Bioaccumulation des métaux dans les biofilms de rivière J. Faburé, L.C. Fechner Irstea Antony – UR HBAN – Equipe BELCA

Les biofilms de rivière Biofilms : communautés complexes de microorganismes dans une matrice d’EPS matériel de choix pour le scientifique : ubiquité, abondance, rôle écologique, réponse rapide aux perturbations environnementales

Les biofilms : bioindicateurs des contaminations urbaines ? Question : les teneurs en métaux bioaccumulés dans les biofilms reflètent-elles les concentrations biodisponibles? Qu’est-ce que la fraction biodisponible pour un biofilm ? Démarche expérimentale : Expositions de biofilms au laboratoire Prélèvements in situ Au préalable, revue biblio et tests d’attaque acide des biofilms avant dosage des métaux accumulés pour déterminer le protocole adéquat

Protocole de dosage des métaux bioaccumulés dans les biofilms Dosage métaux totaux et métaux « intracellulaires » (ou « fraction non échangeable ») après lavage à l’EDTA (cf. protocole de l’EAWAG, publis de Behra et al. 2002, Meylan et al. 2004) Collecte du biofilm Mise en suspension (eau minérale) Caractérisation de la teneur en MES de la suspension Filtration en conditions « propres » en métaux ~ 20 mL (avec ou sans lavage EDTA) Attaque acide des filtres avec biofilms : bloc chauffant Digiprep, HNO3/H2O2 (cf. Fechner et al. 2011, ECTX) ; 2 MR pour tester l’efficacité de l’attaque acide Analyse (SAA ou ICPMS) Concentrations finales en µg métal/gDW

Biofilms exposés au laboratoire Au laboratoire : expositions de biofilms se développant sur supports artificiels en microcosmes Conditions d’exposition contrôlées Dosage des métaux totaux et intracellulaires en fin d’exposition

Biofilms exposés au laboratoire Fortes corrélations entre niveaux d’exposition et teneurs bioaccumulées En général forte proportion de métal « intracellulaire » … sauf fortes concentrations d’expo (pour Zn) ?

Biofilms exposés au laboratoire Modifications importantes des teneurs bioaccumulées en cas de multi-exposition (comparaison expositions mono/bi – métalliques)

Biofilms Prélevés in situ Jeux de données terrain obtenus en Seine pour : étudier le lien entre les niveaux de métaux bioaccumulés dans les biofilms et les concentrations mesurées dans la colonne d’eau (gradient amont/aval de Paris) identifier d’éventuels paramètres environnementaux influençant la biodisponibilité des métaux vis-à-vis des biofilms Un premier jeu de données amont/aval de Paris (2009) montre un gradient de contamination des biofilms cohérent avec les niveaux de contamination de l’eau de Seine (Fechner et al. 2012, Env. Poll.)

Campagnes de prélèvements en Seine 3 sites : Marnay (amont), Bougival et Triel (aval) 4 « saisons » : Campagne 1 « automne 2011 »: 31/08-27/09/11 Campagne 2 « printemps 2012 »: 02/03-03/04/12 Campagne 3 « été 2012 »: 01/06-03/07/12 Campagne 4 « hiver 2012 » : 13/11-18/12/12 ~ 4 prélèvements ponctuels d’eau par campagne échantillonneurs passifs et biofilms exposés sur plusieurs semaines (4 à 6 semaines) Gradient anthropique N 35 km Triel Marnay

Résultats Campagnes PIREN La bioaccumulation augmente avec les niveaux d’exposition (gradient amont/aval) Pas d’influence majeure de paramètres saisonniers (température) Corrélations fortes entre teneurs bioaccumulées et fraction métallique totale Gradient de contamination [métaux] dans la colonne d’eau totaux dissous DGT-labiles [métaux] dans les biofilms Totaux Cd 0,64   Co 0,69 0,85 Cu 0,79 0,78 0,82 Mn 0,65 Ni 0,92 Pb 0,80 Zn 0,81 0,66 Intracellulaires 0,58 0,86 0,75 0,77 0,74 0,72 0,89 0,73 0,59 0,60

Conclusions campagnes Seine La fraction particulaire doit être prise en compte pour évaluer la fraction biodisponible pour des biofilms Pas de corrélation avec des paramètres physico-chimiques ou saisonniers (type température) mais peu de données Pas de corrélation entre bioaccumulation et paramètres « grossiers » caractérisant les biofilms (teneur en chlorophylle a, DW, etc.) Besoin de mieux caractériser les communautés pour appréhender les mécanismes de bioaccumulation (influx/efflux de métaux dans les biofilms)

Résultats campagne 20 sites (projet BioMarquIndic) Prélèvements de biofilms sur 20 sites répartis dans tout le BV Seine (15j de colonisation, année 2013) Les 20 sites font l’objet d’un suivi pendant 3 ans de différents paramètres biologiques et physico-chimiques Analyse des teneurs bioaccumulées et comparaison avec la contamination de l’eau (total/dissous/labile)

Comparaison teneurs bioaccumulées et teneurs dans l’eau les concentrations dans l’eau (ici Cu total et dissous) reflètent le gradient amont (sites BB et BM) / aval (MB et MM) …avec quelques exceptions : sites 17 et 18 < NQE par exemple

Comparaison teneurs bioaccumulées et teneurs dans l’eau le « gradient » amont/aval n’est pas retrouvé pour certains sites, les biofilms sont nettement moins (site 20) out plus contaminés (site 6) que ce à quoi on pouvait s’attendre (avec les valeurs de conta de la colonne d’eau)

Corrélations entre teneurs bioaccumulées et teneurs dans l’eau Coeff corélation biofilm/eau Cu tot B Cu intra B Cu eau tot 0,63 0,38 Cu eau dis 0,48   Zn tot B Zn intra B Zn eau tot 0,42 0,16 Zn eau dis 0,34 0,15 Pb tot B Pb intra B Pb eau tot 0,80 0,74 Pb eau dis 0,67 Ni tot B Ni intra B Ni eau tot 0,17 0,04 Ni eau dis 0,24 0,13 Cd tot B Cd intra B Cd eau tot -0,08 0,07 Cd eau dis -0,04 même constat pour tous les métaux testés meilleure corrélation pour le plomb

Proportions métal intracellulaire / métal total bioaccumulé % intracellulaire en général élevé mais variable suivant les métaux et les niveaux de contamination « intracellulaire » = non échangeable et pas seulement ce qui est dans les cellules

Classement des sites en fonction des concentrations cumulées (Pb, Cd, Zn, Cu, Ni) Contamination cumulées totale (eau) Contamination cumulée totale biofilm le classement est semblable au classement réglementaire sauf pour les sites 17 et 18 la contamination métallique est différente de celle observée dans l’eau en particulier pour les sites 20 et 4

Biofilm intracellulaire Classement des 20 sites 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Niveau de contamination Eau total Biofilm intracellulaire Eau dissous Biofilm total

Conclusion et perspectives Résultats du stage à reprendre avec les teneurs mesurées dans la colonne d’eau en 2013 Besoin d’aller plus loin dans la caractérisation des biofilms pour mieux comprendre l’influence de la composition/structure des communautés sur la capacité à bioaccumuler/réguler les teneurs en métaux Intérêt des biofilms (échelle communauté, base chaîne trophique) pour évaluer la fraction biodisponible (complémentarité avec les autres modèles biologiques pas forcément « sensibles » à la fraction particulaire) Caractériser plus finement la fraction « intracellulaire » (ce qui est dans les cellules et ce qui reste adsorbé après lavage à l’EDTA) Caractériser la fraction scotchée à la matrice (via extraction des EPS par exemple)