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Minamata, Japon 1949 ; les premières victimes d’une maladie
mystérieuse sont identifiées. L’origine du mal, le mer-cure rejeté
par l’entreprise Chisso, ne sera officiellement identifiée qu’après
plusieurs années de recherche et de polémiques et des milliers de
victimes. Ce drame mettait en évidence l’impact des contaminations
chimiques d’origine anthropique sur l’envi-ronnement dans un monde
de plus en plus industrialisé. Une nouvelle discipline,
l’éco-toxicologie (mot proposé par René Truhaut en 1969) se
structure à partir des années 1970 pour répondre aux questions
amples et nouvelles qui en résultent. Les méthodes de laboratoire
se développent et se stan-dardisent, pour comprendre, mesurer
l’ef-fet toxique des produits chimiques et des effluents sur les
organismes. Elles fondent les premières approches de l’évaluation
du risque des substances chimiques.Analyser la diversité biologique
dans son milieuSur le terrain, bien qu’utile, l’analyse
phy-sico-chimique apparaît insuffisante ou trop coûteuse pour
appréhender un ensemble de variables, nombreuses et hétérogènes.
Pour embrasser la complexité du vivant, les chercheurs, reprenant
des principes explorés dès le début du XXe siècle, vont se servir
de sentinelles vivantes, les bioindicateurs. Les premières méthodes
s’appuient sur l’analyse
d’organismes simples (microalgues, inverté-brés…). Jean Verneaux
du CTGREF1 définit en 1976 un indice de qualité biologique
glo-bale. Normalisation par l’AFNOR et diversi-fication des
méthodes s’affirment au cours des années 1980. Michel Coste au
Cema-gref, élabore l’indice biologique diatomées et l’indice de
polluosensibilité spécifique.Combiner laboratoire et terrainÀ
partir des années 1990 la prise en compte globale de la qualité
écologique des eaux devient une exigence. Avec le développe-ment
analytique, la mise en évidence de pollution jusqu’alors ignorée,
perturba-teurs endocriniens, cosmétiques, résidus de médicaments…
Les interrogations croissantes de la so-ciété et la multiplication
des textes réglementaires (REACH2, DCE3 ) orientent les équipes du
Cemagref vers des recherches toujours plus proches du terrain.
Elles recourent à la modélisation et intègrent, pour répondre à la
complexité du milieu et des phénomènes étudiés, les com-pétences de
plusieurs disciplines. C’est pour poursuivre et amplifier ces
efforts que le TR Belca a été créé en 2009.
Surveiller et protéger les cours d’eau : l’écotoxicologie
grandeur nature
Mesurer la contamination chimique des cours d’eau et révéler son
impact sur le vivant
De nombreuses substances chimiques, pesticides, médicaments,
métaux lourds…, sont présentes en mélange, à faibles doses et en
permanence dans les cours d'eau. Sous quelles formes chimiques ces
molécules agissent-elles ? Quels sont leurs effets sur les
organismes vivants ? Sont-ils capables de résister ou de s'adapter
? Comment mesurer les concentrations toxiques dans le milieu ? Les
chimistes, les biologistes et les écologues du TR Belca analysent
les milieux aquatiques avec différentes approches pour répondre à
ces questions. Notre objectif est double : comprendre l'impact de
la contamination chimique sur la vie aquatique aux niveaux de
concentrations observés dans les milieux naturels et améliorer les
outils de diagnostic induits par la Directive cadre européenne sur
l'eau (DCE) en intégrant le risque toxique. Nos recherches se
fondent sur l'observation des réponses des organismes dans
différentes conditions d'exposition chimique : contaminant isolé,
mélanges de molécules, exposition réelle dans la rivière. Les
mesures chimiques et biologiques sur le terrain et la modélisation
complètent les essais menés au laboratoire sur des espèces modèles.
Ces travaux impliquent de nombreuses collaborations régionales,
nationales et européennes.
