Impact du pyrène en microcosmes aquatiques

• Introduction
  
• 1. Présentation des Hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) 
  
• 2. Influence de la matrice sédimentaire sur le comportement des HAPs en milieu aquatique
  
  • 2.1. Importance de la matière organique dans la partition des HAPs en milieu aquatique
    
    • Dès leur entrée dans les milieux aquatiques, les HAPs sont soumis à divers processus physico-chimiques qui vont influencer de manière prépondérante leur dispersion au sein des différentes phases biotiques et abiotiques présentes. Le caractère apolaire de ces composés leur confère une charge globale neutre qui les exclut de toute interaction mettant en jeu des phénomènes acido-basiques ou de complexation, contrairement au polluants métalliques. La conséquence de cette hydrophobicité est une forte affinité des HAPs pour la matière organique des compartiments biotiques et abiotiques des écosystèmes aquatiques. La matière organique présente dans les sédiments et les particules en suspension est un élément primordial intervenant dans les phénomènes d'adsorption et de désorption des HAPs (Karickhoff et al., 1979). Au niveau de la colonne d'eau et dans l'eau interstitielle des sédiments, la matière organique se présente sous forme particulaire et sous forme colloïdale ou dissoute. La quantité de matière organique, ainsi que sa teneur en acides humiques et en composés aromatiques, sont des paramètres qui vont être déterminants dans le niveau d'adsorption de composés hydrophobes à la surface des particules en suspension : les HAPs de la colonne d'eau vont être généralement associés à ce type de particules (Mc Carthy et Jimenez, 1985 ; Mc Carthy et Zachara, 1989). La sédimentation de ces particules constitue la principale source de contamination des sédiments lorsque des HAPs sont adsorbés sur ces particules. Malgré la grande diversité des associations présentes dans les milieux naturels, c'est la quantité de matière organique qui fixe principalement le niveau d'affinité des HAPs pour la matrice sédimentaire (De Witt, 1992). L'origine et la nature de la fraction organique ne semblent influer que pour des HAPs de très haut poids moléculaire et pour des ligands présentant une très haute affinité (Akkanen et al., 2001). De façon générale, l'adsorption et l'accumulation des HAPs dans les sédiments aquatiques se font par l'intermédiaire du carbone organique total (COT) dont la teneur est proportionnelle à la quantité de matière organique présente. Le niveau d'affinité des HAPs pour la matière organique des sédiments est donc évalué par le logarithme du coefficient de partage des concentrations entre la phase particulaire et l'eau interstitielle, ramené à la teneur en carbone organique total :
      
    • Koc = Kp / foc = Cs / (Cd * foc)
      
  • 2.2. Biodisponibilité et bioaccumulation des HAPs au sein de la matrice sédimentaire
    
    • 2-2-1- Biodisponibilité
      
    • 2-2-2- Bioaccumulation
      
      • 2-2-2-1- Facteurs abiotiques
        
      • 2-2-2-2- Facteurs biotiques
        
• 3. Toxicité des HAPs en milieu aquatique
  
  • 3.1. Modes de toxicité
    
  • 3.2. Modèles prédictifs
    
    • 3-2-1- Théorie de la partition à l'équilibre
      
    • 3-2-2- Concentration critique tissulaire
      
    • 2.1. Daphnies
      
      • 2.2. Amphipodes
        
        • 2.5. Chlorella vulgaris et Pseudokirchneriella subcapitata
          
• 1. Evolution des paramètres physico-chimiques des microcosmes
  
  • 1.1. Sédiment
    
  • 1.2. Eaux surnageantes
    
    • 1.2.1. Teneur en oxygène et taux d'oxygène dissous
      
    • 1.2.2. Conductivité
      
    • 1.2.3. pH
      
    • 1.2.4. Teneurs en anions/cations
      
    • 1.2.5. COT
      
  • 1.3. Eaux interstitielles
    
    • 1.3.1. Teneurs en anions/cations
      
    • Figure 6 : Teneur en SO42- des eaux interstitielles extraites des sédiments à 0, 10, 21 et 28 jours d'essais.
      
