LA BIOSURVEILLANCE c’est QUOI

L. Galsomiès, ADEME (DABEE/DSQA), note mise à jour 2006,

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LA BIOSURVEILLANCE c’est QUOI ?

méthodes biologiques pour l’évaluation de la qualité de l’air

L’ADEME soutient LA NORMALISATION

Cette note s’adresse aux gestionnaires de réseaux de surveillance de la qualité de l’air et aux donneurs d’ordre publics ou privés pouvant mettre en œuvre ou commander des études de biosurveillance. Cette note donne quelques éléments de base pour mieux comprendre l’intérêt d’utiliser les méthodes biologiques pour surveiller la qualité de l’air. Les méthodes biologiques, appelées aussi bioindication sensu stricto et bioaccumulation, permettent d’estimer les risques d’exposition des organismes aux polluants, d’identifier les zones géographiques les plus polluées et de comparer dans le temps et dans l’espace les niveaux de pollution. Cette note présente la biosurveillance végétale. Bien que l’usage des animaux pour la caractérisation de la qualité de l’air soit également bien connu, ce ne sera pas l’objet de la présente note. En France, la biosurveillance animale a plutôt tendance à être utilisée pour caractériser la qualité d’un sol.

Biosurveillance - Contexte et objectifs

Assez couramment utilisée à des fins de recherches ou d’études d’impact, la biosurveillance végétale reste encore trop peu employée en tant qu’outils de caractérisation ou de suivi de la qualité de l’air par les réseaux de mesure. Ce n’est pas que la biosurveillance soit méconnue, elle semble juste ne pas avoir complètement convaincue, ni trouvée une large place dans l’actuel dispositif de surveillance de la qualité de l’air mis en œuvre principalement par les Associations de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA).

Un certain nombre d’initiatives (programme pilote de la DG XI, programme UNECE/LRTAP), de réflexions (rapport RICHERT sur les réseaux de mesure), ou d’expériences étrangères et françaises, invitent à penser que l’usage des bioindicateurs végétaux pouvait se développer. Pourtant, force est de constater le très lent développement de la biosurveillance en France sur le terrain opérationnel des dispositifs de surveillance. Est-ce dû à la perception d’un marché trop restreint pour prétendre à une évolution économique viable ? Est-ce dû à l’impression d’avoir besoin de connaissances trop spécifiques pour être capables d’utiliser les techniques biologiques par des non-spécialistes ? Est-ce dû à un manque de reconnaissance par la législation ? Est-ce dû à un manque de crédibilité sur la mesure et sur les incertitudes en biosurveillance ? Il y a un peu de tout ça, probablement.

Pourtant la biosurveillance végétale dans le domaine de l’air s’est développée, lentement, mais sûrement.

Au fil des années, l’intérêt pour les méthodes biologiques est allé grandissant, comme outil pédagogique de sensibilisation du public aux problèmes de qualité de l’air, mais aussi en répondant à la forte demande des industriels ou des collectivités (études d’impacts) pour la surveillance de polluants dits « nouveaux » ou nouvellement réglementés. Un suivi d’installations spécifiques ou de la pollution de fond, grâce à des campagnes de biosurveillance, a ainsi été mené au niveau local/régional pour les métaux, les dioxines/furannes, les pesticides, etc… Au sein des AASQA, certains freins au


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développement de la biosurveillance semblent perdurer, et même si son usage est encore limité son intérêt n’est plus à démontrer.

Les données fournies par les AASQA sur la qualité de l’air répondent bien à un suivi à court terme de la pollution (pics de pollution). En effet, la surveillance mise en œuvre dans les réseaux doit répondre aux obligations des directives de surveillance de la qualité de l’air à l’extérieur. Les moyens physico-chimiques de mesurage donnent des résultats comparables aux valeurs seuils des directives.

La biosurveillance propose une autre approche de type « évaluation des risques », plutôt de l’ordre d’un suivi à long terme, par estimation des niveaux de pollution ou des zones d’exposition aux polluants. Cette approche doit encore démontrer la complémentarité et la fiabilité de son information auprès des AASQA et donneurs d’ordres, mais aussi ses limites dans la transposition de son information vers le lien -santé humaine.

Cette note présente un état des lieux de la biosurveillance végétale en France dans le domaine de l’air. Le but n’est pas de donner une liste détaillée et exhaustive de l’ensemble des méthodes biologiques. Cette courte synthèse n’aborde pas d’autres aspects comme la biosurveillance animale.

Biosurveillance - Pourquoi faire ? Sous le vocable « biosurveillance », se présente un catalogue d’outils biologiques développés pour la surveillance. La biosurveillance de la qualité de l’air prendra en compte les aspects relatifs à la pollution atmosphérique surveillée à l’extérieur (air ambiant, dépôts), mais aussi la pollution à l’intérieur des locaux. Une excellente présentation de la biosurveillance végétale de la qualité de l’air est donnée sous forme de fiches techniques dans l’ouvrage de J.P. Garrec et C. van Haluwyn publié en 2002 (référence citée dans « pour en savoir plus »)

Imaginons qu’il puisse y avoir autant d’espèces végétales utilisées (pour leurs propriétés très particulières) à des fins de caractérisation des diverses pollutions, qu’il existe toute une panoplie métrologique d’appareils de mesures (physico-chimiques) capables de doser les polluants dans l’air.

Il n’y a rien d’étonnant, à reconnaître l’importance de savoir quel appareil (ou moyen physico-chimiques de mesurage) convient le mieux pour surveiller tel ou tel polluant, et rien d’étonnant non plus à apprendre comment s’en servir. Il est donc juste de savoir identifier, pour tel ou tel organisme vivant, les propriétés très particulières qui vont permettre d’estimer les niveaux de pollution.

La surveillance de la qualité de l’air peut être mise en oeuvre par des méthodes biologiques qui consistent à utiliser les propriétés d’un organisme vivant ou d’une partie de celui-ci pour obtenir des informations sur la présence, la nature et la quantité estimée des polluants de la biosphère.