Jeanne Garric,animatrice du thème de recherche Belca,
unité de recherche Milieux aquatiques, écologie et pollutions,
Lyon
Pascal Griset, professeur d'histoire contemporaine à
l'Université Paris-Sorbonne
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N°4 - AVRIL 2011
Belcaen perspective
30 ans pour l'environnement en 12 thèmes de recherche
Arceau Inspire Sedyvin Belca Rivage Synergie DTAM TED Quasare
Motive Geusi SPEE
Écotoxicologie et bioindication
des milieux aquatiques
Les interrogations croissantes de la société et la
multiplication des textes réglementaires orientent les équipes
vers des recherches plus prochesdu terrain.
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1Un des organismes fondateurs du Cemagref - 2REACH est le
règlement sur l'enregistrement, l'évaluation, l'autorisation et les
restrictions des substances chimiques -
3Directive cadre européenne sur l'eau
Les micropolluants non éliminés dans les stations d'épuration
menacent la santé de nos rivières : c'est le cas de certaines
familles de médicaments
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Belcaen partenariat
Belcaen action
Le laboratoire pour comprendre et anticiperLe laboratoire reste
le lieu privilégié pour mesurer les impacts toxiques des molécules
sur les organismes, comme les médicaments dont on sous-estimait
encore récemment la présence dans les écosystèmes et les effets
potentiels. Durant les années 2000, le Cemagref s'est impliqué dans
trois programmes de recherche européens1 sur l'évaluation du risque
environnemental des produits pharmaceutiques. Les bioessais
réalisés en conditions contrôlées sur différents groupes
d'organismes vivants (algues, poissons, invertébrés) mettent en
évidence les impacts potentiellement toxiques de certaines
molécules, comme les antibiotiques, certains antidépresseurs et les
hormones, ainsi que l’importance des études à long terme pour
prédire le risque toxique sur les organismes aquatiques.
Des invertébrés "en cage" pour alerterPour diagnostiquer les
impacts toxiques dans le cours d'eau, les chercheurs utilisent des
invertébrés qu'ils immergent dans le milieu. Les travaux réalisés à
Lyon sur le gammare, petit crustacé commun dans les rivières, ont
permis au cours des cinq dernières années, de développer des
biomarqueurs qui signent l’exposition et la réponse des organismes
à trois grandes classes de toxiques. Les perturbateurs
endocriniens, les substances neurotoxiques et
L'écotoxicologie appliquée aux milieux d'eau douce est un sujet
vaste et complexe, car il concerne de nombreux organismes vivants
susceptibles d'être impactés par une multitude de molécules
toxiques. En parallèle des travaux menés au laboratoire, le TR
Belca met au point des méthodologies de suivi d'organismes vivants
dans les rivières. Ces deux approches complémentaires sont
nécessaires pour l'évaluation du risque toxique dans les cours
d'eau, un enjeu au cœur de la Directive cadre européenne sur
l'eau.
ÉcotoxicologieLa recherche et l'action
Qualité des milieux aquatiques européens
Et maintenant, harmoniser !
La mise en œuvre de la Directive cadre européenne sur l'eau
(DCE) apporte un regain d'intérêt pour les bioindicateurs, espèces
végétales ou animales ou groupes d'espèces dont la présence, la
diversité et l'abondance nous renseignent sur l'état écologique des
écosystèmes aquatiques. C'est aussi une occasion unique pour les
hydrobiologistes européens de comparer leurs approches pour une
évaluation commune des milieux.
La DCE a pour objectif d'atteindre d'ici 2015 un bon état
écologique des milieux aquatiques en Europe. Sa mise en œuvre
nécessite l'emploi d'outils comparables entre les États membres.
Cela passe par un important travail de mise en commun des données,
de comparaison des méthodes et d'harmonisation des seuils de
qualité, auquel participe ac-tivement le TR Belca. À Bordeaux, les
spécialistes des dia-tomées, du phytoplancton et des macrophytes
développent des outils de bioindication répondant aux exigences de
la DCE. Rivières et plans d'eau ont leur batterie d'outils
spéci-fiques dont certains sont déjà appliqués en routine en
France.
