BIO-SURVEILLANCE ACTIVE

CONTEXTE ET OBJECTIFS

Le Programme ADIIP s’inscrit dans la continuité des travaux de recherche précédemment réalisés par l’IRD en Nouvelle-Calédonie ainsi que par l’Ifremer en Métropole et dans certains DOM dans le domaine de l’évaluation et du suivi des pressions et des éventuels impacts induits par les activités anthropiques dans le milieu marin. L’analyse de contaminants chimiques présents sous formes dissoutes ou particulaires dans la colonne d’eau ou associés aux sédiments en suspension ou déposés permet de déterminer l’importance des apports dans le milieu physique. En revanche, la fraction de ces contaminants susceptible de pénétrer (par voie dissoute et/ou alimentaire) dans les organismes marins vivants puis de s’y accumuler et/ou d’y induire des effets toxiques ne peut être évaluée qu’en mesurant directement les concentrations de ces contaminants dans les tissus biologiques, ou en y recherchant la présence d’éventuels effets toxiques.

Les analyses de contaminants dans les tissus biologiques sont préférentiellement réalisées sur des espèces dites « bioaccumulatrices » (c’est-à-dire capables d’accumuler significativement ces contaminants) afin de pouvoir les détecter et les quantifier facilement lors de l’analyse. Cette propriété peut alors être exploitée pour assurer un suivi temporel et/ou géographique de la fraction des contaminants biologiquement disponibles, sous réserve que leur bioaccumulation soit proportionnelle aux concentrations présentes dans le milieu ambiant afin de pouvoir réellement refléter le degré de contamination.

Le suivi temporel et/ou géographique d’une contamination chimique par des espèces marines bioaccumulatrices par transplantation est une méthode approuvée. Elle est déjà mise en œuvre dans de nombreux pays dont la Nouvelle-Calédonie, avec deux espèces déjà validées ; le bivalve Isognomon isognomon et l’algue Lobophora variegata.

Sur la base de ces travaux, le programme ADIIP avait pour objectif d’acquérir un ensemble de connaissances supplémentaires devant permettre :

 L’étude et la validation de nouvelles espèces bioindicatrices transplantables et réellement adaptées à différents types de milieux susceptibles d’être impactés par l’industrie minière et plus largement les activités anthropiques par les métaux et les hydrocarbures ;

 D’examiner les potentialités de l’ensemble des bioindicateurs, étudiés ou déjà validés, permettant de proposer ultérieurement ceux capables de conforter les meilleurs diagnostics des suivis environnementaux ;

 De remplacer, le cas échéant, certains indicateurs pour des raisons de performances et/ou de coût, par exemple.

Dans ce contexte, la pertinence des deux espèces Bractechlamys vexillum et Modiolus auriculatus a été examinée, ces deux organismes ayant été pressentis pour assurer, en complément des bio-indicateurs actuellement validés, le suivi des contaminations du milieu côtier.

L’espèce Pinctada maculata, non initialement envisagée dans le programme ADIIP a fait l’objet d’une étude complémentaire dont le développement et les résultats sont également présentés dans cette synthèse.

Pour cette étude deux sites aux niveaux de contamination contrastés ont été choisis : la Grande Rade (GR) en raison des concentrations élevées qui y ont été mesurées et l’Ilot Signal (IS), considérée comme une station de référence quasi-exempte d’influence anthropique.

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METHODE

PRINCIPALES CARACTERISTIQUES DES ESPECES CIBLES

B

(

)

Sur la base des données bibliographiques, l’intérêt s’est donc porté sur cette espèce, notamment par son caractère abondant. En effet, leur récolte s’avère relativement aisée, cependant, sur la plupart des stations prospectées, les densités relevées diffèrent fortement (60-450 indiv/100 m2).

Figure 13 : Représentation de l’espèce B. vexillum

Par ailleurs, d’après la littérature scientifique, les variations de l’indice gonadique constatées pour B.vexillum peuvent constituer un désavantage dans son utilisation comme bioaccumulateur. En effet, il atteint un maximum en août, durant la saison fraîche et durant l’été austral, à l’inverse, la valeur de l’indice est très faible : l’émission des gamètes est donc étalée sur toute l’année et aucune période de ponte n’est prééminente et, de surcroît, elle peut varier d’une année sur l’autre. Cette variation du cycle de reproduction de B.vexillum reste pénalisante pour le contrôle des processus de biaccumulation.

