; Johansson et al., 2005) .

Les diffrentes formes chimiques des composs slnis naturels sont prsentes dans

le Tableau 1. Il existe plusieurs composs slnis dans les tissus de plantes et

danimaux (Whanger, 2002). La SeCyst (acide amin slni) est la forme prdominante dans

les tissus animaux lorsque du slnite leur est administr (Hawkes et al., 1985; Schrauzer,

2000; Whanger, 2002).

8

Figure 1 : Etats doxydation du slnium en solution (daprs Sby et al., 2001),

25 C, 1000 hPa (pression atmosphrique) et [Se] = 0.1 M. La zone dlimite en

gris reprsente la zone doxydo-rduction susceptible dtre rencontre dans

lenvironnement.

Tableau 2 : Les isotopes du slnium (Nuclide 2000, 1999).

Masse atomique relative (gmol-1) 78.96

Nombre disotopes : 25

Nombre disotopes stables : 5

Nombre disotopes quasi stables : 1

Nombre disotopes metteurs + : 9

Nombre disotopes metteurs - : 10

9

Si lon donne de la SeMet aux animaux, la SeMet sera le compos majeur trouv initialement

mais il sera rapidement converti en SeCyst (Whanger, 2002). Les crales et les plantes

fourragres convertissent le slnium inorganique principalement en SeMet (Schrauzer,

2000). La SeMet est la forme majoritaire dans les graines de crales et levures (Whanger,

2002). Chez Saccharomyces cereviciae 90 % du slnium est sous forme de SeMet

(Schrauzer, 2000). Dune manire gnrale, la SeMet est rapporte comme tant la forme

prdominante dans les tissus de plantes et dalgues (Guo et Wu, 1998; Tinggi, 2003).

Dans les cosystmes aquatiques, le slnium existe sous quatre tats de valence :

slniate (+VI) ; slnite (+IV) ; slnium lmentaire (0) et slniure (-II). Le slniate (+VI)

et le slnite (+IV) sont les formes les plus communes des eaux de surface en conditions

oxydantes modrment oxydantes (Coughtrey et al., 1983). La stabilit des diffrents tats

redox est fonction du potentiel lectrochimique du milieu (Sby et al., 2001) (Figure 1). Dans

la nature, le slnium sous forme Se(-II) peut tre associ des mtaux tels que HgSe, PbSe,

CdSe, CuSe (EPA, 2004). Un certain nombre de donnes concernant la spciation du

slnium dans les eaux continentales et marines a t rapport dans la littrature (Robberecht

et Grieken, 1982; Conde et Sanz Alaejos, 1997; Cutter et Cutter, 2004). Dune manire

gnrale, les formes majoritaires sont slnite et slniate. Il y a assez peu de donnes sur les

composs organiques slnis. Ils sont gnralement minoritaires (Robberecht et Grieken,

1982). Cependant, dans une tude rcente (Cutter et Cutter, 2004), il a t montr que dans la

baie de Sacramento, les slniures organiques reprsentaient 40 % du slnium total, tandis

que le slnite en reprsentait 13 % et le slniate 47 %. Ltude de la distribution du

slnium dans 11 eaux de surface diffrentes, indique quen moyenne, 16 % du slnium total

est fix sur la phase particulaire (EPA, 2004).

1.1.1.2. Proprits nuclaires

Le slnium possde 6 isotopes stables ou quasi-stables (Tableau 2). Sa masse

atomique relative est de 78.96 gmol-1. Il possde galement plusieurs isotopes radioactifs, qui

sont exclusivement artificiels. Le 79Se est un produit de fission nuclaire (metteur -, demi-

vie : 1.1106 ans). Il sagit dun radionuclide vie longue, qui est class comme lment

prioritaire pour lvaluation des risques associs aux sites de stockage des dchets selon la

mthodologie dveloppe par lANDRA pour son rfrentiel biosphre de 2001 (ANDRA,

2001). Le 75Se (metteur + / , demi-vie : 120 jours) est utilis en radiologie et pour les

traages.

10

11

1.1.1.3. Proprits biochimiques gnrales

Le slnium est un lment trace essentiel pour les humains et pour une grande varit

despces animales (Tinggi, 2003). Il est essentiel pour le fonctionnement denzymes anti-

oxydantes, notamment la glutathion peroxydase (GPx) qui contient de la SeCyst dans son site

actif. Il existe galement de nombreuses autres slnoprotines (la slnoprotine P ou encore

la thioredoxine rductase) qui ont besoin de Se pour leur activit catalytique (Himeno et

Imura, 2000; Ducros et Favier, 2004). Il a galement t montr quil pouvait constituer un

agent prventif du cancer (Tapiero et al., 2003) et de maladies inflammatoires (Ducros et

Favier, 2004).

La frontire entre concentrations en slnium physiologiquement essentielles et

toxiques est trs troite. La dose minimale requise par jour chez lhomme est de 55 gkg-1

(RDA : Recommended Dietary Allowance) et la dose maximale acceptable est de 350 gkg-1

(UL : tolerable Upper intake Level) (Goldhaber, 2003). La dficience en Se chez lHomme

est responsable de la maladie de Keshan (Bokovay, 1995). Les symptmes dune intoxication

au slnium peuvent tre lapparition de troubles digestifs (diarrhes), de signes

neurologiques (convulsions, coma), des irritations cutanes, des troubles respiratoires et une

odeur alliace de lhaleine (INRS, 2002).

1.1.2. Sources et concentrations de Se dans lenvironnement

Le slnium est naturellement prsent dans lcorce terrestre une concentration

denviron 0.05 mgkg-1 (Coughtrey et al., 1983). Deux inventaires des concentrations pouvant

tre retrouves dans le milieu aquatique sont disponibles dans la littrature (Robberecht et

Grieken, 1982; Conde et Sanz Alaejos, 1997). Les concentrations en Se dans les eaux de

surface, marines et continentales, sont rarement suprieures au gL-1 en milieu non

contamin (allant du ngL-1 au 1/10 de gL-1). Sa large utilisation par lhomme peut induire

une augmentation de ces niveaux, jusqu des concentrations pouvant atteindre plusieurs

centaines de gL-1.

12

Figure 2 : Cycle biogochimique du slnium dans les cosystmes aquatiques

(daprs Fan et al., 2002).

Les flches pleines indiquent les processus qui peuvent mener des risques cotoxicologiques tandis

que les flches en pointill indiquent les processus de volatilisation du slnium lorigine dune perte nette de

slnium de la part du systme aquatique. Les flches avec des points dinterrogation reprsentent des processus

supposs. (a, a) prise en charge et transformation des espces inorganiques par les producteurs primaires

aquatiques (b) relargage de composs organiques par les producteurs primaires aquatiques (c) prise en charge

de composs organiques par les producteurs primaires aquatiques (d) oxydation abiotique de composs

organiques en oxyanions (e) relargage dalkyslniures par raction abiotique (f) relargage dalkyslniures

par les producteurs primaires aquatiques (g) volatilisation des alkyslniures dans latmosphre (h) oxydation

des alkyslniures en formes inorganiques (i) formation de slnium lmentaire par les organismes plagiques

et benthiques (j) formation de dtritus par les producteurs aquatiques (k) bioaccumulation dans la chane

trophique et consquences potentielles en termes dcotoxicit (l,l) assimilation des oxyanions de slnium aux

sdiments depuis la colonne deau (m,m) oxydation du slnium lmentaire en oxyanions de slnium (n)

ractions redox entre Se(0) et Se(-II) (o) assimilation de Se(-II) depuis le sdiment vers les organismes

benthiques (p) oxydation de Se(-II) du sdiment en slnite.

slnite slniate

dimthylslniure dimthyldislniure

slniure

slnium lmentaire

13

Il est largement utilis par lHomme des fins industrielles et mdicales. La

production mondiale de slnium est de 1900 tonnes par an (Bokovay, 1995). Les usages

industriels de ce mtallode et de ses composs peuvent tre diviss en diverses catgories :

applications lectriques/lectroniques (30 %), fabrication de pigments (19 %), industrie de

verre (20 %), mtallurgie (14 %), applications agricoles et biologiques (6 %), autres usages

comme vulcanisation de caoutchouc ou oxydation de catalyseurs (11 %) (Bokovay, 1995).