Des indicateurs déjà opérationnels pour la DCEL'indice
biologique diatomique (IBD) mis au point par le Cemagref traduit
bien les pollutions aux matières organiques et au phosphore dans
les rivières. Utilisé depuis les années 90 pour surveiller la
qualité des cours d'eau français, il vient de passer avec succès
l'exercice de l'inter-calibration. Plus ré-cemment, les chercheurs
ont construit un indice utilisant les organismes du phytoplancton
pour préciser l'état écologique des plans d'eau (IPLAC). Il est
aujourd'hui confronté aux in-dices proposés par d'autres
spécialistes européens. Normalisé depuis 2003, un indice
macrophytes1 applicable aux rivières (IBMR) est en cours de
modification pour répondre aux atten-dus de la DCE. Enfin, après
proposition et normalisation d'un protocole de terrain pour
recueillir des données comparables entre elles, un indice
macrophytes plans d'eau (IBML) est en cours d'élaboration. Les
diatomées sont des algues unicellulaires
très sensibles aux conditions
environnementales - diatomées indicatrices d'une qualité
globale
de l'eau excellente (fond bleu) à très
mauvaise (fond rouge)
La construction d'un indicateur nécessite d'acquérir de
nombreuses données sur le terrain (ici prélèvement de végétaux dans
le lac de Lacanau)
Contacts : Juliette Rosebery, Vincent Bertrin, Christian Chauvin
et Christophe Laplace, unité de recherche Réseaux, épuration et
qualité des eaux, Cemagref Bordeaux.Pour en savoir plus :
https://hydrobio-dce.cemagref.fr/
1Terme désignant les plantes visibles à l'œil nu
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© M. Coste
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Biofilm
Alerte aux pesticidesPrésent dans toutes les rivières, le
biofilm est un assemblage naturel de microorganismes composé
surtout d'algues, de bactéries et de champignons. Une exposition
prolongée aux pesticides peut modifier sa structure et son
fonctionnement
via notamment des mécanismes d'adaptation. C'est ce que les
chercheurs1 ont observé dans le cadre de travaux couplant des
suivis chimiques et biologiques sur un bassin versant viticole
fortement contaminé au diuron, un herbicide très présent dans les
cours d’eau. Ils ont observé une hausse significative des capacités
de tolérance au diuron des communautés photosynthétiques
(microalgues et cyanobactéries) dans les zones les plus polluées.
Les résultats montrent aussi une augmentation de la capacité de
biodégradation du diuron
des communautés bactériennes en fonction du gradient de
contamination. Dans les cours d'eau, ces mécanismes
d'adaptations
se mettent rapidement en place et à cet égard, le biofilm peut
être
considéré comme un indicateur précoce de la contamination
aux
pesticides.
Les dreissènes
Des "éponges"… à métaux lourdsLes dreissènes sont de bonnes
candidates pour surveiller la contamination aux métaux lourds dans
les rivières. Tel est le constat établi par les chercheurs aux
termes d'essais menés au
laboratoire et sur le bassin de la Seine. Parmi les atouts de
l'espèce,
on peut citer un mode de vie sédentaire, une tolérance aux
stress
et une capacité à concentrer les contaminants du milieu dans
leurs
tissus. Au laboratoire, les chercheurs ont étudié deux
paramètres
influençant directement l'accumulation des métaux dans les
dreissènes : la composition chimique de l'eau, la qualité et la
quantité de nourriture. Ces données ont été intégrées à un modèle
de bioaccumulation qui décrit l'accumulation des métaux lourds par
l'eau et la nourriture tout en considérant l'excrétion et les
variations de poids des organismes. À partir du suivi de
contamination d'organismes transplantés dans la rivière, le modèle
s'est avéré pertinent pour évaluer la
fraction métallique biodisponible1 , car il intègre à la fois
des paramètres environnementaux et biologiques.
2699
98
les substances génotoxiques qui agissent respectivement sur le
système hormonal, le système nerveux et le matériel génétique. Des
tests réalisés sur des gammares, gastéropodes, chironomes implantés
dans des milieux pollués permettent aujourd'hui de révéler en
quelques semaines la présence de contaminants parfois indécelables
par des techniques d'analyse chimique.