Ces propriétés sont liées à la réaction de l’organisme vis-à-vis d’un type de polluant. L’organisme va réagir ou ne pas réagir par rapport au polluant. Autrement dit, le polluant a un effet ou il n’a pas d’effet visible sur l’évolution de l’organisme.

D’après J.P Garrec et C. van Haluwyn (2002), la meilleure définition de la biosurveillance serait «l’utilisation des réponses à tous les niveaux d’organisation biologique (moléculaire, biochimique, cellulaire, physiologique, tissulaire, morphologique, écologique) d’un organisme ou d’un ensemble d’organismes pour prévoir et/ou révéler une altération de l’environnement et pour en suivre l’évolution ».


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Si le polluant à un effet, il modifie le comportement des organismes exposés aux épisodes de pollution continue ou accidentelle. Tout d’abord au niveau d’un individu, la toxicité du polluant provoque selon les cas des symptômes spécifiques visibles en surface tels que des nécroses typiques liées par exemple aux photo-oxydants (l’ozone (O3) chez des végétaux sensibles comme le plant de tabac ou les Peroxyacyl nitrate (PAN le plus important) observée chez l’ortie pour la première fois en 1970). Le polluant toxique altère certaines fonctions physiologiques de l’organisme favorisant ainsi l’apparition de ces symptômes. Ensuite au niveau d’une population (ou ensemble d’individus chez une espèce), la présence du polluant peut favoriser la disparition où la croissance d’une espèce en particulier. Il est intéressant de savoir chasser les idées préconçues. Une pollution n’est pas toujours dommageable pour les espèces. Un polluant peut être nuisible pour certaines espèces, mais bénéfique au développement d’autres, jusqu’à un certain seuil de concentration néanmoins. Par exemple, un apport azoté dans l’air entraîne la pullulation des lichens dit nitrophile (par exemple, Xanthoria pariétina). Au contraire, un excès de SO2 dans l’air fait disparaître certaines espèces de lichens (Buellia punctata, Lecanora conizaeoides) ou de mousses (Hypnum cupressiforme, Grimmia pulvinata).

En résumé, le polluant est révélé soit par l’apparition de lésions caractéristiques chez les organismes, soit par la présence ou l’absence d’espèces spécifiques dans le milieu. Ces diverses approches liées à l’observation définissent au sens strict la technique de bioindication.

Par contre, si le polluant induit bien un effet mais non visible à l’œil nu, on parlera alors de biomarqueur, car cela correspond à des modifications au niveau infra-individuel, souvent de l’ordre de perturbations au niveau moléculaire.

Si le polluant n’a pas d’effet (visible) pour l’organisme, il peut s’accumuler dans les tissus de celui-ci, et les propriétés spécifiques d’accumulation de l’organisme vont rendre possible le dosage du polluant présent dans les tissus. Parfois même, le polluant peut être dosé à des concentrations supérieures à celles dans l’air ambiant. C’est le principe de la technique de bioaccumulation. De nombreux polluants sont dosés par bioaccumulation, c’est-à-dire accumulés dans les tissus des organismes, permettant ainsi de s’affranchir des limites de seuil de détection analytique. En France, les premières études sur la biosurveillance reflètent les préoccupations de l’époque (dans les années 70) en matière de suivi des polluants, comme le fluor, le chlore, le plomb, les organochlorés, pour n’en citer que quelques-uns. Ces études de bioaccumulation ont permis d’établir une corrélation entre les concentrations des polluants accumulés dans les organismes (lichens, mousses, feuilles de platane et de pin) et le niveau de ces contaminants dans l’air. De nos jours avec le développement des techniques de bioaccumulation, il est assez courant d’utiliser par exemple les mousses pour le dosage des métaux, ou le choux pour les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), et les dioxines/furannes.

Une courte rétrospective de l’histoire de la biosurveillance en France est présentée en Annexe 1. Plusieurs sites internet sont dédiés à la biosurveillance ( voir « pour en savoir plus »)

Place de la Biosurveillance - Contexte réglementaire / programme / recommandation -

On ne peut que souligner l’intérêt croissant de la biosurveillance depuis son apparition et son développement à partir des années 60. Il semble que la biosurveillance réponde bien aux attentes de la société civile. Mais on ne peut aussi que constater sa faible importance dans la prise de décision. Quelles en sont les raisons ?


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Le sénateur Richert en 1995 dans son rapport sur « les évolutions souhaitables pour le dispositif national de surveillance de la qualité de l’air » relatait pourtant que le développement de méthodes biologiques spécifiques est une voie à encourager fortement car elles témoignent de l’enrichissement et de la longévité des activités de surveillance. Le rapport préconisait l’émergence de techniques différentes, moins sophistiquées, permettant d’ouvrir la voie à des mesures extensives non réalisables par les techniques usuellement utilisées ; en particulier celles de nature physico-chimiques réalisées par les analyseurs en routine qui équipent les dispositifs des Associations Agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air (AASQA).

Un an plus tard, avec la Loi sur l’Air et l’Utilisation Rationnelle de l’Energie (LAURE, 30/12/1996) qu’en est-il de la place annoncée de la biosurveillance au sein du dispositif de surveillance de la qualité de l’air ? Si des recommandations sur l’utilisation de la biosurveillance, comme moyen possible de surveiller/d’estimer la qualité de l’air, étaient certes bien définies dans les premiers textes préparatoires à la loi, ces recommandations n’étaient plus de mises dans la version finale de la loi. La biosurveillance n’est pas citée dans la LAURE.

Pourtant, la place de la biosurveillance dans le dispositif français et son intérêt n’ont pas disparu des recommandations des diverses instances de l’Etat. Le Conseil National de l’Air dans son avis du 27 février 2001 recommande de poursuivre et d’organiser le développement de la surveillance pour trois métaux (cadmium, mercure et plomb), y compris à l’aide de bioindicateurs, plus particulièrement sur les sites habités influencés par des sources d’émissions. L’ADEME en charge de la coordination au niveau national de la surveillance de la qualité de l’air préconise aussi dans son guide sur la surveillance d’utiliser les méthodes de biosurveillance. Les DRIRE recommandent souvent aux industriels la possibilité d’avoir recours aux techniques de biosurveillance pour répondre au cahier des charges d’une étude d’impact sur la qualité de l’air près d’un site pollué. Ces recommandations ne sont néanmoins pas fondées sur l’obligation législative d’utiliser la biosurveillance.