Dans le domaine mdical, le slnium est utilis comme complment alimentaire, mais aussi

dans le traitement des pellicules, de la dermatite sborrhique et dautres maladies de la peau

(George, 2003). Ainsi, un certain nombre dactivits anthropiques conduisent aux rejets de Se

dans lenvironnement : production et combustion du charbon, exploitation de mines de Cu,

Zn, Ni, Ag ; dcharges municipales ; eaux uses ; fertilisation et irrigation des fins

agricoles ; processus industriels (Barceloux, 1999; Lemly, 2004).

Dans le milieu aquatique, les sources de slnium dans leau viennent des dpts sec

et humide, de latmosphre, et du drainage de la surface. Certains sites contamins sont

relativement bien documents. Cest le cas de la rserve de Kesterson (Californie, US) o

lagriculture est intensive (Barceloux, 1999). Les eaux dirrigation sont draines dans des sols

avec de fortes concentrations en slnium. Suite dimportantes pluies, on peut noter des

concentrations en Se allant jusqu 162 gL-1 au niveau de certaines tendues deau

(Ohlendorf, 2002). Un autre site pollu trs document est le lac Belews (Caroline du Nord,

US), qui a t contamin par des eaux uses provenant dune centrale lectrique charbon

(Barceloux, 1999). Des eaux uses charges en Se (150-200 gL-1) ont t relargues de

1974 1986. La concentration moyenne dans ce lac est de 10 gL-1 (Lemly, 1999).

1.1.3.Cycle biogochimique du slnium

Le cycle du slnium est troitement li aux premiers niveaux de la chane trophique

(dcomposeurs et producteurs primaires), qui reprsentent une biomasse importante dans les

cosystmes. Ils conditionnent les cintiques de bioaccumulation et de biotransformation vis

vis des maillons trophiques suprieurs. Les principales connaissances concernant le cycle

biogochimique du slnium sont rsumes dans la Figure 2.

14

15

- Se(+IV) et Se(+VI) sous forme doxyanions dissous sont accumuls par les

producteurs primaires et biotransforms en formes organiques Se(-II)

(Vandermeulen et Foda, 1988; Fan et al., 2002; Simmons et Wallschlger,

2005).

- Le slnium ainsi pris en charge par les producteurs primaires est ensuite

transfr aux maillons trophiques suprieurs (Zhang et al., 1990; Fan et al.,

2002).

- Les producteurs primaires volatilisent du slnium (slniures mthyls, Se(-

II)) qui peut tre vacu vers latmosphre ou retransform en slnite.

- Les producteurs primaires peuvent aussi relarguer des composs organiques

Se(-II) ou du Se(0), forms par rduction biologique (Hu et al., 1996).

- Ce Se(0) peut tre rduit en slniures inorganiques ou organiques et roxyd

en selnite ou slniate, par les microorganismes du sdiment (Fan et al.,

2002). La prise en charge de Se(0) par un consommateur (le bivalve) a

galement t rapporte dans la littrature (Luoma et al., 1992).

- Parmi les phnomnes abiotiques, il y aurait des phnomnes doxydation et

de rduction dans la colonne deau (Fan et al., 2002) ainsi que des

prcipitations du slnium avec les mtaux pour donner des slniures

mtalliques (EPA, 2004).

La bioaccumulation du slnium par la voie trophique apparat plus importante que la

bioaccumulation par la voie directe (Zhang et al., 1990; Besser et al., 1993). Ainsi les

phnomnes de biotransformations au niveau des premiers maillons de la chane alimentaire,

vont conditionner les niveaux de bioaccumulation du slnium chez les organismes de niveau

trophique suprieur.

1.1.4.Mtabolisme du slnium chez les animaux

Le mtabolisme du slnium a t abord par plusieurs auteurs (Ganther, 1999;

Schrauzer, 2000; Whanger, 2002; Ducros et Favier, 2004). Le mtabolisme du slnium chez

les mammifres a t clairement dcrit par Ducros et Favier (2004) et indique que :

16

Figure 3 : Voies mtaboliques des diffrentes formes dapport en slnium (daprs

Ducros et Favier, 2004).

Figure 4 : Mtabolisme cellulaire du slnium (daprs Ducros et Favier, 2004).

17

Labsorption intestinale du slnium est leve (50-95%) et dpend de la forme

dapport du slnium, ainsi que du statut physiologique vis vis du slnium. La SeMet est

mieux absorb que le slnite et lest par un transport actif analogue celui de la mthionine.

Le slnite est absorb par simple diffusion et le slniate, presque aussi efficacement

transport que la SeMet, lest par un transport actif commun avec celui des sulfates.

Lensemble des formes de slnium organiques et inorganiques peut tre utilis par

lorganisme mais leur mtabolisme est diffrent.

Le mtabolisme du slnium dpend de la forme chimique ingre (Figure 3). Le

slnite entre dans les cellules par transport anionique et est rapidement conjugu au

glutathion sous forme de slnodiglutathion (Ganther, 1999; Ducros et Favier, 2004). Les

acides amins slnis utilisent les transporteurs membranaires destins leurs homologues

soufrs et sont mtaboliss en utilisant les voies mtaboliques des enzymes soufres. Le

slnium absorb est rduit ltat de slniures (H2Se) puis incorpor dans les protines sous

forme de SeCyst par lintermdiaire dun ARNt spcifique (Figure 4). La SeCyst est

considre comme le 21e acide amin. Elle est code par un codon UGA qui est normalement

considr comme un codon stop. Lacide amin est inclus dans les protines par un

mcanisme co-traductionnel assez complexe. Une partie du slnium va tre utilise pour

produire des slnoprotines, qui sont des protines qui vont avoir besoin du slnium pour

leur activit catalytique. Elles incorporent du slnium sous forme de SeCyst dans la chane

polypeptidique. Dautres formes de Se vont directement dans des protines que lon nomme

protines contenant du slnium , mais ces protines nont pas besoin du slnium pour leur

activit catalytique, contrairement aux slnoprotines. Elles incorporent le slnium par

substitution de la mthionine par la SeMet.

Lexcrtion du slnium absorb se fait sous forme de drivs mthyls

(mthylslnol, dimthylslniure et trimthylslnonium) ou de slnosucres excrts dans

les urines et/ou par les poumons.

1.1.5.Bioaccumulation du slnium chez les organismes

aquatiques

1.1.5.1. Processus de bioaccumulation et de prise en charge du

slnium

18

19

Rappels sur les processus de bioaccumulation

Chez les organismes aquatiques, et plus particulirement les bivalves, les barrires

biologiques traverser, sont lpithlium branchial, la paroi du tube digestif, et la coquille

(qui est souvent rapporte comme un site de bioaccumulation). Les contaminants de la phase

dissoute sont plus facilement absorbs par les surfaces directement en contact avec le milieu

extrieur, tandis que les mtaux/mtallodes associs la phase particulaire seront plutt

ingrs et internaliss aprs solubilisation dans le tube digestif, ou transfrs par endocytose

pour subir ensuite une digestion lysosomale. Une fois cette premire barrire passe, les

mcanismes de transfert des mtaux/mtallodes vers le milieu intracellulaire font appel la

diffusion (passive ou facilite), au transport actif et lendocytose (phagocytose et

pinocytose). La diffusion, quelle soit simple ou facilite par la liaison avec un ligand, se fait

dans le sens du gradient de concentration. Le transport actif est contraire au gradient de

concentration, il ncessite donc de lnergie.