Des communautés naturelles de diatoméespour compléter le
diagnosticÀ Bordeaux, les expérimentations in situ concernent les
commu-nautés de diatomées. Les échantillons sont prélevés sur
subs-trats naturels (galets) ou artificiels (lames de verre
immergées dans l´eau). Le diagnostic se fonde sur une analyse fine
des communautés de diatomées : descripteurs qualitatifs (structure
spécifique, développement préférentiel d'espèces pionnières,
déformations) et quantitatifs (numérations cellulaires, mortalité,
efficacité photosynthétique). Aux premiers indices conçus dans les
années 90 pour quantifier l´état trophique des cours d'eau
(matières organiques, nutriments), comme par exemple l'IBD, sont
adossés aujourd'hui de nouveaux outils d'évaluation du risque
toxique. Parmi les résultats récents acquis par les chercheurs, on
peut citer le lien entre apparition d´anomalies morphologiques et
présence de métaux dans le milieu.
Contacts : Benoit Ferrari, Jeanne Garric, Olivier Geffard et
Marion Gust, unité de recherche Milieux aquatiques, Cemagref Lyon
;Soizic Morin, unité de recherche Réseaux, épuration et qualité des
eaux, Cemagref Bordeaux.Pour en savoir plus :
http://www.cemagref.fr/le-cemagref/lorganisation/les-centres/lyon/ur-maly/laboratoire-decotoxicologie
ingénieurs
et chercheursarticles à comité de lecture
Le biofilm forme une couche visqueuse et glissante à la surface
des cailloux, plantes et objets immergés
Belcaen bref
Belcadepuis sa création en 2009
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En parallèle des travaux menés
au laboratoire, les chercheurs mettent au
point des méthodologies de suivi d'organismes
vivants dans les rivières.
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© Photos Cemagref (Hban, équipe Belca)
Les dreissènes (Dreissena polymorpha) se déplaçant très peu,
sont de "bons" accumulateurs de polluants
Contacts : Adeline Bourgeault et Catherine Gourlay-Francé, unité
de recherche
Hydrologie et bioprocédés, Cemagref Antony.
Contacts : Stéphane Pesce et Christelle Margoum, unité de
recherche Milieux aquatiques,
écologie et pollutions, Cemagref Lyon.
Les gammares, présents dans la plupart des rivières françaises,
sont de bons indicateurs de la qualité de l'eau
1Rempharmawater (2000-2003), Envirpharm (Lyon 2003), ERApharm
(2005-2007)
© M
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te
© M. Coste
1Travaux conjoints du Cemagref et de l'INRA avec le soutien
financier de l'ONEMA
1Ensemble des molécules susceptibles d'entrer en contact ou de
contaminer un organisme.
contrats surressources propres
-
1Polar organic chimical integrative sampler - 2Semi-permeable
devices - 3Diffusive gradients in thin-films -
4http://www.aquaref.fr/
Mon agrégation de biologie en poche, je me suis tout d'abord
orienté vers l'enseignement. Mais le "virus" de la recherche,
acquis au cours d'une thèse en modélisation écologique et d’un
post-doc en biologie évolutive m'a repris. En 2006, j'intègre le
laboratoire d'écotoxicologie à Lyon pour développer un nouvel axe
de recherche dédié à la dynamique des populations en lien avec la
qualité chimique des milieux. Nos organismes modèles sont des
invertébrés d'eau douce dont nous connaissons bien les cycles de
vie et avec lesquels le laboratoire développe des tests et des
biomarqueurs. Mon approche mathématique vise à évaluer la capacité
des populations à se maintenir dans les eaux polluées à partir de
données biologiques acquises à l'échelle des individus. Des
analyses statistiques permettent aussi d’interpréter les réponses
des organismes entre impact toxique et influence d’autres
paramètres du milieu comme la température. Ces informations sont
importantes car de ce que disent nos outils biologiques découleront
de futurs programmes de restauration des rivières.