En Europe, les Nations-Unies (UNECE-LRATP) dans le cadre de la Convention de Genève (note « pour en savoir plus ») constate que le déploiement de techniques sophistiquées et coûteuses pour un suivi de l’air en continu à ses limites dans l’extension et l’augmentation de la densité du système de surveillance. Cette instance encourage donc, dans le cas de certains polluants (métaux, notamment), la mise en œuvre de réseau de surveillance au moyen d’organismes bioaccumulateurs. L’Office Mondiale pour la Santé (OMS) s’intéresse aussi à la biosurveillance en publiant deux ouvrages sur le sujet en 2000 (références dans « pour en savoir plus »)

En France, le principe de la loi sur l’air est de mettre en œuvre le droit à chacun de respirer un air qui ne nuise pas à sa santé. La loi et les plans d’actions qui en découlent doivent permettre d’informer, de mesurer et de connaître les effets de la qualité de l’air. La société civile reconnaît depuis longtemps l’utilité de la biosurveillance en matière d’information de la qualité de l’air. Son intérêt pédagogique est souvent souligné vis-à-vis de la sensibilisation du grand public aux questions de pollution atmosphérique. La société civile est également réceptive aux mesures qualitatives et (semi-)quantitatives produites par les études de bioindication, car ces mesures sont souvent associées aux effets/ou dommages causés par le polluant sur la plante. Au delà d’une mesure ou d’un chiffre « abstrait » qualifiant le niveau de pollution, la bioindication permet de mieux appréhender la relation entre une dose de pollution et des dommages bien visibles (nécroses caractéristiques sur la plante, évolution, disparition d’espèces, etc…). Cet outil biologique permet aussi d’aborder la notion de biodisponibilité du polluant.


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Au travers de plans d’actions découlant de la loi sur l’air, tels que les Programmes Régionaux pour la Qualité de l’Air (PRQA), la biosurveillance s’est déclinée au niveau local et régional dans plusieurs programmes mis en œuvre pour l’amélioration de la qualité de l’air. En effet, l’analyse de divers PRQA élaborés dans les régions montre que la biosurveillance est retenue comme une des orientations possibles pour l’amélioration des connaissances de la qualité de l’air. Par exemple en région Nord-pas-de Calais, la 8ème des 54 orientations du PRQA (en 2001) concerne clairement le développement de la bioindication sur le territoire. Cette région compte, par exemple, une cinquantaine de biostations installées sur l’ensemble du territoire régional (voir aussi, le point « exemples » de la note).

La biosurveillance est aussi étudiée dans des programmes de recherche appliquée visant à l’amélioration des connaissances dans le domaine de la pollution atmosphérique. Dans le cadre du programme de recherche PRIMEQUAL du Ministère de l’Environnement et de l’Écologie Durable, plusieurs travaux ont permis de comparer la biosurveillance et d’autres méthodes dites « concurrentielles » par « tubes passifs ». Sur cet aspect technique des méthodes, les conclusions en 2002 n’ont pas été à l’avantage de la biosurveillance. Mais, l’intérêt de la biosurveillance reste reconnu comme un bon moyen de communication sur la qualité de l’air. Dans le cadre du programme PREDIT 3 (G07), la place de la biosurveillance a également été discutée dans la mise æuvre d’un « dispositif de surveillance et de suivi des pollutions atmosphériques en proximité de voies de circulation interurbaine ». Les conclusions de l’étude fin 2005 présente la biosurveillance comme une méthode de surveillance intéressante pour le suivi des pollutions de l’air liées au trafic routier. La biosurveillance est ainsi envisagée comme un outil complémentaire pour renforcer le déploiement du « futur » dispositif selon divers scenarii proposés, avec notamment la mise en place de stations non permanentes. L’ADEME, également partenaire des programmes PRIMEQUAL et PREDIT 3 (G07), a aussi mis en place depuis 2004 un programme national sur les bioindicateurs de qualité des sols. Quelques études présentent des bioindicateurs végétaux pour mieux caractériser l’interface air-sol.

En général, les travaux de recherche en biosurveillance n’ont pas assez bien discuté des incertitudes de la mesure liées aux paramètres biologiques, au bénéfice des méthodes physico-chimiques dont la condition expérimentale est plus facilement maîtrisable. Mais jusqu’alors il n’y avait pas eu de véritables essais normatifs entrepris dans le domaine de la biosurveillance végétale/air qui permettraient de calibrer ces incertitudes.

Biosurveillance - Des concepts à la normalisation Il est important de bien comprendre que la biosurveillance regroupe différents concepts.

La terminologie « d’hygiomètre » utilisé par Nylander (1866) dans ses premières observations sur les lichens « sentinelles » de la qualité de l’air, reflète les connaissances scientifiques et techniques du moment. Beaucoup plus tard, autour des années 1970-80, les progrès scientifiques ont permis d’identifier certains processus biologiques chez les organismes vivants, ce qui a donné libre cours à une abondante terminologie ou concept permettant de mieux définir les méthodes de biosurveillance basées sur les propriétés des organismes utilisés.