Par ailleurs, malgré un certain nombre de critères favorables pour sa sélection comme bioindicateur (l’abondance, la facilité de récolte, la taille..), cette espèce n’a finalement pas été retenue pour les expérimentations de transplantation. En effet, sa résistance aux manipulations en laboratoire présente un réel handicap, une mortalité de masse a été observée dès les premières manipulations au laboratoire, le reste des effectifs vivants n’ayant pas résisté à la première semaine d’exposition en mer.

P

(

)

L’huître perlière Pinctada maculata remarquée pour sa forte densité (290 indiv/100 m²) et vivant dans des milieux variés (observation effectuée pendant les phases de prospections) a été adoptée comme une espèce alternative à éprouver par une étude. En Nouvelle-Calédonie, cette espèce s’observe et se récolte aisément à la surface des sédiments, où elle vit accrochée au pied des macroalgues des sites côtiers aussi bien que mi- lagonaires ou récifaux.

Toutefois, au mieux de notre connaissance aucune étude éco-physiologique approfondie n’a été effectuée sur cette espèce.

En Polynésie cependant, P. maculata a été identifiée comme un bioindicateur potentiel. Cette étude a mis en évidence, dans le Port de Papeete, des concentrations significatives dans les tissus pour quatre métaux (Cr, Cu, Fe et Zn). Les teneurs très faibles mesurées en Cd, Hg et Pb n’ont pu mettre en évidence aucun effet de bioaccumulation, ce résultat ne signifiant pas forcément une mauvaise intégration de ces métaux. Enfin,

29 phénanthrène, anthracène, fluoranthène, acénaphtylène et pyrène) ont révélé une cinétique de contamination/décontamination.

En revanche pour les lagons de Polynésie, P.maculata n’a pas été retenue pour des expériences ultérieures de bio-monitoring, en raison d’une forte mortalité constatée pendant l’étude.

Figure 14: Photos représentant l’huître perlière P. maculata.

M

(

)

Les Mytilidae sont connues pour présenter une grande tolérance à une large gamme de contaminants. Les moules représentent les principaux organismes intégrateurs de pollution, elles ont été et font toujours l’objet de nombreuses recherches en écotoxicologie soit dans leur biotope naturel soit dans les programmes de surveillance « Mussel Watch ». A la Réunion, la moule tropicale M. auriculatus a été étudiée et les résultats du programme ont permis de confirmer les capacités bioaccumulatrices en polluants métalliques et organiques et de disposer d’une première photographie de la qualité des eaux côtières de l’île.

Figure 15: Représentation de l’espèce M. auriculatus

En Nouvelle-Calédonie, quasiment aucune étude n’a été initiée sur cette espèce et les premières prospections réalisées en 2012 n’ont pas permis de répondre aux critères d’abondance et de facilité de récolte pour leur utilisation dans des programmes de transplantation. Ce résultat décevant et contraire aux attendus, a conduit à ne pas retenir non plus cette espèce, jusqu’à une plus ample connaissance de la répartition des populations. Toutefois, dans un second temps, la découverte de gisements suite à des explorations plus soutenues, a permis d’envisager tout de même de prolonger les travaux du programme ADIIP avec ce Mytilidé.

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PINCTADA MACULATA

E

Environ 450 spécimens de taille hétérogène ont été récoltés en zone mi-lagonaire puis brossés et mesurés. A partir d’une population de taille homogène (54,1 ±1,9 mm ; n=190), 11 lots de 15 spécimens ont été constitués de façon à pouvoir déterminer les concentrations initiales, les cinétiques de bioaccumulation et d’élimination des métaux et des HAP (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques).

Chaque spécimen a été épongé puis pesé vivant. Le poids frais total moyen de l’ensemble des lots avant transplantation est de 26,32 ± 3,91 g.