1
2
3
Arnaud ChaumotDes maths appliquées… à l'écotoxicologie
Belca, c'est aussi…Le projet DIESE pour développer et coupler
des outils physico-chimiques et biologiques adaptés à l'évaluation
du risque toxique des sédiments de retenues, M. Babut, A. Dabrin,
V. Archaimbault, B. Ferrari, M. Coquery, Lyon // Le laboratoire de
chimie LAMA met en œuvre des méthodologies d'échantillonnage et de
mesure de substances émergentes dans les milieux, M. Coquery, C.
Miège, Lyon // Avec le PIREN Seine, l'ONEMA, la région Rhône-Alpes,
développement de biomarqueurs d'impacts génotoxiques des
contaminants sur les invertébrés, F. Vincent-Hubert, Antony, O.
Geffard, Lyon // En savoir encore plus : www.cemagref.fr >
sciences et technologies > les thèmes de recherche.
C'est à Bordeaux, dans le laboratoire de chimie des eaux,
qu'exerce Nicolas Mazzella. Son travail, entre recherche et
transfert vers les acteurs de l'eau, se focalise sur de nouvelles
méthodes chimiques pour mesurer la contamination aux
pesticides.
Nicolas Mazzella travaille dans l'unité
de recherche Réseaux, épuration et qualité
des eaux à Bordeaux.
> Vous travaillez sur une nouvelle génération
d'échantillonneurs, les POCIS. Quelles sont leurs spécificités
?Immergés quelques jours à plusieurs semaines dans la rivière, les
POCIS1 extraient et concentrent en continu les contaminants
organiques dissous dans les milieux aquatiques. Ces outils récents
- les premières publications scientifiques remontent à 2004 - sont
testés sur une large gamme de pesticides agricoles à Bordeaux, mais
aussi sur différents polluants émergents comme les substances
pharmaceutiques à Lyon dans l'équipe de Cécile Miège.
> Quelles sont les perspectives scientifiques offertes par
les POCIS ?On observe aujourd'hui une forte demande sociétale pour
évaluer les effets des contaminants, et en particulier les impacts
des pesticides sur les organismes vivants dans les milieux
naturels. Pour cela, les biologistes étudient les réponses des
espèces ou des communautés cibles exposées un temps donné dans le
cours d'eau. Des outils comme les POCIS sont alors précieux pour
avoir une vision la plus réaliste possible de la contamination
chronique du milieu. Nous utilisons aussi directement les mélanges
de pesticides captés par les POCIS pour évaluer leurs effets en
laboratoire sur les organismes aquatiques.
> Ces outils seront-ils utilisés par les acteurs de l'eau
?C'est en effet leur vocation à moyen terme pour mieux évaluer
l'état chimique des écosystèmes aquatiques. Sont concernés les
POCIS mais aussi d'autres échantillonneurs intégratifs, comme les
SPMD2 et les DGT3 ayant des affinités avec d'autres molécules
(substances organiques hydrophobes et métaux) et pour lesquels le
TR Belca a une forte expertise. Dans le cadre d'AQUAREF4
(laboratoire national de référence de l'eau et des milieux
aquatiques), le Cemagref a organisé en 2010 des essais
d'intercomparaison de ces outils sur la Charente et le Rhône, afin
d'évaluer leur pertinence pour les programmes de surveillance pour
la Directive cadre européenne sur l'eau.
www.cemagref.fr/30ans
Belcaen personne
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Une publication du CemagrefDirecteur de la publication : Roger
Genet. Directrice éditoriale : Sylvane Casademont. Rédactrice en
chef : Sabine Arbeille. Comité de rédaction : Lucinda Aissani,
Sylvane Casademont, Denis Cottin, Emilie Duchatelle, Jeanne Garric,
Catherine Tailleux. Rédacteurs : Sabine Arbeille, Pascal Griset.
Secrétariat de rédaction : Catherine Sialino. Conception :
Réalisation : Michaël Le Bourlout, Catherine Sialino.
Impression et façonnage : Imp. Desbouis - Grésil. ISSN en
cours
Contact diffusion : Martine Scheidecker - 01 40 96 61 86 -
[email protected]
3 questions à
Nicolas Mazzella
Dispositif POCIS après une exposition de 2 semaines dans la
rivière
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