Il est question de quatre principaux concepts en biosurveillance : le biomarqueur, le bio-indicateur, le bio-intégrateur et le bioaccumulateur. Si ces trois dernières décennies sont marquées par l’effort des chercheurs de mieux préciser la nature des phénomènes liés aux méthodes de biosurveillance, cela a conduit à une diversité de terminologie et à rendre quelques fois moins accessible cette approche biologique auprès d’autres communautés, industriels ou gestionnaires de


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réseaux, plus habituées à quantifier la qualité de l’air aux moyens de mesures physico-chimiques pour les émissions et la surveillance. Cette confusion didactique est pourtant inopportune lorsque l’on comprend que les trois premiers concepts révèlent tous un indicateur de réaction (ou d’effet), mais pour des échelles différentes d’organisation biologique. Une réponse ou un effet au niveau infra-individuel, pour le biomarqueur (altération non visible, moléculaire, biochimique, cellulaire, physiologique). Au niveau individuel, pour le bio-indicateur (altération visible, physiologique, tissulaire, morphologique). Au niveau d’un ensemble d’individus ou population, pour le bio-intégrateur (présence ou absence d’espèces dans le milieu, densité de population). La Commission AFNOR T95B – Biosurveillance Air a également mis en place un groupe « Vocabulaire » qui permettra de poser les bases communes d’un même langage en biosurveillance.

Les protocoles méthodologiques utilisés en biosurveillance ont d’abord été mis au point par les chercheurs. Certaines méthodes, jugées ne nécessitant pas de connaissances trop spécifiques en botanique et en écologie, sont « facilement » voire régulièrement utilisées par certaines Associations agréées pour la Surveillance de la Qualité de l’air (AASQA), en général dans le cadre de campagnes.

Même s’il y a de nombreux exemples au sein des AASQA (voir aussi, le point « exemples »), dans l’ensemble un constat s’impose : Pour autant, la biosurveillance ne semble pas véritablement se développer auprès des réseaux de surveillance. Plusieurs freins à son développement sont identifiés : la législation, l’information et la normalisation des méthodes. Ces trois freins sont mis en lumière dans les conclusions d’une étude commandée par l’ADEME (DR Nord-Pas de Calais) et le Conseil Régional Nord-Pas de Calais sur la « faisabilité d’une filière de biosurveillance de la qualité de l’air » (M. Lerond et C. Sanson, 2001). Ce rapport diagnostiquait pourtant un marché économique viable pour la biosurveillance .

Il devenait donc indispensable de diffuser une information crédible et objective issue de la biosurveillance. Ces outils ou méthodes biologiques relevant d’une démarche scientifique, et ayant déjà démontré leurs efficacités sur le terrain, devaient aussi convaincre sur le chapitre de « l’assurance-qualité ».

En France, dans le domaine de la biosurveillance (animale et végétale), plusieurs normes ont pu être établies pour mieux caractériser la qualité d’un sol (Annexe 2). Dans le domaine de la biosurveillance végétale de la qualité de l’air, on relève encore très peu de travaux de normalisation (Annexe 2). A noter néanmoins, la norme française NF M 60-780-5 (oct. 2000) qui précise l’échantillonnage et la préparation de végétaux (mousses, lichens, champignons, herbacés, feuilles) pour l’analyse de la radioactivité. Dans l’ouvrage de Garrec et van Haluwyn (2002), les fiches techniques présentées pour certaines méthodes de biosurveillance d’estimation de la qualité de l’air sont considérées comme une forme de « normalisation » des protocoles, sans pour autant porter le label « Norme ». Ces fiches s’appuient, notamment, sur la définition de certains protocoles ou méthodes issus de travaux étrangers qui on été adaptés au contexte français grâce au savoir-faire expérimental des chercheurs français. Quelques lichénologues français ont déjà eu l’expérience en 2000 d’une collaboration au niveau européen dans le domaine des travaux normatifs, mais cette collaboration n’avait pu aboutir en définitive sur l’élaboration d’une Norme CEN.

2005 enfin…, année que l’on peut considérer, par métaphore, comme une année de « semis » en matière de normalisation pour les méthodes biologiques de la qualité de l’air en France. D’autant, que cette « récolte normative » annoncée fait suite à « l’effet boule de neige » d’automne 2004 avec plusieurs événements sur le sujet ; le colloque d’ARRAS en septembre co-organisé par l’ADEME et le


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Conseil Régional Nord-Pas de Calais, et l’interpellation en octobre du député Jean Claude Blois à l’assemblée nationale à l’encontre du Ministre de l’Écologie et du Développement Durable. Les questions sur une filière économique et de formation en biosurveillance et sur la normalisation de la biosurveillance végétale sembleraient aujourd’hui obtenir un début de réponse.

Le 16 septembre 2005, au sein de l’AFNOR, une nouvelle Commission de normalisation Biosurveillance de l’air (T95B) est créée, rattachée à la Commission générale T90B « Biosurveillance de l’environnement ». Cette commission a pour objectif d’ici trois ans de mener à bien la rédaction de quatre normes, discutées par des experts dans deux groupes de travail (Végétaux/Bryophytes et Lichens). Les quatre sujets sont (Bioindication de l’ozone par le tabac Bel W3 ; Bioaccumulation des éléments inorganiques par le ray-grass ; Evaluation de la qualité de l’air à l’aide de lichens épiphytes ; Procédure de biosurveillance à l’aide de mousses cultivées). Il est prévu courant 2006 de mettre en place des essais expérimentaux normatifs, auxquels l’ADEME apporte son soutien, ainsi qu’une aide au secrétariat de la Commission AFNOR de normalisation T95B.

Biosurveillance - Qu’en est-il à l’étranger ? La reconnaissance de la biosurveillance a toujours semblé plus facile à l’étranger qu’en France.

Diverses instances européennes (UNECE-LRATP, OMS) se sont prononcées en faveur de la biosurveillance de la qualité de l’air.

Des organismes ou programmes européens ont aussi contribué à la production d’échantillons biologiques de référence, utiles pour calibrer la mesure dans le domaine de l’air. Par exemple, le lichen de référence IAEA 336 de l’Agence International de l’Energie Atomique ; le lichen Pseudevernia furfuracea CRM 482 du programme BCR de l’Union Européenne ; et les échantillons de mousses de référence M1,M2,M3 (Pleurozium schreberii) du programme Mousses-Métaux du PIC-Végétation (UNECE-LRTAP, initié par le Conseil Nordique).