Pour étudier la cinétique d’accumulation, les organismes ont été immergés pendant 4 mois à 5 m de profondeur dans le fond de la Baie de la Grande Rade (GR). La date d’immersion a été fixée à la fin de la saison chaude australe afin que la période complète d’immersion concorde avec une diminution de la température des eaux lagonaires, la plupart des bivalves tropicaux se reproduisant préférentiellement en saison chaude, lorsque les températures sont les plus élevées (la reproduction influe fortement sur les mécanismes de bioaccumulation).

L’étude des cinétiques d’élimination a ensuite été conduite à proximité de l’Ilôt Signal (IS), en eaux claires, pendant 4 mois.

Pour chacune des deux phases de l’étude, les prélèvements ont été effectués après 1, 2, 4, 8 et 14 semaines d’immersion. Lors de chaque visite, les caractéristiques physico-chimiques de la colonne d’eau ont été mesurées et des prélèvements ont été réalisés pour analyser les métaux, des HAP dissous et de la chlorophylle

A.

De retour au laboratoire, les spécimens de chaque lot ont été pesés vivants, mesurés puis sacrifiés et disséqués. La glande sexuelle a été isolée et pesée seule afin d’évaluer le stade du cycle de reproduction, puis pesée avec le reste des tissus pour obtenir le poids frais total ; les coquilles ont été rincées, séchées et pesées. Les échantillons de chairs ont ensuite été lyophilisés, pesés secs puis dissous pour être analysés (détermination des concentrations en métaux et HAP).

R

Etude de la croissance

Le premier enseignement est que P. maculata a pu être transplanté sans encombre dans différents sites, c’est- à-dire sans une mortalité excessive et en conservant des bonnes caractéristiques biométriques sur la durée de l’expérience.

L’effet de l’écosystème sur le déterminisme de la croissance des différentes populations a été appréhendé par des mesures conjointes de la croissance (facteurs biotiques) et de paramètres environnementaux (facteurs abiotiques) sur les deux sites d’étude (GR et IS).

Ainsi, la croissance en poids/taille observée en fonction du temps et des variables environnementales a été étroitement liée à la situation géographique et à l’expression du cycle reproductif de l’organisme (Figure 16). De ce fait, les caractéristiques eutrophiques du site GR ont permis une croissance tissulaire et coquillière très significative sur toute la période de contamination, non impactée par le changement saisonnier. En revanche la transplantation sur le site IS, de type oligotrophe, a provoqué une chute soudaine du poids des chairs ; un amaigrissement tissulaire de l’organisme et un ralentissement de la croissance coquillière a été enregistré entre le début et la fin de cette période.

31 l’organisme. En effet, chez les mollusques bivalves, les processus liés à la reproduction perturbent la croissance par une accumulation temporaire de réserves converties en gamètes puis expulsées lors de la ponte occasionnant une perte brutale de poids. Ces différentes étapes sont observables sur les deux sites ; par le stockage de réserves, dans un premier temps sur le site GR, et à l’utilisation de celles-ci dès le transfert sur le site IS, en relation avec l’interaction complexe entre la disponibilité nutritive et la température, et en fin d’expérience, l’expulsion des gamètes lors de la ponte due à l’état reproductif.

Figure 16 : Comparaison de l’indice gonadique avec l’indice de condition

Bioaccumulation des HAP

Les résultats ont été interprétés selon deux axes :

 la somme des 16 molécules dosées qui permet de disposer de niveaux de référence en particulier par rapport à des réseaux nationaux comme le ROCCH en métropole ou le Mussel

watch aux Etats-Unis ;

 par molécule, pour celles qui donnent des résultats significatifs.

A ce stade de l’étude, le potentiel de P. maculata à bioaccumuler les HAPs n’a pu être vérifié et nécessiterait des études complémentaires pour tirer des conclusions sur ses capacités indicatrices des contaminants organiques.

En effet les faibles niveaux de concentrations rencontrés dans la phase dissoute et dans le biote sont très étonnants au regard des teneurs extrêmes mesurées dans les sédiments de la Grande Rade.