Prise en charge

La prise en charge du slnium a principalement t tudie chez des modles

unicellulaires. Riedel et al. (1991) se sont intresss 3 espces phytoplanctoniques

(Anabaenas flos aquae, Chlamydomonas reinhardtii, et Cyclotella meneghiania) et 3 formes

chimiques de slnium (slnite, slniate et SeMet). Ces auteurs suggrent que le slnite

serait fix par une sorption passive, tandis que slniate et SeMet impliqueraient un processus

biologique. Morlon (2005) montre au contraire lexistence dun double systme de transport

du slnite, de faible et de forte affinit, chez Chlamydomonas reinhardtii.

Une inhibition du transport du slnium par certains anions, et notamment du transport

du slniate par le sulfate est admise chez les organismes phytoplanctoniques (Williams et al.,

1994; Riedel et Sanders, 1996) ainsi que chez la daphnie (Ogle et Knight, 1996). Certains

auteurs soulignent dautres inhibitions de transport, telles que linhibition du transport du

slnite par le phosphate (Riedel et Sanders, 1996; Lee et Wang, 2001), par le sulfate

(Morlon, 2005) et par le nitrate (Morlon, 2005).

Linfluence des cations en solution a galement t explore. Laccumulation du

slniate chez Chlamydomonas reinhardtii augmente avec laugmentation du calcium,

magnsium et ammonium dans le milieu (Riedel et Sanders, 1996).

20

Tableau 3 : Facteurs de bioconcentration (BCF) du slnium par la voie directe,

exprims sur la base du poids sec (p.s.) (non exhaustif).

Modle biologique Biotope Forme chimique de

Se

Temps

dexposition BCF p.s.

Rfrence

bibliographique

slnite 2-10 jours BCF

267-1004

slniate 2-10 jours BCF

30-115

Anabaena flos aquae

Cyanobactrie dulaquicole

SeMet 2-10 jours BCF

1520-12193

Kiffney et

Knight, 1990

slnite 1 jour

BCF

441-1600

slniate

1 jour

BCF

414-493

Chlamydomonas

reinhardtii

Algue verte

unicellulaire

dulaquicole

SeMet

1 jour

BCF

5320-36300

Besser et al.,

1993

Chlorella vulgaris

Algue verte

unicellulaire

dulaquicole slniate 12 24 jours BCF

400

Dobbs et al.,

1996

slnite 4 jours

BCF

221-3650

slniate 4 jours

BCF

65-293 Daphnia magna

Daphnie dulaquicole

SeMet 4 jours

BCF

30300-

382000

Besser et al.,

1993

Lysmata seticaudata

Crevette marin slnite 6-52 jours

BCF

10 - 30

Fowler et

Benayoun, 1976

Mytilus edulis

Moule marin slnite 10-63 jours

BCF

20 100

Fowler et

Benayoun, 1976

Lepomis macrochirus

Poisson dulaquicole

slniate-slnite

6 : 1 60 jours

BCF

5-7

Cleveland et al.,

1993

21 1BCF : Le BCF est le rapport entre la concentration de Se accumule dans lorganisme et la concentration de Se dans leau.

Dans le cas des animaux, un effet antagoniste du slnium et du mercure a t montr

chez deux espces de poisson (Chen et al., 2002). La concentration de Hg diminuait

exponentiellement avec laugmentation de concentration en slnium dans le muscle.

Aucune tude sur les mcanismes de transport du slnium na t ralise chez le

bivalve. Cependant, quelques tudes ont t menes sur les mcanismes de transport dacides

amins tels que la mthionine ou danions tels que les sulfates, in vitro, sur des cellules

branchiales de bivalves. Ainsi, il a t montr que labsorption de la mthionine par les

branchies du bivalve Mya arenaria tait ralise via un transport actif (Stewart, 1978). En ce

qui concerne le transport du sulfate chez les bivalves, il a t montr chez la moule Dreissena

polymorpha quil est relativement lent par rapport celui des autres ions (Dietz et Byrne,

1999).

1.1.5.2. Bioaccumulation par la voie directe

La bioaccumulation dpend troitement des formes de Se tudies. Les principales

valeurs de BCF trouves dans la littrature sont rapportes dans le Tableau 3. Il a t montr

chez plusieurs espces vgtales et animales (allant de lalgue unicellulaire au poisson) que la

SeMet tait la forme la plus bioaccumule suivi du slnite puis du slniate (Kiffney et

Knight, 1990; Riedel et al., 1991; Besser et al., 1993). Les valeurs des facteurs de

bioconcentration (BCF1), exprims sur la base du poids sec sont cependant trs variables. En

ce qui concerne la SeMet, le BCF est de 1520-12193 pour la cyanobactrie Anabaena flos

aquae (Kiffney et Knight, 1990), 5320-36300 pour lalgue verte Chlamydomonas reinhardtii

(Besser et al., 1993) et 30300-382000 pour la daphnie Daphnia magna (Besser et al., 1993).

En ce qui concerne le slnite, le BCF est de 267-1004 pour la cyanobactrie Anabaena flos

aquae (Kiffney et Knight, 1990), 441 1600 pour lalgue verte Chlamydomonas reinhardtii

(Besser et al., 1993) et 221-3650 pour la daphnie Daphnia magna (Besser et al., 1993). Pour

le slniate, le BCF est de 30-115 pour la cyanobactrie Anabaena flos aquae (Kiffney et

Knight, 1990) , 414-493 pour lalgue verte Chlamydomonas reinhardtii (Besser et al., 1993)

et 65-293 pour la daphnie Daphnia magna (Besser et al., 1993).

En ce qui concerne les modles bivalves, les niveaux de base en slnium mesurs

chez des populations vivant dans des milieux non contamins (< 1 gL-1) sont de lordre de

3.1 gg-1 p.s. pour Macoma balthica et de 2.8 gg-1 p.s. (soit environ 0.4 gg-1 p.f.) pour

Corbicula sp. (Johns et al., 1988).

22

23

Nous navons pas trouv de donnes dans la littrature concernant la bioaccumulation des

diffrentes formes chimiques de Se chez ces organismes. En effet, les tudes ralises sur les

bivalves ne sintressent quau slnite dissous, ou bien son transfert par la voie trophique.

Chez la moule Mytilus edulis, le slnium prsent naturellement, se retrouve

essentiellement au niveau des branchies et du manteau, puis, de la masse viscrale et des

muscles (Fowler et Benayoun, 1976). Ces auteurs montrent quaprs une contamination au 75slnite dissous, le slnite saccumule dans tous les organes de la moule, mais

prfrentiellement au niveau de viscres (puis au niveau des branchies, du muscle et enfin du

manteau). Au bout de 63 jours le BCF a une valeur denviron 100, mais le plateau nest

toujours pas atteint (Fowler et Benayoun, 1976). Zhang et al. (1990) montrent que la

bioaccumulation du 75slnite est plus importante par la voie trophique que par la voie directe,

de plus dun ordre de grandeur. Ces auteurs soulignent que par la voie directe, le slnite est

principalement accumul ou fix sur la coquille (> 50 %). Au niveau du corps mou, la masse

viscrale et les branchies sont les organes cibles. Chez la crevette Lysmata seticaudata, aprs

contamination par la voie directe avec du 75Slnite, la plus forte concentration de Se est

retrouve au niveau de lexosquelette (BCF = 10 30) (Fowler et Benayoun, 1976). En ce qui

concerne le modle biologique poisson, les tudes rapportes sur Lepomis macrochirus

montrent une biodisponibilit faible des formes inorganiques de Se avec un BCF < 5 aprs 60

jours dexposition (Cleveland et al., 1993).