Certains pays ont mis en œuvre depuis longtemps des normes ou protocoles standardisés en biosurveillance végétale de la qualité de l’air. L’Allemagne propose plusieurs normes VDI sur l’utilisation des végétaux et des lichens en biosurveillance/Air (Chou/polluants organiques, VDI 3957 342/2000 ; Tabac BEL W3/ozone, VDI 3057 6/11/2000 ; Ray-Grass/métaux, F, S, polluants organiques, VDI 3957 8/01/2001 ; Picea abies/métaux, polluants organiques, VDI 3957 5/01/2001). En Finlande, la méthode dîtes « moss bag » de biosurveillance active est standardisée (SFR5794,Sphagnum papillosum,Sphagnum girgensohnii).

A juste titre, c’est aussi à l’étranger que l’on doit les premières cartographies en biosurveillance pour mesurer ((semi-)quantitativement) des polluants de l’air sur l’ensemble du territoire national. Dans les études pionnières des suédois Rühling et Tyler (1968, 1969, 1971), la collecte et l’analyse des mousses indigènes permettent d’estimer les retombées atmosphériques d’éléments traces (métalliques, notamment). En Suède, tous les cinq ans depuis les années 70 (par campagne quinquennale), un suivi des dépôts en métaux est réalisé au niveau national grâce au dosage des mousses. Par la suite, la surveillance s’est étendue aux autres pays d’Europe du Nord, au Danemark et au Groenland, puis dans l’ensemble des pays Scandinaves. Depuis les années 90, un dispositif européen comptant une trentaine de pays environ réalise grâce aux mousses le suivi des retombées métalliques d’origine atmosphérique en Europe (initié par le Conseil Nordique, puis repris par les Nations-Unies -UNECE/LRATP au sein de la Convention de Genève). Le nombre de sites concernés par campagne est important (7000 sites en Europe en 2000). L’utilisation des mousses permet d’analyser de nombreux éléments (40aine d’éléments).


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Plusieurs grands programmes en biosurveillance se sont développés au niveau européen, associant également des équipes françaises. Dans le cadre des Nations-Unies (UNECE-LRTAP), le programme « Mousses-Métaux », cités ci-dessus, compte depuis 1996 la participation de la France (500 sites français environ). Dans le projet EUROBIONET du programme LIFE 99 de la Commission Européenne, qui regroupe 8 pays pour 12 villes, on compte aussi la participation française de chercheurs et de collectivités locales (Grand Lyon, Communauté urbaine de Nancy). Un autre projet de recherche de la Commission Européenne (DG XI), sur l’utilisation de bioindicateurs végétaux pour caractériser la pollution urbaine de 5 grandes villes en Europe, a concerné pour la France des études réalisées à Lille (Lille Métropole Communauté Urbaine /région Nord-pas-de Calais).

Les Pays d’Europe Centrale et Orientale (PECO), les pays asiatiques ou pays en voie de développement de l’hémisphère sud sont fortement intéressés par des outils de biosurveillance car ils sont demandeurs de méthodes simples et faciles à mettre en œuvre. Alors qu’en Europe de l’ouest, la pollution « classique » par dioxyde de soufre (S02) ou fluor (F) a fortement diminué jusqu’à des doses non dommageables pour l’environnement, elles atteignent toujours dans certains pays des concentrations parfois susceptibles d’entraîner des nécroses spécifiques pour certaines plantes sensibles. Ces pays ayant souvent des difficultés pour assurer correctement le coût et le maintien en fonctionnement d’un parc d’analyseurs physico-chimiques, la biosurveillance semble donc pouvoir répondre à leurs besoins, y compris pour d’autres pollutions majeurs (particules, oxyde d’azote, ozone, métaux).

C’est également à l’étranger que les premières démarches ont été tentées de transposition à l’homme des résultats obtenus par biosurveillance végétale (par l‘observation des effets de la pollution sur les végétaux). Quelques rares études utilisant la biosurveillance végétale pour évaluer le risque de cancers chez l’homme ont été publiés à partir des années 90. L’étude italienne de Nimis (1997) fût particulièrement médiatisée car les conclusions, publiées dans la célèbre revue scientifique « Nature », établissaient un lien entre un indice de mortalité par cancer du poumon et un indice de biodiversité lichénique permettant d’estimer la qualité de l’air. Cependant, ces premières tentatives ne doivent pas laisser à penser qu’il est si facile de faire le lien avec la santé humaine.

Biosurveillance - Quelques exemples AASQA

Une quarantaine d’Associations agréées de Surveillance de la Qualité de l’Air gèrent au niveau local et/ou régional, en métropole et Dom-Tom, le dispositif de surveillance de la qualité de l’air, principalement en stations fixes (instrumentées en routine par des moyens physico-chimiques). Voici, quelques expériences d’AASQA dans le domaine de la biosurveillance.

Citons par exemple, un réseau en Normandie qui réalise depuis plus de 20 ans la cartographie de la qualité de l’air en agglomération Rouennaise à partir de l’observation des lichens par inventaire lichénique (Morin et Delmas, bilan 1997). Le réseau Air Languedoc-Roussillon (ex Ampadi LR) a réalisé un suivi des métaux dans l’air, notamment autour d’usine d’incinération d’ordures ménagères (UIOM), en utilisant des mousses (Hypnum cupressiforme) comme bioaccumulateurs (Ampadi LR n°9804/0155, 09/1998 ; Ampadi LR n°9806/0642, été 1998). Le plus souvent, l’utilisation de la biosurveillance par les AASQA se fait à l’occasion de campagne ponctuelle. Les AASQA ont aussi parfois réalisé en complément sur leurs sites pérennes instrumentés un suivi en continu par la biosurveillance. Ce suivi se fait en général en appui de la recherche appliquée, à l’occasion d’une collaboration avec un projet de recherche ou d’un sujet de thèse (ex : réseau lorrain Aerfom, suivi en SO2, NOx, O3 par les lichens – J Signoret-


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thèse ADEME/CR Lorrain). Mais, ce suivi en continu par la biosurveillance est aussi rendu opérationnel par la mise en place de stations spécifiques dédiées à la biosurveillance (Biostations).