En effet, bien qu’il soit communément admis que la mesure des concentrations en HAPs dissous soit peu aisée par la technique des échantillonneurs passifs employée (SBSE), les niveaux mesurés dans les sédiments de la GR atteignent des valeurs extrêmes qui demandent, cependant, à être confirmées. En effet, il est difficile de comprendre pourquoi de telles concentrations dans les sédiments ne seraient pas corrélées, pour certains composés au moins, avec des concentrations élevées dans le compartiment de la colonne d’eau (compartiment dissous et particulaire) et dans le biote.

Bioaccumulation des métaux

Les études des cinétiques d’accumulation et d’élimination ont permis de classer en trois groupes les différentes réponses d’accumulation de P. maculata vis-à-vis de la contamination métallique :

1- Métaux en équilibre non accumulés :

32 concentrations très faibles dans les tissus. (< LQ) ; les concentrations pour ces métaux dans le milieu environnant étant trop basses pour induire une accumulation quantifiable dans les tissus. 2- Effet du forçage physiologique sur la bioaccumulation

 Les cinétiques d’accumulation pour As, Cd, et Cr ont montré des comportements similaires, et la capacité de bioaccumulation pour ces métaux n’a pu être vérifiée en raison des variations physiologiques en relation avec la croissance ou la perte de poids (effet de « dilution » ou « concentration » du métal dans les tissus).

 La capacité de bioaccumulation pour Fe et Ni n’a pu être vérifiée également, bien que la Grande Rade soit un site caractéristique de la contamination par ces métaux.

3- Métaux bioaccumulés : effet du forçage environnemental

P. maculata semble être un bioindicateur potentiel du Cu, du Mn et du Zn, bien que les

cinétiques d’accumulation/élimination pour ces métaux soient lentes. L’équilibre chimique au terme de 3,5 mois d’exposition n’ayant pas été atteint, des études complémentaires devront donc confirmer la capacité bioaccumulatrice de P. maculata et permettre de déterminer les facteurs de bioconcentration pour ces métaux.

MODIOLUS AURICULATUS

E

Environ 2000 modioles ont été récoltées sur le site de résidence de Ouano en prenant soin de ne pas arracher le byssus. Sur place, elles ont été rincées et nettoyées de leur épiphytes, puis transportées en glacière jusqu’au laboratoire.

L’étude de la cinétique d’accumulation et d’élimination a été programmée au total sur une durée de 7 mois d’exposition de 5 cages le long d’un gradient de contamination métallique partant de la Grande Rade à l’Ilot Signal.

Chaque cage était composée d’un lot de 65 individus d’une taille moyenne de 39,38 ± 5,05 mm et d’un poids moyen de 6,6 ± 2,6 g. Un lot a été conservé pour mesurer les niveaux de concentrations métalliques du site de collecte servant de référence (Ouano). Trois dispositifs de transplantation ont été déployés :

 Le premier sur le site le plus contaminé, localisé au fond de la baie de la Grande Rade (GR1), il comprenait une cage immergée dans la colonne d’eau et une autre déposée au-dessus de la surface des sédiments ;

 Le second à la sortie de la baie de la Grande Rade (GR2), site moins contaminé que GR1. Il comprenait seulement une cage immergé dans la colonne d’eau. Ce site est caractérisé par des eaux relativement claires ;

 Le dernier a été immergé sur le site témoin proche de l’ilot Signal (IS). Celui-ci comprenait une cage au sein de la colonne d’eau et une deuxième au-dessus de la surface des sédiments. Ce site a été également choisi pour le suivi de la cinétique d’élimination pour les lots des cages de GR1 et GR2 en raison de la qualité des eaux.

Sur chaque station, un suivi physico-chimique a également été réalisé à l’occasion de chaque passage, d’une part, pour mesurer les paramètres température, salinité, turbidité, chlorophylle totale et oxygène dissous et d’autre part, pour analyser les métaux dissous (Co, Cu, Fe, Mn, Ni et Zn) et la chlorophylle A.

33 De retour au laboratoire, les spécimens de chaque lot ont été pesés vivants, mesurés puis sacrifiés et disséqués. Les échantillons de chairs ont ensuite été lyophilisés, pesés secs puis dissous pour la détermination des concentrations en métaux.