La localisation intracellulaire du slnium a t tudie chez les bactries contamines

avec du slnite, pour lesquelles on observe classiquement lapparition de granules denses

aux lectrons dans le cytoplasme, signe dune dtoxication par rduction du slnite en

slnium lmentaire (Garbisu et al., 1996; Kessi et al., 1999; Roux et al., 2001). Chez

lalgue verte Chlamydomonas reinhardtii, Morlon et al. (2005) ont observ du slnium

associ du calcium et du phosphore, lintrieur de vacuoles granuleuses, aprs exposition

du 75Selenite. En ce qui concerne la localisation cellulaire du slnium, des granules minraux

constitus dagglomrats de particules cristallines dans le foie des ctacs dents, otaries et

cormorans ont t observs (Nigro et Leonzio, 1996). Ces granules, contenant du Hg et du

slnium taient principalement localiss dans le cytoplasme et les macrophages.

24

Tableau 4 : Facteurs de bioconcentration (BCF) et efficacits dassimilation (AE) du

slnium par la voie trophique (non exhaustif).

Modle biologique Biotope Forme chimique de Se

initiale

Temps

dexposition

BCF p.s.

ou AE

Rfrence

bibliographique

Lepomis

macrochirus

poisson

dulaquicole SeMet 90 jours BCF

0,5 1,0 Cleveland et al., 1993

Brachionus

calyciflorus

rotifre

dulaquicole Algues contamines avec

du slniate 11 20 jours

BCF

500 Dobbs et al., 1996

Pimephales

promelas

poisson

dulaquicole Rotifres contamins

avec du slniate 11 jours

BCF

154 - 400 Dobbs et al., 1996

Lysmata seticaudata

Crevette marin

Moules contamine avec

du slnite 6-52 jours BCF 6-20

Fowler et Benayoun,

1976

Diatomes contamines

avec du slnite

AE

86 % Macoma balthica

bivalve

marin Se lmentaire

(biorduction du

sdiment contamin avec

du slnite)

2.5 heures

AE

22 %

Luoma et al., 1992

Phytoplancton contamin

avec du slnite

AE

34-66 % Elminius modestus

patelle marin

Zooplancton contamin

avec du slnite

30-45

minutes AE

74 %

Rainbow et Wang,

2001

Crassostrea

virginica

bivalve

marin Phytoplancton contamin

avec du slnite

40-60

minutes

AE

70 %

Reinfelder et al.,

1997

Macoma balthica

bivalve marin

Phytoplancton contamin

avec du slnite

40-60

minutes

AE

78 %

Reinfelder et al.,

1997

Mercenaria

mercenaria

bivalve

marin Phytoplancton contamin

avec du slnite

40-60

minutes

AE

92 %

Reinfelder et al.,

1997

Mytilus edulis

bivalve marin

Phytoplancton contamin

avec du slnite

40-60

minutes

AE

86 %

Reinfelder et al.,

1997

Menidia menidia

poisson juvenile marin

Zooplancton contamin

avec du slnite 1-4h

AE

29 %

Reinfelder et Fisher,

1994

25 1AE : LAE est le pourcentage de Se restant dans lorganisme aprs la vidange du tube digestif, par rapport la quantit totale ingre.

1.1.5.3. Bioaccumulation du slnium par la voie trophique

Trs peu dtudes se sont intresses au transfert trophique en prenant en compte les

formes chimiques de slnium initiales. Seule une tude montre chez le poisson chat Ictalarus

punctatus que la SeMet est mieux bioaccumule que le slnite lorsque ces formes sont

incorpores dans la nourriture (Wang et Lovell, 1997). La plupart des tudes de transfert

trophique ralises ont utilis le slnite comme premire source de slnium.

Les principales donnes trouves dans la littrature sont rsumes dans le Tableau 4.

Ltude du transfert trophique du slnium au clam Puditapes philippnarum (phytoplancton

marin Phaeodactylum tricornutumin contamin avec du 75slnite) montre que laccumulation

est un processus rapide, et induit une contamination plus importante que par la voie directe

(Zhang et al., 1990). Aprs 18 jours de contamination, laccumulation du slnium se fait

essentiellement au niveau des viscres puis des branchies. De mme, le poisson Lepomis

macrochirus accumule plus de slnite par la voie trophique que par la voie directe (Besser et

al., 1993). Laccumulation du slnite par ces deux voies seraient additives chez Lepomis

macrochirus (Besser et al., 1993) et Pimephales promelas (Bertram et Brooks, 1986).

Bertram et Brooks (1986) indiquent que les taux de dpuration du slnite suggrent

lexistence de 2 compartiments fonctionnels : un pool de Se non li (inorganique)

correspondant une dpuration rapide (voie directe) et un pool de Se organiquement li

correspondant une dpuration dpendante du mtabolisme cellulaire (voie trophique).

Chez la crevette Lysmata seticaudata, le slnium apport par la voie trophique

(broyat de Mytilus galloprovincialis contamin avec du 75slnite) saccumule principalement

au niveau de la masse viscrale (BCF = 6 20) (Fowler et Benayoun, 1976).

Plusieurs tudes concernant lefficacit dassimilation (AE1) du slnium ont t

ralises, et notamment sur bivalves marins. Le bivalve Macoma balthica a une efficacit

dassimilation du slnium de 86 % lorsquil est nourri avec des diatomes pr-exposes au

slnite et de 22 % lorsquil est nourri avec du slnium lmentaire (sdiment contamin en 75slnite ayant subi une rduction bactrienne) (Luoma et al., 1992). Chez la patelle Elminius

modestus nourrie avec du phytoplancton contamin en 75slnite, lefficacit dassimilation du

slnium varie de 34 66 %. Lorsquelle est nourrie avec du zooplancton, son efficacit

dassimilation est plus importante, de lordre de 74 % (Rainbow et Wang, 2001).

26

27

Chez quatre bivalves marins (Crassostrea virginica, Macoma balthica, Mercenaria

mercenaria et Mytilus edulis), il a t montr que lefficacit dassimilation du slnium tait

proportionnelle la fraction de Se prsente dans le cytoplasme des algues ingres (Isochrysis

galbana contamin en 75slnite), avec une efficacit dassimilation comprise entre 72 et 92

% (Reinfelder et al., 1997). Chez lamphipode L. plumulosus, il ny a pas de relation entre Se

dans le cytoplasme des cellules algales et efficacit dassimilation (Schlekat et al., 2002). Par

contre, ces auteurs ont montr que lefficacit dassimilation du slnium chez le bivalve

Macoma balthica, variait proportionnellement la fraction de Se cytoplasmique dans les

algues ingres et que le bivalve Potamocorbula amurensis pouvait assimiler du slnium non

cytoplasmique partir du phytoplancton.

En ce qui concerne les consommateurs secondaires, ltude du transfert trophique

entre des rotifres contamins avec du slniate et le poisson, montre un assez important

facteur de bioconcentration (BCF = 154-400 p.s.), cependant il est infrieur celui calcul

lors du transfert entre algues et rotifres (BCF = 500 p.s.) (Dobbs et al., 1996). Il a t montr

que lefficacit dassimilation du slnium entre le coppode Acartia sp. (expos au 75Slnite) et le poisson juvnile Menidia sp. ntait que de 29 % (Reinfelder et Fisher, 1994).

Ceci est mettre en relation avec le fait que le 75Slnite saccumulait 60 % dans

lexosquelette des coppodes. Le poisson devait absorber les tissus mous des coppodes et

rejeter lexosquelette chitineux. Ainsi, outre leffet de la spciation des polluants, les

mcanismes de nutrition et de digestion propres chaque organisme modulent les entres du

polluant et conditionnent lefficacit dassimilation dun polluant.

1.1.6.Rle physiologique et toxicit du slnium

Le slnium est essentiel pour la plupart des organismes vivants, mais dans une

gamme de concentrations trs troite, au-del de laquelle il devient toxique (Hodson et Hilton,

1983; EPA, 2004).

A faible concentration, il permet de lutter contre les dommages engendrs par le stress

oxydant, par sa prsence au niveau de la glutathion peroxydase slnium dpendante (Himeno

et Imura, 2000; Arteel et Sies, 2001; Tapiero et al., 2003; Tinggi, 2003; Ducros et Favier,

2004). Cependant, il peut exercer des effets toxiques de plus fortes concentrations.