    • 1.3.2. COT
      
• 2. Développement des organismes
  
  • 2.1. Daphnies
    
    • 2.1.1. Survie et croissance
      
    • L'évolution du taux de survie des daphnies mères entre J0 et J28 pour les bioessais plurispécifiques est présentée sur la figure 8. Lors de l'essai plurispécifique n°1 , certaines conditions existant dans les microcosmes témoins du sédiment Craie se sont révélées néfastes à la survie des daphnies mères. Le taux de survie des daphnies introduites dans les systèmes du traitement C1 est relativement bas entre 10 et 21 jours d'essais ; il décline ensuite rapidement après 21 jours d'essai pour atteindre la valeur de 33% à 28 jours d'essai. Une mortalité importante des daphnies est observée entre J0 et J10 dans les microcosmes du traitement C2. Cette mortalité a été relevée dans l'ensemble des microcosmes de ce traitement, aussi, afin de pouvoir poursuivre l'étude du pyrène sur le développement des daphnies, une nouvelle introduction a été réalisée à J13. Le nombre total de daphnies des microcosmes a été réajusté à 10 à partir de jeunes individus âgés de moins de 48 heures. Malgré cet apport supplémentaire d'organismes, le taux de survie à 28 jours n'atteint que 27%. Les écarts-types importants observés témoignent d'un comportement très hétérogène des systèmes au sein des traitements mis en place et ne permettent pas de mettre en évidence d'effet significatif des traitements appliqués sur la survie des daphnies. Dans l'essai plurispécifique n°2 la variabilité des valeurs observées est moins importante et le taux de survie des daphnies dans les lots témoins atteint 70% sur 28 jours pour les traitements C1 et T1. Si les taux de survie observés pour les traitements C2, MC2 et MT2 sont également importants (compris globalement entre 66% et 83%), la survie des organismes est très affectée dans les systèmes du traitement T2, et ce, de manière précoce. La mortalité importante des daphnies entre 0 et 28 jours conduit à observer un taux de survie très bas en fin d'essai (7%) pour ce traitement. Des observations réalisées lors des numérations et des sacrifices ont permis de déceler la présence de masses blanchâtres au niveau de la poche à oeufs des cladocères à partir de 10 jours d'essai au niveau des microcosmes de ce traitement. La cause de cette mortalité importante est donc peut-être lié, en partie, à un phénomène de parasitisme. Lors des numérations effectuées entre 0 et 28 jours, l'utilisation d'une ampoule à incandescence placée au-dessus des systèmes à permis d'évaluer la réactivité des organismes à un stimulus lumineux. Dans les microcosmes témoins ainsi que les systèmes des traitements MC2 et MT2 de l'essai n°2, 70 à 90% des organismes réagissent à ce stimulus et gagnent rapidement (moins d'une minute) le tiers supérieur de la colonne d'eau. Dans les systèmes contaminés, le nombre d'organismes qui réagissent à ce stimuli est moins important (30 à 50%). Dans l'essai plurispécifique n°1, la croissance des organismes est significativement supérieure à 28 jours dans les systèmes du traitement C2 (figure 9). A la vue des faibles taux de survie observés pour les daphnies de ce traitement à 10 et à 28 jours d'essai il est probable que ce résultat soit dû à un accès facilité des organismes survivants à la nourriture introduite dans les systèmes. Aucun effet de la contamination n'a été détecté sur la croissance des organismes dans le cadre de l'effet plurispécifique n°2.
      
    • Figure 9 : Poids sec des daphnies à 10, 21 et 28 jours (moyenne sur 3 réplicats #177; écart type ; * effet significatif, p<0,05).
      
    • 2.1.2. Reproduction
      
  • 2.2. Amphipodes
    
  • 2.3. Chironomes
    
    • 2.3.1. Survie
      
    • Des mesures de poids sec réalisés sur des échantillons de populations des individus émergents extraits des systèmes (résultats non présentés ici) non pas mis en évidence de différences significatives entre les traitements appliqués lors des deux essais. De manière globale, les niveaux de survie observés dans les systèmes des traitements témoins et contaminés de l'essai plurispécifique n°2 se sont révélés supérieurs à ceux de l'essai plurispécifique n°1. Les mesures de poids sec (résultats non présentés ici) relevées sur les larves à 10 jours d'essai ainsi que sur des échantillons d'adultes émergents (environ 50 individus) n'ont pas montré d'effet des traitements appliqués sur la croissance des organismes.
      
    • 2.3.2. Emergence
      
  • 2.4. Lentilles d'eau
    
  • 2.5. Teneur en chlorophylle
    
  • Les mesures de teneurs en chlorophylle A réalisées lors des dates de sacrifices des deux essais plurispécifiques ont montré une grande variabilité et n'ont pas permis de déceler un effet des traitements appliqués sur le développement des chlorophycées introduites à J0. D'une manière générale, les chlorophycées introduites en début d'essai ont présenté une grande difficulté à se développer dans les systèmes. Les teneurs en chlorophylle relevées dans les eaux surnageantes entre 0 et 28 jours d'essais étaient globalement toutes comprises entre 1 et 10 ug/L. Les teneurs en PO43- des eaux surnageantes n'ont pas montré de valeurs suffisamment basses pour expliquer un effet limitant de ce paramètre. Les teneurs en NH4+ étant restées très faibles dans les eaux surnageantes des systèmes, il est permis de penser qu'un déficit en azote soit à l'origine de ce faible développement des algues. Il est également possible que le broutage des daphnies ait limité le développement algal.
    
    • 2.6.1. Activités exoenzymatiques
      
    • 2.6.1.1. Bioessai monospécifique
      
    • 2.6.1.2. Bioessais plurispécifiques
      
    • 2.6.2.1. Bioessai monospécifique
      
    • L'estimation des densités bactériennes des sédiments utilisés dans le cadre de l'essai monospécifique sont présentées figure 17. Les faibles valeurs observées à 1 et à 7 jours d'essai correspondent peut-être à la mise en place de consortiums bactériens adaptés à l'environnement créé dans les microcosmes, en soulignant le fait qu'aucun apport en nourriture n'a été effectué dans ces systèmes. Une réduction significative de la densité bactérienne est observée à 21 jours d'essai dans les sédiments dopés à 10 ppm, 100 ppm et 200 ppm de pyrène.
      
    • 2.6.2.2. Bioessais plurispécifiques
      
    • 2-6-3. Suivi de souches bactériennes dégradant le pyrène
      
      • 3.3. Mesures de bioaccumulation
        
• Tableau 6 : Taux de survie des invertébrés aquatiques introduits dans les microcosmes témoins
  
• Conclusion et perspectives