Bioessais

2.5.1.1 Représentation de la toxicité pour une espèce

Les facteurs d’effet se basent sur des données quantitatives provenant de tests écotoxiques ou bioessais qui établissent le lien entre la concentration d’un contaminant et son effet toxique sur les organismes récepteurs. Les bioessais permettent de connaitre le type d’effet provoqué par une certaine concentration de la substance ainsi que sa toxicité aigue ou chronique, soit un effet à court ou long terme. On distingue les effets létaux qui entrainent la mort des effets sublétaux

comme l’inhibition de la croissance, de la reproduction ou encore une modification du comportement. Utilisés pour réaliser des analyses de risque, ils sont des indicateurs de la toxicité d’une substance. Les principaux indicateurs écotoxicologiques obtenus par la réalisation des bioessais et servant à calculer l’EF sont les suivants (Walker, Sibly, Hopkin, & Peakall, 2012) :

• LOEC (Low Observed Effect Concentration) soit la concentration testée la plus faible pour laquelle un effet significatif statistiquement a été observé sur le récepteur ;

• NOEC (No Observed Effect Concentration) qui est la concentration testée la plus élevée pour laquelle aucun effet significatif statistiquement sur le récepteur n’est observé. Elle ne peut être déterminée uniquement si la LOEC est connue, car sans la mesure de concentration ayant un effet, il est possible qu’une concentration plus élevée n’ait aucun effet toxique.

• ECx (Effect Concentration) qui représente la concentration qui affecte X % de la

population d’une espèce donnée. Les EC50 et les EC5 sont les principales concentrations

d’effets évaluées lors des tests. L’effet peut être létal (LCx) c’est à dire provoquant la

mortalité de X% de la population d’une espèce pendant une période de temps fixe, habituellement entre 24 et 96h ; ou sub-létal (ECx).

La NOEC et LOEC sont des concentrations observées tandis que la EC50 (concentration d’effet

affectant 50% de la population d’une espèce) est estimée via une courbe de dose-réponse (Figure 1.5) qui présente le pourcentage d’effet observé sur une espèce en fonction de la concentration où de la dose (Walker et al., 2012).

Figure 2.6 : Exemple d'une courbe dose-réponse et des indicateurs majoritairement utilisés en écotoxicologie (NOEC, LOEC et EC50)

Selon l’incrément d’augmentation de la concentration à laquelle les organismes sont soumis, il sera toujours possible de trouver une LOEC plus faible ou une NOEC plus élevée. La EC50 est

elle déterminée d’après la courbe dose-réponse à la suite de plusieurs bioessais à différentes concentrations.

Ces tests sont généralement effectués en laboratoire et ne reflètent pas les conditions environnementales réelles. L’espèce, le sexe des organismes, leur âge, leur état de santé, leur alimentation et les conditions des tests sont des paramètres influençant la toxicité mesurée. De plus, la majorité des bioessais est constituée de tests aigus, et ne donne donc aucune idée de l’évolution de l’effet d’une substance dans l’environnement à long terme (Walker et al., 2012). Les indicateurs écotoxicologiques se retrouvent principalement dans des bases de données présentées dans le tableau 1.3, ou sont publiés dans la littérature. Dans le cas des métaux, les tests sont effectués en utilisant des sels métalliques de chlorure, sulfate ou nitrate ou des oxydes, mais le choix du sel métallique n’influence pas l’indicateur écotoxicologique (S. Haye et al., 2007). Ainsi il n’est pas nécessaire de séparer les tests écotoxicologiques en fonction du sel utilisé lors du calcul du facteur d’effet.