28

29

Parmi tous les polluants classs comme prioritaires, le slnium est celui qui se

caractrise par la gamme la plus troite entre les concentrations bnfiques pour le biota et les

concentrations dltres. Ainsi, la concentration ncessaire au maintien des processus

mtaboliques est de 0.5 gg-1 p.s. pour les organismes aquatiques et terrestres. Des

concentrations suprieures ce seuil dun ordre de grandeur, pourraient tre toxiques chez le

poisson (EPA, 2004). Des concentrations infrieures 0.1 gg-1 (poids sec) dans la nourriture

de la truite arc-en-ciel peuvent conduire des symptmes de dficience svre, tandis quau-

dessus de 10 gg-1, des effets toxiques commencent se manifester (Hodson et Hilton, 1983).

Chez le poisson, la toxicit (sur la reproduction et le dveloppement) peut se manifester suite

des expositions chroniques dans leau < 5 gL-1 (Lemly, 1999).

1.1.6.1. Rles physiologiques

Le slnium est un lment essentiel pour la majorit des organismes vivants,

indispensable comme cofacteur minral pour la biosynthse de la glutathion peroxydase

(GPx) (Himeno et Imura, 2000; Arteel et Sies, 2001; Tapiero et al., 2003; Tinggi, 2003;

Ducros et Favier, 2004).

De plus, chez les mammifres 30 slnoprotines ont t identifies, ayant un rle

physiologique de premire importance ou bien non encore identifi (Arteel et Sies, 2001).

Jusqu prsent, les protines caractrises fonctionnellement (12) contiennent toutes lacide

amin SeCyst.

Parmi les diffrentes slnoprotines connues, on peut notamment citer (Himeno et

Imura 2000, Arteel, 2001, Ducros et Favier 2004) :

La famille des GPx

Les GPx, enzymes antioxydantes, constituent une des principales lignes de dfense

contre les agressions produites par les radicaux libres de loxygne.

Dans la famille des GPx (subdivise en 4), la plus abondante chez lanimal est la GPx

cellulaire (Himeno et Imura, 2000). Localise essentiellement dans le cytosol, son rle est de

piger le H2O2 (alors que le H2O2 produit dans les peroxysomes est pig par la catalase

localise dans ces organites). La GPx membranaire (phospholipide hydroperoxyde GPx) a un

rle dans la protection des biomembranes contre la peroxydation lipidique. Il existe galement

la GPx extracellulaire (plasmatique) et la GPx gastrointestinale qui, elles aussi, inhibent la

production de radicaux libres (Ducros et Favier, 2004).

30

31

Thiordoxine rductase

Elle est situe dans le cytoplasme des cellules et catalyse la rduction de la

thiordoxine, qui est une protine de faible poids molculaire responsable de la rduction de

biomolcules oxydes. La rduction de la thiordoxine serait un mcanisme important de

rgulation de la croissance cellulaire normale ou tumorale, mais aussi de la mort cellulaire

programme (Ducros et Favier, 2004).

Slnoprotine P

Elle est principalement localise dans le plasma et a la particularit de possder 10

atomes de Se par polypeptide. Sa fonction na pas encore t lucide (Ducros et Favier,

2004). On lui attribue plusieurs rles : un rle antioxydant extracellulaire et une activit

peroxydase spcifique des phospholipides.

En plus de laction de ces slnoprotines, un effet anticancer du slnium est attribu

certains mtabolites du slnium (Tapiero et al., 2003).

1.1.6.2. Mcanismes de toxicit

Substitution Soufre-Slnium

La premire cause de toxicit du slnium est une erreur dans le processus de synthse

protique (Lemly, 2002b). Le soufre, constituant cl des protines, forme des ponts disulfures

entre les diffrents acides amins ce qui confre la protine sa structure tertiaire. Cette

structure est ncessaire pour le bon fonctionnement des protines en tant que composant

cellulaire ou enzyme. Lorsque le slnium est prsent en trop grande quantit, il se substitue

au soufre et forme des ponts trislniures (Se-Se-Se) ou slnotrisulfure (S-Se-S) ce qui

empche la formation des ponts disulfures ncessaires. Les protines ne sont alors plus

fonctionnelles et ne peuvent plus jouer leur rle. Les consquences peuvent tre nombreuses,

la plus documente est un effet tratogne chez le poisson (Lemly, 1993b).

Le slnium peut se substituer au soufre pour former de la SeMet. Lincorporation de

la SeMet la place de la mthionine (Met) naltre pas la structure des protines mais peut

influencer lactivit des enzymes si la SeMet remplace la Met proximit du site actif

(Schrauzer, 2000). Chez les plantes, la toxicit du slnium peut tre explique par la

participation de la SeMet ( la place de la Met) dans linitiation du processus de traduction qui

diminuerait le taux de synthse protique (Eustice et al., 1981).

32

Tableau 5 : Donnes dcotoxicit du slnium

Modle biologique Voie de

contamination

Forme

chimique de Se

Effet observ, dure, et

critre statistique choisi Valeur

Rfrence

bibliographique

slnite LOEC 4 jours

= 3 mgL-1

slniate LOEC 4 jours

= 3 mgL-1

Anabaenas flos aquae

cyanobactrie

Directe

SeMet

Diminution chlorophylle a

aprs 2 et 4 jours, LOEC

LOEC 2 jours

= 0.1 mgL-1

Kiffney et

Knight, 1990

slnite LOEC

> 79 mgL-1

Slniate LOEC

< 79 gL-1

Thalassiosira pseudonana

algue

Directe

slniate

Inhibition du taux de

croissance en phase

exponentielle, LOEC et

EC100 EC100

79 mgL-1

Price et al., 1987

Chlorella pyrenoidosa

algue Directe slniate

Inhibition de croissance en

tat stationnaire, EC50

IC50 = 800

gL-1 Bennett, 1988

Chlamydomonas

reinhardtii algue verte Directe slnite

Inhibition de croissance

96h, EC50

IC50 96h

= 6320 gL-1

Morlon et al.,

2005

slnite NOEC

= 58 gL-1

slniate NOEC

= 116 gL-1

SeMet LC50 96h

= 1.5 gL-1

Corophium sp.

amphipode Directe

slnocystine

Survie 96h, NOEC et

LC50

LC50 96 h

= 12.7 gL-1

Hyne et al.,

2002

Diminution du dbit

ventilatoire aprs 1h, EC50

EC50 1h

= 200 gL-1 Perna perna

moule Directe slnite

Augmentation du dbit

ventilatoire aprs 1h, EC50

EC50 1h

~ 500 gL-1

Watling et

Watling, 1982

slnite Inhibition de croissance,

aprs 12 jours, EC100 Mle Kunming

souris Trophique

Se lmentaire Inhibition de croissance,

aprs 12 jours, EC50

6 mgkg-1j-1 Zhang et al.,

2005

slnite EC100 24 h =

25 mgL-1 Kratinocytes de souris

Directe

(cultures

cellulaires) Slnocystamine(C4H12N2Se2)

Apoptose aprs 24h, EC100

EC100 24 h =

250 mgL-1

Stewart et al.,

1999

33

Formation de radicaux libres

La toxicit du slnium peut provenir de la gnration danions superoxydes due

linteraction du slnium avec des groupements thiols. Un important mcanisme met en cause

la formation de mthyl slnium CH3Se- qui, soit entre dans le cycle redox et gnre du

superoxyde ou un stress oxydant, ou bien forme des radicaux libres qui se lient

dimportantes enzymes ou protines et les inhibent. Par exemple, la SeMet peut donner du

mthylslnol et gnrer un superoxyde en prsence de glutathion (Palace et al., 2004).

