La pollution des végétaux peut se faire selon divers scénarios. Dans certaines régions du monde, la contamination des sols des jardins potagers par les ETM peut entraîner des effets toxiques (Alloway 2004; Rahman et al. 2014). Les sols peuvent être souvent pollués par des émissions provenant d'activités industrielles telles que les fonderies (Shahid et al. 2013a) ou la circulation routière (Álvarez-Ayuso et al. 2012; Reis et al. 2014; Xiong et al., 2016). Des études dans les zones urbaines ont montré que les niveaux de particules atmosphériques en suspension peuvent être largement augmentées du fait des émissions des usines (Jang et al. 2007; Fernández-Camacho et al. 2012). Pour limiter les émissions des particules en suspension provenant des usines, différents dispositifs de piégeage peuvent être utilisés, mais ces systèmes de traitement ne sont pas toujours efficaces, en particulier pour les particules métalliques fines et ultrafines qui peuvent ne pas être retenues par ces dispositifs de filtration (Schaumann et al. 2004; Biswas and Wu 2005) et, finalement s’échapper et devenir des polluant pour l'environnement (Waheed et al. 2011).
Les métaux lourds issues de ces différentes sources peuvent s’accumuler dans les sols et ainsi interagir plus ou moins avec les constituants tels que les argiles, les matières organiques, etc. Ceci va avoir des conséquences sur leur mobilité et biodisponibilité. Il est souvent observé une accumulation des métaux dans la fraction granulométrique fine du sol (Quenea et al., 2006). En fonction de ces liaisons fortes ou faibles, les métaux lourds vont donc être plus ou moins phytodisponibles (Sungur et al. 2014) et donc induire des pollutions des végétaux cultivés. Ces phénomènes d’absorption dépendent des espèces végétales, de la spéciation des métaux lourds, des conditions physico-chimiques et peuvent impacter de manière significative ou pas les
Synthèse Bibliographique
36 différentes parties des végétaux (compartimentation dans les végétaux) on va alors parler de compartimentation préférentielle des métaux lourds dans la plante.
En plus du transfert des métaux lourds du sol vers la plante, le transfert atmosphère-plante peut également augmenter la concentration de ces derniers dans la plante et ainsi modifier la qualité des végétaux consommés par l’homme ou les animaux (Xiong et al. 2014). Lorsque les métaux et métalloïdes ont été absorbés par les racines ou les feuilles des végétaux, ils peuvent se concentrer de manière variable ou préférentielle dans les différentes parties de la plante en fonction de leurs spéciations (la forme chimique des différents éléments) (Mombo et al. 2015b). Les organes dont la surface est en contact avec la solution du sol (racines) et ceux en contact avec l’atmosphère (feuilles, tiges) seront les voies d’entrée prépondérantes du polluant au sein du végétal. Finalement selon le mode de transfert de métaux vers la plante, les caractéristiques des sources de métaux, les biotransformations qui peuvent se produire dans la plante, etc. in fine le métal peut être plus ou moins biodisponible pour l’homme. C’est tout l’intérêt des mesures de bioaccessibilité des ETM que de permettre d’intégrer tous ces paramètres.
Les racines permettent l’absorption de l’eau et des sels minéraux présents dans la solution du sol et indispensables à la croissance des plantes. L’eau et les solutés se déplacent librement de la solution du sol vers l’intérieur des racines. Pour que les molécules rejoignent les vaisseaux de circulation de la sève brute (vaisseau du xylème), elles doivent traverser une membrane, l’endoderme ou cadre de Caspary, constituée de cellules cireuses, en s’insinuant dans les espaces interstitiels (symplaste). Seuls les composés hydrophiles pourront transiter par le symplaste, alors que les composés lipophiles s’accumuleront au niveau du cadre de Caspary. Ainsi, les polluants libres contenus dans la solution du sol suivent de manière passive ou active l’eau par convection jusqu’au xylème.
Les feuilles jouent un rôle d’interface majeur entre l’atmosphère et la plante. Elles sont recouvertes d’une fine couche protectrice appelée cuticule (dont la fonction primaire est de limiter les pertes d’eau mais aussi l’infection par les agents pathogènes), constituée d’une fine couche de cires hydrophobes. Par ailleurs, en plus de la cuticule, des ouvertures microscopiques, appelées stomates, ont un caractère fortement hydrophile et assurent la régulation du courant de transpiration au travers de la plante. Deux voies de passage se présentent donc au niveau de la feuille : (i) les stomates, pour les molécules hydrophiles et (ii) la cuticule pour les substances lipophiles. Ces voies de transfert vont permettre l’absorption de certains polluants selon leur degré de lipophilicité. Les métaux utilisant cette voie de transfert foliaire ne subiront pas les mêmes transformations (phylosphère/rhizosphére ; les
37 biotransformations dans la plante seront aussi différentes) que ceux qui transitent par le système sol-racines.
Tableau 3 : Valeurs limites de la concentration en plomb dans différents substrats et compartiments (e = salade, céleri, épinards) source : (Cellule inter-régionale d’épidémiologie d’intervention Rhône-Alpes-
Auvergne Novembre 1999)
Valeur limite le sol (mg/kg MS) Eau (µg/m3) Air (µg/m3) Fruits (mg/kg poids frais) Légumes (mg/kg poids frais) Plomb 100 0,1-1,0 0,1-1,0 0.3 0.5e
Transfert des polluants des végétaux vers l’Homme.
Une des principales voies d’entré des polluants métalliques dans l’organisme humain est la consommation d’aliments aussi bien la consommation d’animaux (pour l’apport protéique), que des végétaux (apport énergétique) (Radwan and Salama 2006). Or, les fruits et légumes représentent les principaux aliments consommés par la population mondiale. L'Organisation Mondiale de la Santé (1990) recommande d’ailleurs une consommation d'au moins 400 g de fruits et légumes par jour (Oyebode et al. 2014).
En fonction de l’environnement ou l’animale va être élevé et surtout de ce qu’il va consommer pendant sa croissance, il sera plus ou moins exposé aux métaux lourds et pourra en conséquence en absorber. Ces polluants, pourront à leur tour se retrouver dans l’organisme de l’animal, où ils seront plus ou moins dégradés en fonction de leurs concentrations et leurs spéciations chimiques. La maladie de minamata au Japon avec la contamination des poissons au mercure, puis le transfert de cet élément des poissons vers l’homme est une bonne illustration de ce phénomène de bioaccumulation par la chaine alimentaire. Un des problèmes majeurs des métaux est en effet leurs capacités à persister dans l’environnement ce qui favorise ensuite la bioaccumulation dans différents organes cibles comme les reins, le foie, etc.
Pour les végétaux, le principe est le même, en fonction de leur environnement de croissance, ils vont plus ou moins accumuler les métaux qui se trouvent dans le sol ou dans l’atmosphère proche de l’endroit où ils poussent (Shahid et al. 2013b; Mombo et al. 2015a). Quelque-soit l’organisme vivant (animal ou végétal) dans lequel les métaux vont s’accumuler,
Synthèse Bibliographique
38 à la fois la spéciation chimique et la compartimentation dans la cible, vont influencer la biodisponibilité et la toxicité dans le cas d’une consommation alimentaire. Cette exposition humaine dépendra in fine de la concentration en polluant dans la matrice, de sa biodisponibilité et des quantités consommées. Ces diverses influences sont prises en compte de façon intégrée lors des calculs d’évaluations quantitatives des risques sanitaires.