La Biostation est une structure simple (châssis métallique abritant des plantes). La lecture de la réaction des plantes à la pollution permet d’apprécier qualitativement ou (semi-)quantitativement la qualité de l’air. Ces plantes sont en général des plants de tabac dont les feuilles pour certaines variétés réagissent à l’ozone et le nombre de nécroses foliaires ainsi développées par la plante permet d’évaluer la qualité de l’air en ozone. Mais certaines biostations sont aussi équipées avec du choux, un végétal qui bioaccumule les Composés Organiques Volatils, ou une herbe le Ray-Grass bioaccumulant les métaux. Les quantités de polluants accumulés par les plantes sont analysées et quantifiées pour permettre une estimation relative (ou (semi-)quantitative) de la qualité de l’air. Certains sites équipés de tubes passifs (à l’ozone, par exemple) permettent d’établir une correspondance entre la teneur d’ozone estimée par l’apparition de nécroses sur les feuilles des plants de tabac (variété sensible : Nicotiana tabacum Bel W3, variété résistante : Nicotiana tabacum Bel B) et la concentration moyenne en ozone sur une semaine.

Pour la région Nord-Pas de Calais le parc en biostations, suivi par l’APPA et géré par les différentes AASQA locales, est au nombre de 50.

CONCLUSION L’usage de la biosurveillance végétale pour estimer la qualité de l’air n’est plus à démontrer en France, ni la complémentarité de ces mesures dans l’actuel dispositif de surveillance de la qualité de l’air (géré par les AASQA), du moins pour certaines méthodes biologiques.

La biosurveillance permet, notamment, de cartographier des polluants sur de grandes surfaces, de fournir des indices intégrés de la qualité de l'air ou d’estimer les zones d’exposition aux polluants. Cette approche biologique de la surveillance est un outil reconnu de sensibilisation du public aux questions environnementales, et des problèmes liés à la qualité de l'air que nous respirons, en particulier.

Les protocoles utilisés en biosurveillance, au départ développés par les chercheurs, puis appliqués fréquemment sur le terrain par des praticiens de la surveillance de la qualité de l’air (AASQA et bureaux d’études), ont permis de rendre compte d’un certain savoir-faire méthodologique en France. Bientôt, il sera possible de disposer de plusieurs normes françaises NF en biosurveillance/air. En attendant d’aboutir aux conclusions du processus de normalisation engagé, il est présagé que cette nouvelle étape, essentielle pour une aide à la crédibilité de la mesure biologique et des ses incertitudes, permettra d’accélérer le développement de la biosurveillance en France dans le domaine de l’air.

La biosurveillance est aussi un outil d’aide à la décision en matière de politique de santé humaine. Ces méthodes biologiques, vues sous un certain angle, contribuent à leur façon à une évaluation des risques sanitaires car elles permettent de mieux identifier les zones potentiellement exposées à la pollution de l’air. La biosurveillance, en permettant de déterminer les territoires favorisés par une qualité de l’air moins bonne, une des premières étapes en évaluation des risques, conduit à nous interroger sur les populations qui vivent sur ces territoires et qui sont susceptibles d’être exposées à un risque pour la santé. Dans le contexte actuel d’un « principe de précaution » en matière d’environnement, la biosurveillance peut être vu comme un outil d’alerte pour l’opinion publique.


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Pour en savoir plus - BIOSURVEILLANCE

Livres Galsomiès L., Savanne D., Letrouit M.A., Ayrault S. & Charré B. 1999. Retombées atmosphériques de métaux en

France : estimation par dosage dans des mousses – Campagne 1996. ADEME éditions, données et références, coordination technique de la surveillance de la qualité de l’air, France, 1-187. Commande (ref. 3196) : www.ademe.fr/htdocs/publications/cataloguedeseditions/ref3196.htm

Garrec J.P. et Van Haluwyn C. 2002. Biosurveillance végétale de la qualité de l’air – Concepts, méthodes et applications. Tec&Doc, 1-117. Commande : www.lavoisier.fr/notice/fr2743005400.html

Gombert S., Galsomiès L., et al. octobre. 2005. Pollution atmosphérique par les métaux, Biosurveillance par des retombées. Edition ADEME/EDP-Sciences, 1-108. Commande (ref.5215) : www.ademe.fr/htdocs/publications/cataloguedeseditions/ref5215.htm

Mulgrew A., Williams P. 2000. Biomonitoring of air quality using plants. Report 10, MARC, WHO collaborating Centre for Monitoring and Assessment, in co-operation with WHO collaborating Centre for Air Quality Management and Air pollution Control – Federal Environmental Agency. 1-165.

Zimmermann R.-D., et al. 2000. Guidelines fort the use biological monitors in air pollution control (Plants) –Part I. Methodological Guidance for the Drawing-up of Biomonitoring Guidelines. Report 12, WHO collaborating centre for Air Quality Management and Air pollution Control – Federal Environmental Agency. 1-70.

Rapports Galsomiès L. et Letrouit M.A. 1999. Evaluation des retombées atmosphériques de métaux lourds sur le territoire

Français via leur accumulation dans les mousses – Campagne 1996. Rapport final, juillet 1999, contrat ADEME / Paris6 n°9893015, 1-32.

Gombert S., Rausch de Traubenberg C., Losno R., Leblond S., Colin J.L. 20003. Retombées métalliques d’origine atmosphérique en France : estimation basée sur l’analyse de mousses – Campagne 2000. Rapport final du contrat ADEME / MNHN n°0062010, 1- 160.

Notes Galsomiès L. ADEME. Surveillance des retombées atmosphériques de métaux en France – L’ADEME soutient la

campagne nationale par le biosurveillance. 6 pages. Galsomiès L. ADEME.La Convention de Genève – Historique et évolution des travaux concernant les effets .Travaux

concernant les effets soutenus par l’ADEME. 4 pages.