Accumulation de slniure dhydrogne

Un second mcanisme met en cause la SeCyst, qui, prsente en excs, induit

linhibition du mtabolisme de mthylation du slnium, engendrant une accumulation de

slniure dhydrogne (mtabolite intermdiaire) dans les animaux et pouvant ainsi causer des

troubles hpatocytaires (Nakamuro et al., 2000).

1.1.6.3. Donnes dcotoxicit concernant les organismes aquatiques

et terrestres

Quelques tudes ont t ralises concernant la toxicit des diffrentes formes de

slnium sur les organismes vivants. Les donnes de toxicit trouves dans la littrature (aussi

bien au niveau de la reproduction, de la croissance, que des activits enzymatiques) sont

rapportes dans le Tableau 5.

Organismes aquatiques

La cyanobactrie Anabaenas flos aquae est 30 fois plus sensible la SeMet quau

slnium inorganique (aussi bien slnite que slniate). Le premier effet (LOEC) sur la

synthse de la chlorophylle a a t observ aprs une exposition de 4 jours 3.0 mgL-1 (38

M) de slnium inorganique (slniate, slnite) versus aprs une exposition de 2 jours 0.1

mgL-1 de SeMet (Kiffney et Knight, 1990).

34

35

Les concentrations essentielles et toxiques de slnite et slniate pour la croissance de

la diatome marine Thalassiosira pseudonana, ont t values (Price et al., 1987). Les

rsultats indiquent que cette algue est plus sensible au slniate quau slnite. Une lgre

inhibition du taux de croissance en phase exponentielle est observe chez T. pseudonana

partir des concentrations suprieures 1 mM (79 mgL-1) de slnite (LOEC). Aucune

dficience de croissance na t observe pour des valeurs atteignant 1 nM (79 ngL-1).

En ce qui concerne le slniate, pour des concentrations infrieures 0.1 M (7,9

gL-1), Thalassiosira a des difficults crotre, le taux de croissance ne reprsente quun

quart de la croissance maximale. Laddition de 1 mM (79 mgL-1) de slniate la culture est

toxique et la croissance est compltement inhibe.

Chez lamphipode Corophium sp. les acides amins slnis, slno-L-mthionine et

slno-DL-cystine, sont plus toxiques (LC50 96h = 1.5 et 12.7 gL-1) que les formes

inorganiques, slnite et slniate (NOEC 96h = 58 et 116 gL-1 ) (Hyne et al., 2002).

Une inhibition de croissance de 50 % chez Chlorella pyrenoidosa a t rapporte pour

une concentration de 800 gL-1 (10 M) de slniate dans le milieu (Bennett, 1988).

Chez E. Coli, la thymidylate synthase ayant de la SeMet substitue la Met, prsente

une activit spcifique 40 fois plus importante que lenzyme normale. De mme, si plus de la

moiti des 150 rsidus de Met sont substitus par de la SeMet, la Galactosidase est inactive

(Schrauzer, 2000).

Des effets toxiques du slnite ont pu tre observs en termes de modifications de

lultrastructure de cellules algales (Morlon et al., 2005) et de lamelles branchiales de poisson

(Lemly, 1993a). Les effets pathologiques observs par Lemly (1993b) au niveau de la

branchie du poisson tlosten Lepomis cyanellus (exposs une contamination au slnium

dans le lac Belews, Caroline du Nord, US) sont une dilatation des sinus et un gonflement des

lamelles branchiales. Cette dilatation des lamelles branchiales due au slnium, pose des

problmes de flux sanguin, dchanges gazeux inefficaces et une rponse mtabolique accrue

(augmentation de la demande respiratoire et de la consommation doxygne). Des effets

tratognes ont aussi t observs dans ce lac. Des effets sur la reproduction et le

dveloppement du poisson peuvent se manifester suite des expositions chroniques dans

leau des concentrations de Se infrieures 5 gL-1 (Lemly, 1999).

36

37

Des dommages ultrastructuraux chez la daphnie ont t observs ds 16 h dexposition

2 mgL-1 de slnite (Schultz et al., 1980). Dans tous les tissus observs (muscles, nerf), les

premiers organites touchs taient les mitochondries. Elles commenaient par gonfler et

semblaient se dsorganiser. Le gonflement tait suivi par lapparition de granules denses dans

la matrice mitochondriale. Les mitochondries pouvaient finir par dgnrer avec le temps.

Mammifres terrestres

Plusieurs auteurs ont montr une toxicit du slnium chez la souris qui tait

largement dpendante de la forme chimique de Se considre. Ainsi, Zhang et al. (2005),

montrent que le slnite prsente une toxicit plus importante que le slnium lmentaire

pour la souris. Ils observent dans le foie de souris, aprs administration de slnite, une

diminution de la catalase et de la superoxyde dismutase, une augmentation du malonaldhyde

A, ainsi quune diminution du glutathion et paralllement, une augmentation des glutathion

peroxydase et transfrase. Les modifications de ces marqueurs sont le signe dun stress

oxydant aprs exposition au slnite.

Stewart et al. (1999), montrent galement par des tudes in vitro sur cultures

cellulaires de souris, que le slnium peut induire un stress oxydant et lapoptose. Ils montrent

que le slnite et la slnocystamine cre des adduits lADN, lapoptose et quils sont

cytotoxiques pour les kratinocytes de souris. En revanche, aucun effet ntait observ aprs

exposition la SeMet.

La dose ltale moyenne de SeMet (LD50) chez des rats ayant reu une injection

intraperitonale est de 4.25 mgkg-1 et ainsi, comparable celle du slnite et slniate. Les 2

isomres de la SeMet ( L- et D- slnomthionine) prsentent la mme toxicit chez le rat et

sont tous les 2 accumuls dans le muscle squelettique, cur, foie et rythrocytes des degrs

quivalents, il ny a que le taux de Se plasmatique qui est plus faible dans le cas de la slno-

L-mthionine (Schrauzer, 2000).

Il a galement t montr que le slnite de sodium pouvait altrer le potentiel de

membrane de la mitochondrie et donc contribuer lapoptose (Kim et al., 2002) chez le rat.

Loxydation des groupements thiols par le slnite, entranerait une chute du potentiel de

membrane mitochondriale engendrant un relargage de cytochrome c, conduisant lapoptose.

Leffet anticancer du slnium pourrait tre du ce phnomne.

38

Figure 5 : Modle biologique, C. fluminea, positionn dans le substrat.

1 cm

39

1.2. Le modle biologique tudi : Corbicula fluminea

Le bivalve Corbicula fluminea a t choisi car il est trs reprsentatif des cosystmes

aquatiques continentaux. Il peut tre retrouv dans de nombreux cosystmes aussi bien

lotiques que lentiques. Dautre part, sa physiologie respiratoire a largement t tudie

rcemment (Tran et al., 2000; Tran et al., 2001; Tran et al., 2002; Tran et al., 2003; Fournier

et al., 2004; Tran et al., 2004a; Tran et al., 2004b).

1.2.1.Origine

C. fluminea ou palourde asiatique est un bivalve deau douce fouisseur vivant

linterface entre le substrat et la colonne deau (Figure 5). Cest une espce invasive qui a tout

dabord colonis les continents asiatique, africain, australien et la Nouvelle guine, pour

ensuite coloniser le continent nord amricain. Elle est lheure actuelle en pleine phase

dexpansion en Europe. Des densits allant jusqu 2500 individusm-2 ont t rencontres au

sein de rivires anglaises (Aldridge et Muller, 2001).

1.2.2.Intrt cotoxicologique : espce bioindicatrice

C. fluminea est un modle biologique trs utilis en cotoxicologie aquatique. Il

rpond aux critres dun bon bioindicateur de pollution : il est prsent en grande quantit, il

est sdentaire, ubiquiste, de collecte facile, de taille et de dure de vie ncessaire et suffisante

(3-4 ans) et il possde une relativement large rsistance aux pollutions.