R

Etude de la croissance

Le planning de prélèvement des échantillons, initialement prévu, n’a pu être respecté, en raison d’une très forte mortalité sur l’ensemble des sites au terme de seulement 3 mois de transplantation, et pour les cages du site GR1, une mortalité totale au quatrième mois. Quelques lots restants ont pu être relevés au cinquième mois aux stations IS et GR2 pour constituer, respectivement, des lots uniques.

Cette mortalité massive semble avoir été la conséquence d’une prolifération, d’une part, de vers plats, et d’autre part, de crabes qui ont colonisé les cages dès la fin du troisième mois d’immersion : la modiole, isolée de son habitat, semble donc être l’objet de plusieurs prédateurs.

Les expérimentations ont donc dû être redimensionnées en réduisant les temps d’exposition aux contaminants métalliques in-situ et en supprimant les études de décontamination faute de spécimens. Dans ces conditions de mortalité, le suivi des facteurs physiologiques (poids, taille, indice de condition) n’ont pu être estimés. Il s’est agit, dans le cadre de cette étude préliminaire sur la modiole M. auriculatus, malgré un jeu de données réduit de :

 Mettre en évidence une variation significative des concentrations dans les chairs, en fonction de la durée d’immersion et du gradient de contamination ;

 Comparer les niveaux de bioaccumulation au contact des sédiments par rapport à ceux accumulés dans la colonne d’eau.

Bioaccumulation des métaux

L’observation des profils de contamination permet de dégager trois groupes de métaux aux comportements de bioaccumulation similaires.

Cobalt, Nickel, Chrome (Plomb et Zinc)

Sur le site le plus contaminé GR1, l’assimilation par les modioles de Co, Ni et Cr a été rapide (1 mois) et des plus significative avec des concentrations finales qui ont globalement augmenté de 3 à 4 fois par rapport aux valeurs initiales ; la concentration de Cr ayant été divisée presque par 2 au terme de 3 mois.

Sur le site GR2, l’augmentation des concentrations a été faible mais progressive jusqu’au 5ième mois pour Co et Ni, voire pour Cr. Les taux d’incorporation ont été moins forts qu’en GR1, ce qui tend à montrer qu’une relation existe bien entre les concentrations enregistrées dans le milieu environnant et les teneurs observées dans les chairs du bivalve.

Sur le site témoin IS, seule la concentration en Cr a légèrement augmenté dans les chairs ; la teneur légèrement plus élevée de ce métal dans le milieu marin, comme le reflète l’analyse des sédiments, par rapport à Ouano constitue peut-être une explication.

En ce qui concerne Zn, les modioles de GR1 ont montré une forte affinité pour ce métal, détecté dans le milieu marin à des niveaux plus élevés pour ce site. Les phénomènes de bioaccumulation semblent en revanche plus lents et moins intenses (facteur 1,4 environ) que pour les métaux précédemment cités.

Enfin, au même titre, que Co, Cr et Ni, il semble que les modioles accumulent Pb significativement au regard de la concentration triplée au terme du 3ième mois d’exposition (GR1 et GR2). Toutefois, la variabilité des concentrations conduit à une certaine réserve sur les capacités du bivalve vis-à-vis de ce métal lourd.

34 Cuivre, Fer et Manganèse

Pour, Cu, Fe et Mn, les modioles montrent, sur le site le plus contaminé (GR1), une réponse physiologique immédiate et intense, avec un doublement des concentrations au terme du premier mois d’exposition, notamment pour Cu et Fe ; ces trois éléments semblant également, ultérieurement, être régulés.

En effet, le Fe qui entre en jeu dans de nombreuses boucles physiologiques et en tant qu’oligo-éléments essentiels de la production primaire, est très facilement régulé. Toutefois, une relative augmentation temporelle au cours du premier mois a été enregistrée dans les eaux de cette station.

L’augmentation du Mn dans les modioles, à GR1, est à priori liée avec les niveaux de Mn dissous, rencontrés dans le milieu et donc disponibles pour les organismes. Mais, comme pour Fe, la décroissance progressive jusqu’au terme du troisième mois ne permet pas de vérifier les capacités réelles de bioaccumulation de ce