THIERY Axelle et KERJEAN Mathilde L’écotoxicologie de l’eau Réalisé par : THIERY Axelle et KERJEAN Mathilde (1SB1)

L’Ecotoxicologie de l’eau Le terme " écotoxicologie" a été introduit par Truhaut en 1969 . Il est dérivé des mots "écologie" et "toxicologie". Précédemment, les études de toxicologie environnementales concernaient principalement les effets néfastes des toxiques sur l'homme. L'écotoxicologie prend en compte les effets des produits écotoxiques, substances qui présentent ou peuvent présenter des risques immédiats ou à long terme pour une ou plusieurs composantes de l'environnement.   Nous nous sommes interrogées sur les informations apportées par les êtres vivants concernant la qualité de l’eau. Nous étudierons dans un premier temps les sources de pollution qui touchent l’environnement, puis les répercutions alarmantes d’un polluant. Enfin, nous réaliserons une expérience en nous inspirant des techniques des écotoxicologues. English translation

SOMMAIRE I Notions générales Les différents types de pollution La pollution naturelle La pollution anthropique II Exemple des perturbateurs endocriniens sur le poisson Définition Conséquences Mécanisme de la perturbation dans l’organisme III Expérimentation Le test micro-tox Notre expérimentation Exploitation des données officielles   English translation

I Notions générales

Les différents types de pollution Contrairement aux idées reçues, la pollution n’est pas entièrement due à l’Homme. Mais le plus souvent, nos cours d'eau sont pollués par des déchets urbains, agricoles et industriels comprenant de nombreuses substances toxiques de synthèse que les processus naturels ne réussissent pas à décomposer.

La pollution naturelle La teneur de l'eau en substances indésirables n'est pas toujours le fait de l'activité humaine. Certains phénomènes naturels peuvent également y contribuer. Par exemple, le contact de l'eau avec les gisements minéraux peut, par érosion ou dissolution, engendrer des concentrations inhabituelles en métaux lourds, en arsenic par exemple. On peut également constater que des éruptions volcaniques ou des épanchements sous-marins d'hydrocarbures peuvent aussi être à l'origine de pollutions.

La pollution anthropique Nous sommes une société « chimique ». Nous utilisons des centaines de produits chimiques dans nos activités quotidiennes. Actuellement, nous connaissons presque 10 millions de produits chimiques, et environ 100 000 sont utilisés commercialement. La plupart des produits chimiques toxiques sont rejetés directement dans nos cours d'eau sous forme de déchets. Un grand nombre pénètre également dans l'eau à la suite de leur utilisation domestique, dans l’agriculture et dans l'industrie. Ces produits modifient constamment la composition chimique de nos eaux : d’une part par infiltration, c'est-à-dire lorsqu'ils imprègnent la terre et se rendent jusqu'aux eaux souterraines après lixiviation* au travers des décharges et des terres agricoles, d’autre part par ruissellement, lorsqu'ils sont entraînés dans des masses d'eau (pluie) qui s ’écoulent sur des terres, où ces produits ont été utilisés ou déversés. La pollution par les métaux a été ignorée durant de longues années afin d’éviter d’entraver le développement industriel. Les zones d’extraction des métaux ne représentent qu’une petite partie de la surface terrestre (moins de 300.000 km2). Pourtant les sites miniers abandonnés laissent en surface de grandes masses de déchets, riches en sulfures métalliques, qui libèrent en s’oxydant des eaux acides fortement chargées en métaux.

Les perturbateurs endocriniens L’étude portera uniquement sur l’impact des perturbateurs endocriniens.

Définition Les perturbateurs endocriniens sont des substances qui interférent avec les fonctions du système hormonal et risquent d’influer négativement sur les processus de synthèse, de sécrétion, de transport, d’action ou d’élimination des hormones . Un perturbateur endocrinien potentiel est, par exemple, une substance ou un mélange exogène dont les propriétés peuvent modifier le système endocrinien d'un être vivant, de ses descendants ou de populations. Nous présentons ici les principales observations sur le poisson.

Conséquences des perturbateurs endocriniens Les perturbateurs endocriniens entraînent une détérioration de la santé des populations de poissons. On voit apparaître sur les animaux vivant dans un milieu atteint, des tumeurs, des lésions, et des malformations génétiques. Ces perturbateurs peuvent également endommager leur système immunitaire et causer, à terme, la mort de ces êtres vivants. Les perturbateurs agissent également sur le sexe des poissons. Ils altèrent le développement des gonades des jeunes poissons et opèrent une différenciation sexuelle sur les poissons mâles. On observe une anomalie dans la reproduction, qui est décroissante. Le risque majeur serait une disparition des espèces. Des études ont démontré que certains effluents d’usines de pâtes à papiers, qui contiennent des composés œstrogéniques, ont été mis en cause dans l'altération des sex-ratios*. Tous ces effets négatifs sont attribués à la contamination de l'environnement : les populations de mammifères et d'oiseaux qui se nourrissent de poisson diminuent aussi, semble-t-il. Par exemple, dans le lac Ontario, sept des dix espèces de poissons les plus estimées ont presque complètement disparu. De plus, certains troubles du système reproducteur humain et certains cancers sont plus fréquents ; ce qui pourrait être lié à la perturbation du système endocrinien.

