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Atelier 3 – session D Démarches de modélisation en écotoxicologie: activités en cours et à venir dans léquipe EQMA Virginie Ducrot

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Présentation au sujet: "Atelier 3 – session D Démarches de modélisation en écotoxicologie: activités en cours et à venir dans léquipe EQMA Virginie Ducrot"— Transcription de la présentation:

1 Atelier 3 – session D Démarches de modélisation en écotoxicologie: activités en cours et à venir dans léquipe EQMA Virginie Ducrot INRA Ecotoxicologie et Qualité des Milieux Aquatiques (EQMA) UMR 985 Ecologie et Santé des Ecosystèmes Rennes Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

2 La modélisation appliquée à lécotoxicologie dans léquipe EQMA : contexte Une recherche finalisée: - Contexte: évaluation du risque des produits chimiques. - Livrables: des outils pour lévaluation et la gestion des risques. Des partenaires académiques et des gestionnaires - Contexte et livrables définis en collaboration avec les gestionnaires (futurs utilisateurs). - Livrables mis au point en collaboration avec des chercheurs spécialisés dans les domaines concernés. Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

3 Utilisation doutils de modélisation pour quatre thèmes de recherche : - Analyse mécaniste des effets des toxiques au niveau individuel; - Extrapolation des effets sur la dynamique des populations exposées; - Etude des processus évolutifs dans les populations exposées; - Etude de limpact des toxiques sur les réseaux trophiques en mésocosmes. La modélisation appliquée à lécotoxicologie dans léquipe EQMA: actions en cours Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

4 La modélisation appliquée à lécotoxicologie dans léquipe EQMA: actions en cours But: identifier ces déterminants et les prendre en compte lors de la modélisation des effets. Approche scientifique : Recueil des données en conditions contrôlées pour différentes modalités du paramètre étudié (ex: âge, température, etc.), en présence de toxiques; Description des effets via des modèles basés sur la biologie des organismes. Livrables : données/modèles mécanistes permettant de mieux comprendre les réponses aux toxiques, afin de mieux les prévoir in situ. Contexte: les déterminants (ex: âge, température, etc.) de la réponse biologique aux toxiques - sont mal connus pour certains groupes de produits (ex: perturbateurs endocriniens); - ne sont pas pris en compte dans lestimation du danger des produits. Thème: Analyse mécaniste des effets toxiques au niveau individuel. Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

5 La modélisation appliquée à lécotoxicologie dans léquipe EQMA: actions en cours Thème: Extrapolation des effets sur la dynamique des populations exposées. But: estimer limpact dune modification des performances individuelles sur la dynamique des populations exposées. Approche scientifique : Bioessais en laboratoire et/ou mésocosmes; Changement déchelle biologique via des modèles démographiques; Travail sur plusieurs générations. Livrables : données/modèles permettant de calculer des niveaux de contamination sans danger pour les populations exposées. Contexte: la population est le niveau dorganisation biologique requis pour lévaluation du risque des produit chimiques (REACH, Réglementation EC n o 1107/2009). Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

6 La modélisation appliquée à lécotoxicologie dans léquipe EQMA: actions en cours Thème: Etude des processus évolutifs dans les populations exposées. But: déterminer le potentiel adaptatif et les risques dextinction des populations exposées aux toxiques/étudier les effets interactifs potentiels entre les toxiques et les forces évolutives (consanguinité, dérive génétique au hasard, flux génique ) sur leur devenir. Approche scientifique : Bioessais en laboratoire et/ou mésocosmes; Etude comparative de populations naturelles contrastées en termes dexposition; Techniques de biologie moléculaire (ex: génotypage); Modèles de génétique des populations. Livrables : données/modèles permettant de mieux comprendre et de prédire lévolution des populations exposées aux toxiques. Contexte : estimation de risques dextinction à long terme pour les populations naturelles, et des conséquences à léchelle des communautés et des écosystèmes. Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

7 La modélisation appliquée à lécotoxicologie dans léquipe EQMA: questions scientifiques Thème: Etude de limpact des toxiques sur les réseaux trophiques en mésocosmes. But: comprendre et prédire limpact dune perturbation du milieu sur une communauté/comparer des situations et tester des scénarios/aborder la question de la restauration et des effets à long terme. Approche scientifique : Expérimentations en mésocosmes; Calibration/validation de modèles écosystémiques (ex: Aquatox, CASM, …); Prise en compte des incertitudes et détermination dindices de risque « probabilistes » Livrables : données/modèles permettant de déterminer des niveaux de perturbation sans effets sur les communautés dinvertébrés aquatiques. Contexte: Cf. intérêt des études en mésocosmes pour EDR & gestionnaires, séminaire ONEMA-INRA mésocosmes. Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