Tableau 2.3 Principales bases de données utilisées en écotoxicologie

Nom Référence Contaminants Données

ECOTOX (US-EPA)

http://cfpub.epa.gov/ecotox Organiques et inorganiques

NOEC, LOEC, ECx INERIS http://www.ineris.com Organiques et

inorganiques

NOEC, LOEC, PNEC, ECx

EXTONET http://ace.orst.edu/info/extoxn et

Organiques (pesticides)

ECx, LOEC, NOEC TOXNET http://toxnet.nlm.nih.gov/ Organiques et

inorganiques Littérature scientifique eChemportal http://www.echemportal.org/ Organiques et

inorganiques ECx, NOEC PED http://www.ipmcenters.org/ec

otox/ Organiques (pesticides) NOEC, LOEC, ECx ECETOC http://www.ecetoc.org Organiques et

inorganiques

ECx, LOEC, NOEC

Chacun de ces indicateurs écotoxicologiques peut être utilisé pour calculer le facteur d’effet. Comme l’EICV a un but de comparaison entre deux produits et que les impacts potentiels sont évalués selon l’unité fonctionnelle (Olivier Jolliet et al., 2003; O.; Jolliet et al., 2003; J. Payet, 2004), il est plus pertinent en ACV d’utiliser un indicateur robuste, qui peut être évalué avec le moins d’erreurs possibles et qui soit le plus représentatif de la réponse de l’environnement. La EC50 présente moins de variabilité car elle est déterminée graphiquement et ne dépend pas

d’observations. Elle est donc plus adaptée au cadre de l’EICV. De plus, elle est plus utilisée dans les tests écotoxicologiques pour les vertébrés, les invertébrés et les plantes que les EC5, LOEC ou

NOEC. La base de données ECOTOX répertorie 750 valeurs de EC50 pour le cuivre 30 pour le

nickel et 322 données pour le zinc dans le cas des organismes terrestres.

Une façon de représenter mathématiquement l’effet toxique d’une quantité de contaminant sur les écosystèmes est d’utiliser une courbe SSD (Species Sensitivity Distribution) (Figure 1.6). Cette courbe représente la distribution statistique décrivant la réponse d’un ensemble d’espèces à un incrément de concentration en utilisant les indicateurs écotoxicologiques obtenus à partir des courbes dose-réponse définies pour chaque espèce (Larsen & Hauschild, 2007). Elle utilise le même indicateur écotoxicologique pour toutes les espèces de l’écosystème. Par exemple la figure 2.6 se base sur les EC50 de chaque espèce pour former la courbe SSD. Elle permet d’obtenir la

concentration d’une substance (HCp) qui a un effet sur p% de toutes les espèces de l’écosystème selon l’indicateur écotoxicologique choisi (EC50, LOEC, NOEC).

La figure 2.6 montre la concentration (HC50EC50) pour laquelle une fraction cumulée p (0,5) des

espèces est potentiellement affectée (PAF) par cette concentration. La PAF (Potentially Affected Fraction of species) décrit la fraction d’espèce potentiellement affectée au-dessus d’un certain niveau d’effet pour une concentration donnée (Larsen & Hauschild, 2007) en utilisant des courbes SSD. La HC50EC50 est définie comme la concentration d’une substance à partir de

laquelle 50% des espèces seront affectées (problèmes de croissance, reproduction et de survie etc..) jusqu’à leur EC50,. Elle correspond également à la médiane de la courbe SSD.

Figure 2.7 : Exemple d'une courbe SSD ou PAF, qui illustre le lien entre la concentration d'une substance et la PAF, ou la probabilité cumulée de dépasser les EC50 de plusieurs espèces

(modifiée à partir de Larsen & Hauschild, 2007).

La HC50EC50 d’un ensemble d’espèces est une valeur plus stable qu’une concentration de risque

calculée via les NOEC ou LOEC, celles-ci dépendant directement de la valeur obtenue pour l’espèce la plus sensible de l’écosystème, et donc du nombre d’organismes pour lesquels une donnée est existante. Cette approche est très utilisée en toxicologie, mais certaines limites demeurent : Ces courbes n’intègrent pas les réseaux trophiques qui existent entre les organismes, la structure des écosystèmes c’est à dire les différences de populations entre les espèces, la diversité au sein des espèces, l’état des individus (Forbes & Calow, 2002), ainsi que les effets des mixtures.