Gonade mâle Gonade femelle Féminisation des gonades de carpes mâles exposées à un perturbateur. (Gimeno et al., 1996) Masculinisation de la nageoire anale de femelles exposées Nageoire femelle Nageoire mâle

1 2 3 5 4 Cellule endocrine sang Cellule cible Stimulation des cellules endocrines Cellule endocrine noyau cytoplasme membrane plasmique Mécanisme normal du système hormonal sang 2 Libération d’hormones dans le sang 3 Transport d’hormones par le sang 5 Réponse de la cellule cible: modification de son activité 4 Fixation d’hormones sur les récepteurs de la cellule cible Cellule cible hormone

III Expérimentation

Le test micro-tox (1) La bactérie Vibrio fischeri est un micro-organisme marin qui émet naturellement de la lumière. Le phénomène de bioluminescence chez cette bactérie est lié au cycle énergétique de la cellule. Une inhibition de la bioluminescence peut donc être interprétée comme une perturbation du métabolisme énergétique de la bactérie. Le test micro-tox (test écotoxicologique*) consiste à reconstituer dans un milieu liquide salin une souche de bactéries à une série de concentrations de l’échantillon à analyser. Après la période d’exposition, le niveau de réduction de la bioluminescence est comparé à celui d'un groupe témoin. Les CI50 (concentration inhibitrice) sont ensuite calculées à 5 et 15 minutes.

Le test micro-tox (2) Les biologistes spécialisés en écotoxicologie utilisent les caractéristiques de certaines bactéries et, ici leur bioluminescence pour le test micro-tox. Ils déterminent une concentration inhibitrice par une procédure longue et précise consistant à tester l’eau à différentes concentrations, différentes dilutions et avec différents témoins. Si plus ou moins de bactéries meurent, cela induit une diminution de la luminescence et une eau d’une qualité relative à cette luminescence. L’expression des résultats est exprimée dans un graphique gausso-logarithmique. Nous nous sommes interrogées sur la qualité de l’eau de la Vesle, cours d ’eau alimentant Reims. Nous avons entrepris d’utiliser les caractéristiques des bactéries pour réaliser un test à notre portée en nous inspirant de micro-tox.

Notre expérimentation Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle l’eau de la Vesle serait de bonne qualité à l’amont de Reims et plutôt médiocre à l’aval. Une station d ’épuration est implantée à quelques kilomètres de Reims. Nous supposons que la qualité de l’eau qui en sort est meilleure qu’à la sortie-même de la ville, mais de moins bonne qualité qu’à l’amont. Sur la photo de la page suivante, les stations sont numérotées de 1 à 3 de l’amont vers l’aval. Station 1 : Beaumont-sur-Vesle : à l’amont de la ville de Reims. Station 2 : Saint-Brice-Courcelles : à l’aval de l’agglomération rémoise et à l’amont du rejet de la station d’épuration Station 3 : Moulin Compensé : à l’aval du rejet de la station d’épuration

3 Reims 2 1 Moulin Compensé Station d’épuration Saint Brice Courcelles Beaumont-sur-Vesle 1

Mode opératoire de l’expérience Nous avons calculé le pH de l’échantillon. Celui-ci doit être compris entre 5,5 et 8,5 et ajusté à la valeur limite la plus proche (8,5 ou 5,5) pour qu’il n’interfère pas dans l’inhibition de la luminescence des bactéries. Dans l’appareil micro-tox, nous avons placé des échantillons d’eau des trois stations dans lesquels nous avons ajouté des souches de bactérie vibrio-fischeri en ayant pris soin de reconstituer leur milieu salin. Nous avons ensuite mesuré la luminescence de ces souches dans chacun des échantillons, à l’aide de l’appareil.

Résultats (1)

Résultats (2)

Analyse Les bactéries développent leur luminescence au fur et à mesure du temps. Observons l’évolution de la luminescence d’une station à l’autre. Nous constatons une forte diminution de la luminescence au niveau de la station 2 par rapport à la station 1 puis une légère augmentation au niveau de la station 3 par rapport à la station 2. L’inhibition de la luminescence dépend de la qualité du milieu : plus cette dernière se dégrade, moins les bactéries émettent leur bioluminescence. L’eau de la station 1, est donc de meilleure qualité que celle des deux autres. Ici, on ne peut pas véritablement employer le terme de pollution car la luminescence est peu inhibée, on ne perçoit qu'une légère différence entre les différentes stations. D’après ces résultats, notre hypothèse paraît vérifiée, cependant pour les confirmer nous aurons recours aux résultats officiels.

