Bioaccumulation des métaux lourds chez l’algue :

Pendant de nombreuses années, les méthodes d’évaluation de la qualité de l’environnement marin reposaient presque exclusivement sur des mesures de paramètres chimiques de l’eau et des sédiments (Munawar et al., 1995).

D’autres méthodes plus récentes utilisant les paramètres biologiques, physiques et biochimiques des organismes vivants, tant à l’échelle du simple individu que des écosystèmes entiers, sont venues combler les lacunes inhérentes aux analyses strictement chimiques (Daby, 2006; Kaiser, 2001; Markert et al., 2003).

Cependant, les méthodes d’évaluation environnementale faisant appel aux indicateurs biologiques ont souvent l’avantage d’être peu coûteuses comparativement aux méthodes traditionnelles impliquant des mesures de polluants.

De plus, un autre aspect important de l’utilisation des indicateurs biologiques réside dans le fait qu’ils renferment des informations sur l’exposition à l’ensemble des

différents contaminants intégrée dans le temps contrairement aux mesures

instrumentales qui ne peuvent offrir qu’une image ponctuelle et statique de la situation

(Fränzle, 2003).

III.1. Définition d’un bioindicateur :

Selon Blandin (1986), « Un indicateur biologique (ou bioindicateur) est un organisme ou un ensemble d’organismes qui – par référence à des variables biochimiques, cytologiques, physiologiques, éthologiques ou écologiques- permet de façon pratique et sûre de caractériser l’état d’un écosystème ou d’un écocomplexe et de mettre en évidence aussi précocement que possible leurs modifications, naturelles ou provoquées » (Blandin, 1986).

Une définition plus récente décrit un bioindicateur comme une espèce qui, par son absence, sa présence, son abondance ou sa distribution, donne des informations de nature qualitative sur l’état d’un environnement ou d’une partie de celui-ci (Kaiser,

Le concept de bioindicateur est très important, tout particulièrement pour la conservation et la gestion des écosystèmes (Adams, 2002). Les pratiques de

bio-indication se sont développées pour évaluer la qualité de l’eau et des milieux

aquatiques de façon plus intégrée dans le temps (Rott, 1991).

Par conséquent, ils peuvent ainsi constituer un moyen de contrôle d’efficacité des mesures de conservation mises en place, et orienter les correctifs nécessaires, le cas échéant (Lévêque et Mounolou, 2008). Ils peuvent également identifier une source de perturbation de l’écosystème (Kaiser, 2001; Dale et Beyeler, 2001).

III.2. Critères d’un bon bioindicateur :

Selon Ravera (2001) et Buszewski et al (2002), les bioindicateurs devraient avoir les caractéristiques suivantes :

• vie sédentaire,

• abondance, large distribution,

• procédure simple d'identification et d'échantillonnage, • tolérance élevée pour les polluants analysés,

• stabilité de la population,

• grande capacité d'accumulation.

Les bioaccumulateurs sont des organismes ayant la capacité d’accumuler certains contaminants présents dans l’environnement dans des proportions nettement supérieures à celles du milieu naturel (Kaiser, 2001).

III.3. Facteurs influant sur l’accumulation des métaux par les algues :

Dans les environnements marins, la concentration des métaux lourds est largement régie par les caractéristiques biologiques, chimiques et physiques de l'eau de mer environnante (Wangersky, 1986).

Ainsi, les concentrations des métaux dans les algues dépendent à la fois des facteurs externes, impliquant l'interaction entre le métal et la paroi cellulaire (pH, salinité, composés inorganiques et organiques) et des paramètres physico-chimiques tels que la température, la lumière, l'oxygène et les nutriments (Conti, 2002 ; Barreiro et al.,

III.3.1.Influence du pH :

le pH affecte la biodisponibilité des métaux en solution: à des pH élevés, les éléments sont présents sous forme de cations, tandis qu'à faible pH, la biodisponibilité des ions métalliques est augmentée (Peterson et al., 1984). Il est connu cependant que les métaux dans l'eau de mer peuvent exister sous une forme particulière ou dissoute déterminée principalement par les propriétés d'un métal partiel et d'autres facteurs tels que le pH, la salinité, le potentiel redox, la force ionique, l'alcalinité, la matière organique persistante et particulaire et l'activité biologique (Stokes, 1983).

Aussi, il a été constaté qu’à faible pH les groupes fonctionnels se lient

préférentiellement avec les ions H⁺, ce qui va empêcher la liaison du métal à la

surface. En revanche à un pH élevé, ces sites fonctionnels sont chargés négativement, ce qui favorise la liaison des cations métalliques avec les surfaces cellulaires (Gupta

et Rastogi, 2008).

D’autre part, les métaux et les métalloïdes sous forme d’oxyanions voient leur

concentration augmenter dans les phases aqueuses quand le pH augmente (Bonnet

2000). A l’inverse, la solubilité des métaux lourds cationiques dans les solides

augmente avec la diminution du pH (Kedziorek 1996). Cependant, il a été démontré que la présence de substances humiques (substance complexante) pouvait changer significativement cette dernière tendance (Kedziorek 1996), les métaux cationiques se comportent alors comme des anions (Bonnet 2000).

III.3.2.Influence de la température et de la salinité :

La température et la salinité jouent également un rôle important dans la bioaccumulation.