1.2.3.Ecologie

C. fluminea est une espce benthique peu exigeante quant son habitat. Elle colonise

aussi bien les systmes lotiques que lentiques. Espce opportuniste, elle prfre les substrats

composs de sable et de graviers, mais peut saccommoder de substrats mous comme les

fonds vaseux. Elle peut coloniser des milieux dont les tempratures extrmes sont comprises

entre 2 et 34 C. Loptimum thermique se situe entre 20 et 25 C (Foe et Knight, 1986). Elle

peut vivre dans des milieux dont la salinit est comprise entre 0 3 (Gunther et al., 1999).

40

Figure 6 : Schma des principaux organes de C. fluminea (Britton et Morton, 1982).

41

Une tolrance de C. fluminea des salinits allant jusqu 13 a t dcrite par

certains auteurs (Morton et Tong, 1985). Son rgime alimentaire est microphage slectif, se

nourrissant prfrentiellement dalgues, organismes zooplanctoniques, bactries et dtritus

organiques. Il sagit dune espce hermaphrodite (Dillon, 2000).

1.2.4.Anatomie et physiologie

Dans un contexte de bioaccumulation de contaminants, on peut distinguer 2

compartiments chez C. fluminea : la coquille (ou exosquelette), forme de 2 valves

quilatrales et le corps mou qui comprend la masse des organes (Figure 6). Le manteau

recouvre entirement la face interne de la coquille et englobe lensemble du corps mou. Les 2

lobes du manteau fusionnent postro-latralement pour former les siphons inhalant et

exhalant. Les branchies permettent C. fluminea de filtrer leau pour assurer les changes

respiratoires (leau passe sur lpithlium respiratoire des branchies o loxygne va diffuser

de leau vers le sang) et se nourrir en pigeant des particules dont la taille peut atteindre

quelques m (algues unicellulaires phytoplanctoniques, bactries ou bien particules

organiques). Leau entre par le siphon inhalant, circule dans la cavit pallale et les branchies

pour ressortir par le siphon exhalant.

Lactivit ventilatoire est provoque par les battements des cils latraux situs sur les

branchies. Les mouvements des valves ne sont pas responsables de larrive de leau sur les

surfaces dchange, mais leur fermeture interdit toute circulation deau en protgeant la masse

des organes. Les muscles adducteurs sont lorigine de lactivit valvaire. Le pied de C.

fluminea sert la locomotion dans le substrat.

42

Figure 7 : Reprsentation schmatique de la branchie de bivalve (Le Pennec et al., 2003)

Figure 8 : Organisation dune branchie filaments rflchis (Mytilus edulis)

(daprs Le Pennec et al., 2003)

Lame interne Lame externe

Manteau

Feuillet direct (= descendant)

Axe branchial

Septe interfolliaire Feuillet rflchi (= ascendant)

Cavit interfollaire

Gouttire alimentaire

Espace lacuneux

Jonction interfilamentaire

Cils fontaux

Cils latro- fontaux

Cils latraux

43

1.2.5.Branchies et mcanique ventilatoire

1.2.5.1. Anatomie des branchies

La branchie existe de chaque ct du corps sous forme de 2 lames, externe et interne

(Figure 7). Chaque lame est constitue dun feuillet descendant et dun feuillet ascendant

relis laxe branchial. Cest dans cet axe que se trouvent les troncs vasculaires affrent et

effrent et les principaux muscles assurant les mouvements branchiaux (Le Pennec et al.,

2003). Llment de base de la branchie est le filament. Tous les filaments sont disposs en

srie, parallles entre eux. Chez C. fluminea, comme chez tous les eulamellibranches, ils sont

longs troits et rflchis (Figure 8). Sur une mme lame, tous les feuillets sont semblables, on

parle de branchie lisse. La ciliature des filaments consiste essentiellement en cils frontaux,

latro-frontaux et latraux. Leau circule dans le tissu branchial grce au mouvement des cils

latraux. On considre que les ostiums participent, en fonction de leur degr

douverture/fermeture, la rgulation du dbit. Chaque filament est soutenu par un tissu

conjonctif, par des fibres musculaires et un tissu de soutien (chitine).

1.2.5.2. Fonction des branchies

Les branchies remplissent plusieurs fonctions : lhmatose du sang et la capture de

particules alimentaires. Les cellules ciliaires et mucus attirent, slectionnent, capturent et

conduisent les particules vers les palpes et la bouche. Lintensit de lactivit dpend de

nombreux facteurs extrieurs dclencheurs comme la temprature, la charge particulaire et de

facteurs internes de rgulation (Tran et al., 2002; Le Pennec et al., 2003).

1.2.5.3. Mcanique ventilatoire

La rgulation du dbit ventilatoire dpend dune part de lactivit des cils et dautre

part de la contraction des muscles branchiaux (Gardiner et al., 1991; Medler et Silverman,

2001; Gainey et al., 2003).

44

Figure 9: Schma de deux filaments branchiaux montrant les cils impliqus dans

lactivit ventilatoire du bivalve (modifi daprs Jorgensen, 1990).

Figure 10 : Structure branchiale (daprs Medler et Silverman, 2001).

Figure 11 : a. Dimension des tubes aquifres chez 3 bivalves lors du relchement et de

la contraction musculaire de 3 bivalves. b : coupe transversale de branchies relches de M.

mercenaria ; c : coupe transversale de branchies contractes de M. mercenaria (Gardiner et

al., 1991).

a b

c

Eau inspire

ostium

Cils latraux (mouvement deau)

Cils frontaux (dplacement des particules)

Cils latro-frontaux (collecte des particules)

Fibres musculaires Ostium externe

Ostium interne Tissu conjonctif

filament

45

Le rle des cils

Les trois types de cils qui se trouvent sur les filaments ont chacun une fonction bien

prcise dans la mcanique ventilatoire (Figure 9). Les cils latraux, situs dans les canaux

interfilamentaires o se trouve un pithlium respiratoire, crent un mouvement deau et sont

donc responsables de lactivit ventilatoire (Jorgensen, 1990). Il existe aussi les cils latraux

frontaux qui vont collecter les particules alimentaires (Silverman et al., 1996). Les cils

frontaux vont quant eux vont fonctionner comme un tapis roulant sur lequel sont

transportes les particules alimentaires pour tre emportes vers les palpes labiaux, la bouche

et le tractus digestif. Les particules sont piges par un tapis de mucus et les cils frontaux

dplacent ce mucus.

Le rle des muscles

Le diamtre des passages deaux travers les branchies dpend des contractions de la

musculature branchiale (Figure 10). Jorgensen (1990) dcrit la mcanique ventilatoire chez

les bivalves filtreurs. Il indique que lactivit ventilatoire varie avec le degr douverture des

valves et louverture des siphons. Suite la fermeture des valves, une modification de

lextension du siphon et du manteau est observe, ce qui peut affecter la pompe branchiale en

affectant les distances interfilamentaires. Les muscles qui rtractent le manteau et le siphon

sont en continuation des muscles qui se trouvent la base des branchies. Ainsi, la rtractation

du manteau et siphon peut diminuer laxe branchial et donc celui des hmibranchies. Une

diminution des canaux interfilamentaires est alors constate, cependant, la largeur des

filaments reste identique. Cette rduction de la largeur du canal interfilamentaire (drive

dune fermeture des valves) participerait la diminution du dbit ventilatoire. Une relaxation

excessive des muscles namplifie pas ou que trs peu la capacit ventilatoire.

Medler et Silverman (2001), qui ont tudi leffet dune modification de la

musculature branchiale de C. fluminea sur les processus de ventilation, indique que les

muscles des Eulamellibranches sont organiss dune faon rguler la dimension des

passages deau. Ils montrent que la contraction des muscles branchiaux diminue la distance

interfilamentaire, la taille des ostiums internes et du tube aquifre (Figure 11). Ceci indique

que laltration du tonus musculaire des muscles lisses peut modifier le dbit ventilatoire.