Exploitation des données officielles (1) L ’eau de la Vesle étant contrôlée par le Syndicat Intercommunal d’Aménagement du Bassin de la Vesle (S.I.A.BA.VE.), nous avons recherché les résultats officiels pour confirmer ou infirmer notre hypothèse. D’après ces résultats nous avons estimé la qualité de l’eau aux différentes stations à l’aide de la grille d’évaluation.

Exploitation des données officielles (2)

Paramètres physico-chimiques 5 9h45 7,0 784 7,7 9 0,21 21,12 0,51 43 3,6 58 6,8 9h30 7,5 650 6,3 15 0,24 26,40 0,81 29 5,9 66 4,5 8h55 8,1 520 4 0,01 29,04 0,08 33 2,7 72 8,9 Paramètres physico-chimiques Oxygène dissous (mg/L) Taux de saturation O2 (%) D.B.O. (mg/L) D.C.O. (mg/L) NH4+(mg/L) NO3- 4 (mg/L) Phosphore total (mg/L) M.E.S (mg/L) Température (°C) Conductivité (µS/cm) pH (unité pH) Heure de prélèvement Température extérieure (°C) 1 2 3 Station Exploitation des données officielles (3) Critères de très bonne qualité Critères de qualité moyenne Critères de qualité médiocre

Bilan Station 1 Station 2 Station 3 Critères de très bonne qualité Critères de qualité moyenne Critères de qualité médiocre A l’aide de la grille d’évaluation, nous avons pu établir ces graphiques représentant la qualité de l’eau aux différentes stations. Nous pouvons constater que la station 1 répond à une majorité de critères de très bonne qualité tandis que la station 2 est de plus médiocre qualité. La qualité de l’eau de la station 3 est de meilleur qualité que la station 2 mais n’atteint pas le seuil de qualité de la station 1. Notre hypothèse est donc confirmée.

Conclusion générale Certes la pollution naturelle existe mais l’homme est en grande partie responsable de l’avilissement de son environnement. Les conséquences de certains polluant tels que les perturbateurs endocriniens, sont non seulement dramatiques mais peuvent, à terme, réduire certaines espèces à néant. L’étude de la santé des microorganismes et de la faune aquatique permettent aux spécialistes d’être alarmés et d’établir les risque potentiels d’une eaux de mauvaise qualité. Les animaux sont considérés comme des espèces sentinelles qui permettent d'évaluer les effets nocifs potentiels des pollutions sur la santé des humains. English translation

Lexique Le lixiviat est le liquide résiduel qui provient de l’infiltration de l‘eau à travers un matériau. Dans le cas de déchets, le lixiviat se charge de polluants organiques, minéraux et métalliques, et risque ainsi de provoquer la pollution de la nappe phréatique. Retour au diaporama

Lexique Le sex-ratio est le taux d’hormones de régulation sexuelle dans un organisme. Retour au diaporama

Lexique Un test écotoxicologique est un essai expérimental déterminant l'effet d'un ou de plusieurs produits sur un groupe d'organismes sélectionnés, dans des conditions bien définies. Retour au diaporama

Ecotoxicology of water The term "ecotoxicology" has been created by Truhaut in 1969. It is derivative from the words "ecology" and "toxicology". Before, environmental toxicology was studying the fatal effects of toxic products on human. Ecotoxicological studies concern the effects of ecotoxic products, which are substances endangering the environment immediately or in the long term. We wondered what are the information given by the living beings concerning quality of water. First, we will study the origins of pollution which spoil the environment, then we will study the allarming repercussions of a pollutant. Finally, we will carry out an experiment, inspiring ourself on techniques of ecotoxicologists. Retour page

CONTENTS I General Notions The various types of pollution Natural pollution Anthropological pollution II Example of the endocrine troublemakers on fish Definition Consequences Mechanism of the disturbance in the body III Experiment The test micro - tox Our experiment Exploitation of official data Retour page

General conclusion Certainly natural pollution exists but human is largely responsible for the depreciation of his environment. The consequences of some pollutants such as the endocrine troublemakers, are not only dramatic but could even reduce some sorts to nothingness. The study of health of microbodies and of aquatic fauna allow the specialists to be alarmed and to establish potential risks of one poor quality waters. Animals are considered as sentinels sorts which allow to estimate the potential harmful effects of pollution on the health of human beings. Retour page