8 Un exemple daction en cours: Etude des réponses au diquat chez un gastéropode aquatique herbivore, la limnée des étangs Besoin de données sur les effets chroniques pour une ré-évaluation en Diquat: un herbicide non sélectif utilisé notamment pour le faucardage des mares. CEE depuis 2002, mais encore utilisé aux USA Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

9 Etude des réponses au diquat chez la limnée des étangs Objectifs spécifiques - Prendre en compte un scénario de contamination réaliste pour évaluer les effets du diquat; - Obtenir des critères deffets directement utilisables pour lévaluation du risque; - Etudier les déterminants de la réponse biologique des limnées exposées (lien terrain/labo). But de létude Déterminer les effets chroniques de lexposition au diquat chez la limnée des étangs Lymnaea stagnalis. Source : Wyeth lab. Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

10 Etude des réponses au diquat chez la limnée des étangs: démarche expérimentale Exposition 4 doses dherbicide délivrées à 6 semaines dintervalle : scénario pire cas T1T2T3T4 Gamme de concentration réaliste par rapport aux usages: µg/L Eau propre Effets G2 Adultes EmbryonsJuvéniles Taux déclosion -Développement embryonnaire - Mortalité - Consommation de nourriture - Croissance - Age à la première reproduction - Mortalité - Consommation de nourriture - Croissance - Fécondité Etude du cycle de vie pour 2 populations expérimentales génétiquement différenciées Concentration maximale autorisée 224µg/L Concentration mesurée après lapplication 200 à 370 µg/L Influence sur la réponse au diquat ? Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

11 T3T4T2T1 Durée dexposition (j) Concentration mesurée (µg/L +/- S.E.) Etude des réponses au diquat chez la limnée des étangs: Analyse des données via des modèles TK-TD I. Modélisation de la toxicocinétique 1. Mesure de la concentration en diquat dans leau 2. Modélisation de la concentration en diquat dans leau : C ext (t) C ext (t) 3. Modélisation de la concentration interne en diquat : C int (t) k in k out C int (t) k in : Taux dabsorption k out : Taux délimination Modèle TK: cinétique linéaire de premier ordre Bioaccumulation Cinétique des effets ))()(( int tCtCk dt dC extout Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

12 Etude des réponses au diquat chez la limnée des étangs: Analyse des données via des modèles TK-TD II. Modélisation de la toxicodynamique 1. Suivi des performances individuelles 3. Mise en équation si C int (t) > NEC Risque de mortalité = )(th dNECtCb +- ))(( int d si C int (t) < NEC Probabilité de survie t dtth ets 0 )( )( 2. Formulation des hypothèses biologiques du modèle o Pas deffets attendu en dessous dune concentration interne seuil o Le risque de mortalité est proportionnel à la concentration interne NEC (No effect concentration) = 1,05 [1,0 ; 1,7] µg diquat /L d (Background mortality) = 1, [9, ; 2, ] /j b (Killing rate) = 4, [4, ; 4, ] µg diquat/L/j Valeurs estimées et IC95% pour les paramètres du modèle: 4. Calibration, implémentation Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

13 Etude des réponses au diquat chez la limnée des étangs: Résultats majeurs Cinétique des effets correctement décrite à partir des concentrations modélisées. Valeur de NEC directement utilisable pour lévaluation du risque du diquat: EC 0,. Observation deffets chroniques sur la survie des limnées, significatifs dès 1,05 µg/L % - 82% Equivalent aux témoins Effets du diquat sur la consommation de nourriture Effets indirects sur les performances individuelles Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris

14 La modélisation appliquée à lécotoxicologie dans léquipe EQMA: exemple daction à venir NECs Indépendantes durée exposition Indicateur létaux et sub-létaux Prise en compte de concentrations variables dans le temps Mélanges Changement déchelle (maintien et abondance des populations) FECONDITE CROISSANCE COMPORTEMENT SURVIE Critères deffets pour les tests en laboratoire Eau (concentration, température) Influence des paramètres du milieu Nourriture (concentration, quantité) Séminaire ONEMA micropolluants 12 mars 2010 – Paris Œufs Biomasse existante structurefonction Biomasse de novo Activité Assimilats Réserves Urine / Fèces Mécanisme daction du produit Effets direct + effets indirects κ 1-κ et apport des modèles Dynamic Energy Budget (Kooijman, 2000)

15 Merci de votre attention ! Source : Wyeth lab. Source: Maine.gov


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