La température affecte le taux métabolique des organismes, et donc l’absorption des métaux lourds (Lemus et Chung, 1999). La température affecte également la chimie de l'eau, d'où la répartition des organismes dans un écosystème (Countant,

1987). D'autre part, selon Zumdahl (1992), la variation saisonnière de la température

n'affecte pas l'accumulation de métaux lourds. Parfois, la bioaccumulation des métaux lourds a été considérée à la fois spécifique à l'espèce et spécifique au métal (Lee et al.,

La salinité est un autre facteur qui affecte la biodisponibilité des métaux lourds.

Étant donné que, ce facteur dans l'eau de mer est en moyenne de 35 g / kg _em(em : eau

de mer), la plupart des études sur la salinité ont décrit ses effets sur l'accumulation de métaux lourds par les animaux. Les informations concernant les effets sur les macroalgues sont rares (Munda 1986, Nugegoda et Rain-bow, 1989, Anderson et

al., 1995, Shazili, 1995, Ozoh, 1994, Lee et al., 1998). Cependant, Ulva rigida

s'accumule de grandes quantités de Fe, Zn et Cd lorsque la salinité est faible.

(Inconnu).

III.3.4. Influence des éléments nutritifs :

Des études antérieures (Haglund et al., 1996 ; Lee et Wang, 2001;

Mamboya , 2007), sur les effets des principaux éléments nutritifs sur l'accumulation

des métaux chez les macroalgues (Phaeophyta ou chlorophyta), ont montré que les macronutriments pourraient influencer sensiblement le taux d'accumulation du métal dans les macroalgues sur une courte période d'exposition.

Dans le cas du nitrate, des études contradictoires montrent une stimulation (Wang et

Dei, 2001a), une inhibition (Yu et Wang, 2004a; Yu et Wang, 2004b) ou une

absence d’effet (Riedel et Sanders, 1996).

Néanmoins, Wang et al (2007) ont rapporté que les concentrations élevées des

éléments nutritifs facilitent généralement la bio sorption de Ni par les algues.

D'autres études (Yu et Wang, 2004; Lee et Wang, 2001; Wang et al,. 2007) ont montré que l'augmentation des concentrations de phosphate ambiante facilite considérablement l'absorption de Cd, Zn, Cr et Ni dans les algues.

Les travaux de Rice et Lapointe (1981) ont rapporté que la disponibilité de lumière et d'azote affectait positivement les taux d'absorption de Fe, Mn, Zn, Cd et Rb dans Ulva

fasciata, et il a aussi été démontré que l'absorption de Cd dans Ulva fasciata augmentait avec l’augmentation de la concentration ambiante de nitrate dans le milieu de croissance (Lee et Wang, 2001).

D’autre part, les travaux de Wang et Dei (2001) ont démontré que l'enrichissement en nutriments augmentait la bioaccumulation de Cd et de Zn dans les phytoplanctons.

En revanche, d’autres auteurs (Göthberg et al., 2004; Haglund et al., 1996) ont montré que, dans des environnements où les nutriments sont élevés, l'absorption du métal peut être inhibée en raison de la formation de complexes entre les ions nutriments et les ions métalliques

III.3.5.Influence des métaux :

Par ailleurs, la réponse et la survie d’un métal dépend des autres métaux présents dans le milieu en relation avec le rôle que peuvent jouer les facteurs du milieu. En fait, ces interactions, positives ou négatives, exercent une influence certaine sur la biodisponibilité des métaux, et de là sur leur bioaccumulation (Ahsanullah et al.

1981)

En effet, le zinc, le cuivre, et le cadmium ont une plus grande affinité pour le système d'absorption de manganèse d'espèces modèles que le manganèse lui-même. Il en résulte que dans certaines pollution des eaux côtières, un effet majeur des fortes

concentrations des métaux est d'inhiber l'absorption du manganèse par le

phytoplancton (Sunda et Huntsman,1998a).

La présence d’autres métaux dans le milieu peut affecter la biosorption des métaux. Il peut y avoir des interactions compétitives entre ces métaux et les sites de biosorption à la surface cellulaire des algues (Arief et al, 2008). Senthilkumar et al

(2006), ont montré une diminution de la bioaccumulation du zinc par l’algue Ulva

reticulata quand la concentration en ions Ca²⁺et Mg²⁺augmentent dans la solution.

Fraile et al (2005) ont constaté que la présence de Cd²⁺ diminue la biosorption de

Zn²⁺. Selon Khan et al (2013), les associations Cd²⁺/Zn2+ et Pb²⁺/Zn2+ sont moins

toxiques que Zn²⁺seul, contrairement à Pb²⁺et Cd²⁺seuls.

III.3.6. Influence d’autres facteurs :

Les substances humiques dans le milieu aquatique peuvent influencer l'accumulation des ions métalliques (Koukal et al., 2003). Il a été démontré que la biodisponibilité et la toxicité des métaux lourds sont réduites par la formation de complexes avec des matières organiques dissoutes (MOD), réduisant ainsi la concentration de métaux ioniques libres dans le milieu aquatique (Tubbing et al.,

1994; Kim et al al., 1999, Guo et al., 2001). La matière organique dissoute (MOD)

peut également empêcher l'accumulation de certains métaux lourds en bloquant les sites de surface des algues (Campbell et al., 1997; Guo et al., 2001)

Le taux de croissance est un autre facteur qui affecte les concentrations des métaux lourds dans les macroalgues. Les taux de Cd et de Rb diminuent et les niveaux de Mn augmentant à mesure que le taux de croissance spécifique augmente. Ceci indique probablement la régulation métabolique de ces métaux (Rice, 1984), ou peut-être la présence d'un "facteur de dilution" (Greger et al., 1991; Dei, 1999; Göthberg et al.,

2004) à la suite d'une augmentation du rapport métal lourd / biomasse.