46

Figure 12 : A : Coupe transversale de branchie montrant 3 filaments chez Dreissena

polymorpha. f : cils frontaux ; c : cils latro-frontaux ; l : cils latraux ; e : cellules

pithliales ; o : ostium ; i : ostium interne ; w : tube aquifre ; w : tube aquifre central ;

trait = 25 m. B : Dtails des cellules pithliales de filaments f : cellules pithliales

frontales ; p : cellules pro-latro-frontales ; c : cellules latro-frontales ; l : cellules

pithliales latrales ; e : cellules pitheliales indiffrencies; m : cellules mucus, ct : tissu

conjonctif. trait = 5 m (Silverman et al., 1996).

Figure 13 : A : Coupe transversale de branchie dAnodonta (antrio-postrieure de

gauche droite). B : Coupe transversale de filaments (dorso-ventral). F : filament ; NM :

bande musculaire ; O : ostiums. trait = 50 m. (daprs Gardiner et al., 1991).

A B

A B

47

Gardiner et al. (2001), montrent que chez les moules deau douce, il existe 2 types de

bandes de muscles stris. Il y a dune part, les bandes de muscles situes la base des

filaments. Elles alternent avec les ostiums. Lors de la contraction de ces muscles, on a

diminution du canal interfilamentaire. Dautres fibres musculaires se trouvent au niveau de

lpithlium qui borde le tube aquifre et autour de lostium interne. Ils contrlent le diamtre

des ostiums internes.

1.2.6.Facteurs du milieu influenant la physiologie respiratoire de C. fluminea

Certains facteurs du milieu sont susceptibles dinfluencer lactivit valvaire

(mouvement douverture et de fermeture des valves) et ventilatoire des bivalves, ce qui peut

entraner des variations tout fait importantes dans les taux daccumulation dun polluant

(Tran et al., 2001; Tran et al., 2002; Tran et al., 2004b). Loxygne, la variation de

concentration de plancton, la temprature, le stress ainsi que la nature du contaminant, sont

parmi les facteurs qui peuvent entraner des variations de dbit ventil.

Oxygnation du milieu

C. fluminea est capable de maintenir constante sa consommation doxygne lorsque

loxygnation du milieu varie de lhypoxie (10 % de saturation lair) jusqu lhyperoxie

(200 % de saturation lair) (Tran et al., 2000). C. fluminea maintient lhomostasie de son

milieu intrieur en termes doxygnation via un ajustement de la ventilation et sans

modification du dbit cardiaque.

Ces changements doxygnation du milieu (de 4 40 kPa) modifient profondment les

processus de contamination par le cadmium (Tran et al., 2001). LO2 peut influencer les

cintiques de charge du polluant et lorganotropisme en modifiant les teneurs relatives de

bioaccumulation dans les organes. Lorsque lO2 diminue dans le milieu, C. fluminea

hyperventile pour maintenir constant lapprovisionnement en O2 dans ses cellules. En

hypoxie, les flux de cadmium traversant les cavits branchiales augmentent,

lhydrodynamisme de leau ventile est modifi et lanimal se contamine plus vite par voie

directe.

48

Tableau 6 : Facteurs environnementaux pouvant modifier la physiologie respiratoire

de C. fluminea.

Facteur du milieu

tudi

Effet physiologique

observ

Rfrence

bibliographique

Densit algale Ajustement du dbit

ventilatoire

Tran et al., 2002.

Temprature Ajustement du dbit

ventilatoire

Tran et al., 2002.

pO2 Ajustement du dbit

ventilatoire

Tran et al., 2000 ;

Tran et al., 2004

pCO2 Ajustement du dbit

ventilatoire Tran et al., 2004

Polluant U Fermeture des valves Fournier et al., 2004

Polluant Cd Fermeture des valves Tran et al., 2003

Polluant Cu Fermeture des valves Tran et al., 2004

Polluant U

Ajustement du dbit

ventilatoire

Ajustement de

louverture/fermeture

des valves

Tran et al., 2004

49

Densit de phytoplancton

La nourriture a une influence fondamentale sur lactivit ventilatoire et ceci dpend de

la temprature. A 15 C, la ventilation dpend de lapport trophique quand la concentration de

plancton dans le milieu est < 2105 cellsmL-1, tandis qu 25 C la ventilation dpend de

lapport trophique quand la concentration de plancton est < 5105 cellsmL-1 (Tran et al.,

2002).

Temprature

Lactivit ventilatoire de C. fluminea dpend de la temprature via son influence sur le

mtabolisme. Une augmentation de mtabolisme demande un approvisionnement en oxygne

(comburant) et en nourriture (carburant) plus important, ainsi quune augmentation de la

vitesse dlimination du CO2, un des produits finaux du mtabolisme (Tran et al., 2002). Le

phnomne a t montr chez divers bivalves dont Brachidontes striatulus (Masilamoni et al.,

2002). Tran et al. (2002) montrent que les niveaux de base en termes de dbit ventilatoire de

C. fluminea sont de 12.8 mLh-1g-1 pour des concentrations de plancton non limitantes (>

2105 cellsmL-1) 15 C et de 26.5 mLh-1g-1 pour des concentrations de plancton non

limitantes (> 5105 cellsmL-1) 25 C.

pH

Fournier et al. (2004) nont pas observ deffet direct dune modification du pH de 6.5

5.5 sur lactivit valvaire de C. fluminea, cependant un effet indirect a t observ. En

prsence duranium, la chute de pH entrane une modification de la spciation chimique de

lU(VI) en solution et entrane la fermeture des valves. Une diminution des priodes dactivit

a t observe chez un autre bivalve Anadonta cygnea quand le pH passait de 8 4 (Pynnnen

et Huebner, 1995).

Prsence dun contaminant

Les bivalves possdent un moyen de protection vis vis de la survenue dun

contaminant qui est la fermeture rapide de leurs valves. Diffrents valvomtres actuellement

sur le march, permettent lenregistrement de lactivit valvaire des bivalves.

50

51

Lenregistrement de ces mouvements peut tre utilis sur le terrain pour la dtection

de pollutions aigus (Slooff et al., 1983; Kramer et al., 1989; Sluyts et al., 1996) ou en

laboratoire pour valuer la toxicit de composs chimiques (Markich et al., 2000). Les auteurs

dterminent des seuils de sensibilit aux polluants pour une espce de bivalve donne, au-del

desquels lactivit valvaire de ces bivalves est perturbe (Markich et al., 2000; Tran et al.,

2003; Fournier et al., 2004; Tran et al., 2004a). Des modifications de lactivit ventilatoire de

C. fluminea ont galement t rapportes dans la littrature. Tran et al. (2004) montrent une

chute du dbit ventilatoire en prsence duranium. A notre connaissance, une seule

publication (Watling et Watling, 1982) a rapport des effets du slnium au niveau de

lactivit ventilatoire dun bivalve. Chez la moule Perna perna, ils ont test leffet dune

exposition directe au slnite sur 1 heure. Ils rapportent une inhibition de la ventilation des

concentrations de slnite allant de 100 300 gL-1, une stimulation de 300 700 gL-1 et

puis une inhibition aux valeurs plus leves.

2. DEMARCHE EXPERIMENTALE ET PRINCIPAUX PARAMETRES ETUDIES

2.1.1.Dmarche exprimentale

Le slnium est prsent dans lenvironnement sous plusieurs tats doxydation

et sous diverses formes chimiques ( 1.1.1.1). Il a t montr que sa bioaccumulation et sa

toxicit dpendaient des diffrentes formes chimiques mises en jeu ( 1.1.5 et 1.1.6). Les

effets des diffrentes formes chimiques de Se sur sa biodisponibilit, sa bioaccumulation et sa

toxicit ont t trs tudis chez les organismes phytoplanctoniques. En revanche, peu

dtudes se sont intresses aux maillons trophiques suprieurs. De plus, ltude de la voie

trophique et de la voie directe sur un mme modle biologique a rarement t fait.

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Dans ce