Contacts ( besoin d’information complémentaire) Laurence Galsomiès (ADEME, Département Surveillance de la Qualité de l’Air, 27 rue Louis Vicat, 75737 Paris cedex 15) [email protected]

Sites internet www2.ac-lille.fr/lichen www.appanpc-asso.org/Etudes/ListBio.asp www2.ac-lyon.fr/enseigne/biologie/ress/environnement/lichen.html www.eurobionet.com www.ineris.fr/index.php?module=doc& action=getFile&id=185

CD-Rom pédagogique CD-Rom (Un bon plant pour l’air. Maronnier D., Castell JF., 2000, ALOÏSE, INRA, INAPG); CD-Rom (APPA)


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ANNEXE 1

Petite histoire de la biosurveillance/Air en France

Le principe suivant, d’une grande simplicité, s’applique à la biosurveillance : il convient de savoir reconnaître dans un milieu la présence d’un organisme vivant, avant même d’être capable d’en identifier un usage. Ce principe explique pourquoi la biosurveillance est en réalité relativement récente. Les premiers organismes utilisés en biosurveillance, tels que les lichens ou les mousses, sont en effet restés discrets, pendant très longtemps, aux yeux des promeneurs.

En France, les premières observations de muscinées (ou mousses) ont été décrites dès 1698 par Joseph Pitton de Tournefort dans son « Histoire des plantes qui naissent aux environs de Paris » (Davy de Virville, 1954). Mais il faudra encore attendre près de trois siècles et constater l’intérêt d’utiliser des organismes vivants dans des études environnementales pour caractériser la qualité des milieux.

I est notoirement connu, dans le petit monde de la biosurveillance chez les chercheurs et les praticiens, que la méthode biologique de surveillance telle qu’elle s’est développée jusqu’à nos jours, trouve son origine en France en 1866 grâce à la découverte d’un étranger, le finlandais Nylander, qui avait noté dans ses observations botaniques du jardin du Luxembourg que « les lichens donnent, à leur manière, la mesure de la salubrité de l’air, et constituent une sorte d’hygiomètre très sensible ». Pour les mousses, la première découverte de leur sensibilité aux polluants de l’air revient au botaniste Arnold (1892) dans son observation des environs de Munich.

En France, la lichénologie ou la Bryologie (sciences étudiant les lichens ou les mousses) sont surtout étudiées du point de vue de la systématique ou de l’écologie. Il faut attendre un passé assez récent pour voir les premières études à caractère plus environnemental s’intéresser aux propriétés des lichens ou des mousses pour estimer la qualité de l’air. Plus récemment encore, de voir des études de biosurveillance sur les végétaux supérieurs tels que les arbres (pin, platane) ou les herbacées/plantes cultivées (ray-gras, plant de tabac, choux,…)

Ces études de biosurveillance ont rapidement montré leurs intérêts pour mieux sensibiliser le public aux problèmes de la pollution de l’air. Et elles ont même suscité un écho médiatique dans les années 90, grâce à l’adéquation d’un lieu, rendu mythique par Nylander, et l’observation faîtes par M.A Letrouit du retour des lichens au jardin du Luxembourg, alors qu’ils avaient totalement disparu du centre de Paris depuis des décennies ; ceci notamment à cause des émissions soufrées d’origine industrielle très importantes dans les années 70 (époque des trente glorieuse). On pouvait lire parmi les gros titres de la presse « Lichens, les sentinelles d’un air pur », ou « L’air, à nouveau pur à Paris ».

A partir des années 60, les premières recherches françaises sur la bioindication végétale sont essentiellement menées par des universitaires. De rares praticiens (bureaux d’études ou AASQA) les ont utilisé pour la première fois sur le terrain dans le cadre d’études (impact, cartographie) vers les années 80-90. Les premières équipes de chercheurs, issues notamment de l’INRA (De Cormis, Bonte, Garrec) ou d’universités (à Toulouse, Delpoux) se sont intéressées aux pollutions acides et fluorées.

A partir des années 70-80, plusieurs équipes de lichénologues ont adapté des méthodes de bioindication basées sur les lichens (C. Van Haluwyn en région Nord-pas-Calais ; Lerond en région Normandie, Letrouit et Déruelle en région parisienne, Asta sur Grenoble). Tenant compte de la biodiversité régionale française, ces lichénologues ont adapté les techniques pionnières de


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bioindication végétale développées par des anglais (Hawkworth et Rose (échelle lichénique pour le SO2) ; Leblanc et Sloover (IAP – Indice de pureté de l’air).

Au cours de ces années et jusqu’aux années 90, le domaine de la biosurveillance a suivi les préoccupations de la surveillance en matière de pollution. On trouve des études de biosurveillance sur l’azote, les métaux, l’ozone, les dioxines/furannes, les pesticides, etc…. Des études souvent restreintes à une observation locale ou régionale. Egalement à partir des années 90, les premières campagnes de biosurveillance au niveau national ont pu démarrer en France. Elles s’inscrivent dans le contexte européen d’un programme sur « l’estimation des retombées métalliques par analyse de mousses ». A ce jour, le dispositif « Mousse-Métaux », soutenu par l’ADEME, compte 3 campagnes (1996, 2000, 2006) assurant la surveillance de 500 sites environ en pollution de fond. Une note rédigée par l’ADEME est également disponible sur le sujet, ainsi que deux ouvrages aux éditions ADEME et EDP-Sciences (référence « pour en savoir plus »).


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ANNEXE 2

Pour en savoir plus – NORMALISATION - Qualité de l’air par méthodes biologiques

Travaux de normalisation AFNOR en cours, 2006-2008. NF (en cours X43-900) : Biosurveillance de l’air – Bioindication de l’ozone par le tabac Bel W3 NF (en cours X43-90) : Biosurveillance de l’air – Bioaccumulation des éléments inorganiques le ray-grass NF (en cours ) : Biosurveillance de l’air – Evaluation de la qualité de l’air à l’aide de lichens épiphytes NF (en cours ) : Biosurveillance de l’air – Procédure de biosurveillance à l’aide de mousses cultivées NF M 60-780-5 « Echantillonnage et préparation de végétaux (mousses, lichens, champignons, herbacés, feuilles) pour l’analyse de la radioactivité » 2000 Pour en savoir plus – NORMALISATION - Qualité des sols par méthodes biologiques

XP X31-205-1 « Effets des polluants vis-à-vis de champignons mycorhyzogènes (Partie 1 : Essai de germination des spores) » 2004 T 90-327 « Qualité du sol – Evaluation des effets génotoxiques sur végétaux supérieurs – Evaluation de la fréquence d’apparition de micronoyaux dans les racines secondaires de Vicia faba » 2004 ISA 16387 « Effets des polluants sur les Enchytraeides – détermination des effets sur la reproduction et la survie » 2004 FD ISO 11266 (X 31-220) « Qualité du sol –Lignes directrices relatives aux essais en laboratoire pour la biodégradation de produits chimiques organiques dans le sol sous conditions aérobies » 1997 FD ISO 14328 (X 31-225) « Qualité du sol – détermination de la minéralisation de l’azote et de la nitrification dans les sols, et de l’influence des produits chimiques sur ces processus » 1997 FD ISO 14240-1 (X 31-226) « Qualité du sol – Détermination de la biomasse microbienne du sol – Partie 1 : Méthode par respiration induite par le substrat » 1997 FD ISO 14240-2 (X 31-227) « Qualité du sol – Détermination de la biomasse microbienne du sol – Partie 2 : Méthode par fumigation-extraction » 1997 NF X 31-250 (X 31-250) « Qualité des sols – Détermination de la toxicité d’une substance vis-à-vis des lombriciens (espèces Eisenia fetida) » 1994 NF ISO 11268-1 (X 31-251) « Qualité des sols – Effets des polluants vis-à-vis des vers de terre (Eisenia fetida) – Partie 1 : Détermination de la toxicité aiguë en utilisant des substrats de sol artificiel » 1994 NF X 31-201 (X 31-201) « Qualité des sols – essai d’inhibition de germination de semences par une substance » 1982 » NF X 31-202 (X 31-2002) « Qualité des sols – essai d’inhibition de la croissance des végétaux par une substance » 1986 NF ISO 11269-1 (X 31-203) « Qualité du sol – Détermination des effets des polluants sur la flore du sol – Partie 1 : Méthode de mesurage de l’inhibition de la croissance des racines » 1994 NF X 31-255-1 « Qualité du sol – Effets des polluants vis-à-vis des escargots juvéniles (Helix aspersa) – Partie 1 : Détermination des effets sur la croissance par contamination alimentaire » 2001 NF X 31-255-2 « Qualité du sol – effets des polluants vis-à-vis des escargots juvéniles (Helix aspersa) – Partie 2 : détermination des effets sur la croissance par contamination par le sol » 2001 NF X 31-260 « Qualité du sol – Effets des polluants vis-à-vis des larves d’insectes (Oxythyrea funeta) – Détermination de la toxicité aiguë en utilisant un substrat de sol artificiel » 2001 Pour en savoir plus – NORMALISATION - Qualité des eaux par méthodes biologiques (non exhaustif) NF EN ISO 8692 « Essai d’inhibition de la croissance des algues d’eau douce avec des algues vertes unicellulaires » 2005 NF EN ISO 8692 « Qualité de l’eau –détermination de l’indice biologique global normalisé (IBGN) » 2004 NF EN ISO 8692 « Qualité de l’eau –détermination de l’indice biologique Diatomées (IBD) » 2000


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BIOSURVEILLANCE / AIR

Ouvrages de référence

en français

J.P. GARREC et C. Van HALUWYN Pour commander (www.lavoisier.fr)

Retombées atmosphériques de métaux en France: estimation par dosage dans des mousses (Galsomiès, Savanne et al.)

Coll. : Données et références - Décembre 1999- 17x24 - 188 p. Réf. 3196 - Prix de vente : 150 F - 23 Euros

Résumé Cet ouvrage présente les résultats des travaux du premier réseau français de bio-surveillance (pollution atmosphérique de fond), mis en place pour évaluer les niveaux de contamination terrestre des retombées métalliques et identifier autant que possible les sources de pollutions. Les concentrations de dix métaux lourds et d'un radio-élément (Cs137), présentées sous forme de cartes nationales et régionales, ont été mesurées grâce à des dosages dans des mousses. C'est la première fois en France que l'on dispose d'une telle somme d'informations sur les contaminants de l’air pour une grande variété d'éléments, dont métaux. Cet ouvrage constitue donc un outil important pour les gestionnaires de l'environnement.

Publics Responsables environnement des collectivités locales, services déconcentrés de l'état DRAF, DRASS.

Pollution atmosphérique par les métaux : biosurveillance des retombées (Gombert, Galsomiès et al.)

Hors Coll. - Octobre 2005 - 110p. - 17 x 24 – Réf. 5215 - 29 Euros - Co-édition : EDP Sciences

Résumé La surveillance de la qualité de l'air s'étend progressivement aux zones éloignées des centres industriels et urbains. Dans ces zones, la pollution de l'air, fréquemment qualifiée de pollution de fond, est généralement liée à la dispersion des polluants sur de plus grandes échelles de temps et d'espace. Parmi les polluants concernés, les métaux lourds font l'objet d'une attention toute particulière en raison des risques qu'ils peuvent représenter pour la santé humaine et des dangers liés à leur accumulation dans les écosystèmes. L'ouvrage présente les résultats de la seconde campagne de bio surveillance des retombées atmosphériques de métaux en pollution de fonds à travers le dispositif "mousses/métaux". Vente exclusive par EDP Scienceswww.edpsciences.org

Publics Bureaux d'études santé-environnement, gestionnaires de l'environnement, scientifiques, ASQA, collectivités territoriales, universités, …

Pour commander (www.ademe.fr) Pour commander (www.edpsciences.org)

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LA BIOSURVEILLANCE c’est QUOI