Paysage Exposition
I.2. S YNTHESE ET OBJECTIFS 1 Synthèse
Les risques pour l’environnement que représentent les pollutions métalliques des sols rendent nécessaire le développement de procédures d’évaluation du risque environnemental des sites contaminés. L’apport de connaissances sur la compréhension des mécanismes qui régissent le transfert et les effets des ETMs dans les écosystèmes terrestres est donc essentiel d’un point de vue fondamental et appliqué pour le développement d’évaluations du risque écologiquement plus représentatives et l’amélioration des interprétations de l’ERE.
Les concentrations en ETMs sont connues pour être hétérogènes dans l’espace, et de nombreux travaux ont décrit les contaminations des sols de sites pollués ou encore développé des méthodes d’interpolation spatiale pour prédire les concentrations. Cependant, peu de travaux ont considéré l’influence de différents paramètres environnementaux agissant à des échelles spatiales variées sur les concentrations totales et extractibles des ETMs dans les sols.
La variabilité spatiale de l’exposition des organismes mobiles aux ETMs est fortement dépendante de la contamination des sols par les ETMs et de leur disponibilité environnementale. Pourtant, la majorité des études sur la biodisponibilité, les transferts ou les effets des ETMs conduites in situ ne prennent pas en compte l’hétérogénéité spatiale des concentrations totales et de la disponibilité environnementale des ETMs. Elles concernent pour la plupart la comparaison de sites de référence et contaminés, ou plus rarement, un gradient de quelques sites. Des travaux récents sur ces thèmes ont mis en évidence l’absence de relation généralisable entre les niveaux de métaux accumulés et les concentrations totales ou disponibles des ETMs dans les sols.
Il est admis que le paysage peut influencer l’exposition et les effets des organismes aux polluants, mais ce niveau d’organisation, dont l’importance a été abordée dans des travaux de modélisation, est rarement considéré dans les études d’écotoxicologie in natura.
Les facteurs biologiques du récepteur modulent la bioaccumulation et les effets des ETMs. L’interprétation des données d’accumulation et d’effets nécessite donc une meilleure connaissance de l’influence de ces facteurs et de leurs interactions.
S’il est reconnu que l’accumulation et les effets des ETMs dans les organismes peuvent varier au cours du temps, la variabilité inter-annuelle et inter-saisonnière a été peu étudiée chez les organismes terrestres. Certains auteurs ont mis en évidence des différences temporelles de bioaccumulation des ETMs sans pouvoir de manière certaine mettre en évidence les mécanismes sous-jacents.
Les organismes peuvent présenter des mécanismes de tolérance ou de résistance qui leur permettent de limiter le stress induit par les métaux et de vivre dans des milieux contaminés. Pourtant, les capacités de séquestration des ETMs sous des formes non-toxiques ne sont pas toujours prises en compte lors de l’utilisation des données de relations dose/réponse. Pour l’évaluation du risque, ces données de relation dose/réponse sont souvent obtenues grâce à des
études en laboratoire, qui ne reflètent donc pas la réalité des situations in natura où d’autres stress environnementaux s’ajoutent à ceux de l’exposition aux ETMs et concernent des espèces qui ne sont pas toujours comparables d’un point de vue physiologique aux espèces sauvages. Les capacités d’adaptation doivent également être considérées pour l’utilisation en bioindication passive d’organismes autochtones, mais les données sur les capacités d’adaptation de nombreux taxons restent parcellaires.
Les escargots et les micromammifères sont considérés comme des bioindicateurs pertinents pour l’évaluation des risques liés aux ETMs et représentent des taxons importants pour l’étude des transferts des ETMs dans les réseaux trophiques. Cependant, la validation de leur utilisation dans les études de bioindication nécessite d’affiner l’interprétation de leurs réponses à la contamination environnementale. Notamment, sur l’échelle à laquelle ils intègrent la contamination des sols, sur l’implication de la variabilité inter-individuelle des réponses et sur la signification de mesures ponctuelles d’accumulation.
I.2.2. Objectifs
Dans le cadre des nouvelles approches développées en écotoxicologie et des besoins identifiés pour améliorer l’évaluation des risques environnementaux liés aux ETMs, les objectifs de la thèse sont les suivants (Figure I.2.1) :
Etudier la variabilité spatiale de la contamination des sols en recherchant quelles variables, agissant à différentes échelles spatiales, affectent la distribution spatiale des concentrations totales et extractibles dans les sols. Cette étude fait l’objet du chapitre 1.
Dans le chapitre 2, le but est d’aborder la variabilité spatiale des contaminations des organismes. Ce, en explorant si les contaminations totales et extractibles des sols en ETMs expliquent les niveaux d’ETMs accumulés chez les escargots et les micromammifères, en recherchant à quelle échelle spatiale les contaminations des organismes reflètent les contaminations environnementales, et quel est le rôle du paysage dans la bioaccumulation des ETMs.
Le chapitre 3 concerne la variabilité inter-individuelle des réponses des micromammifères à la contamination environnementale en ETMs. Dans cette partie, la question centrale est de comprendre quelle est l’influence des facteurs du récepteur sur l’accumulation et le stockage des ETMs par la mesure de concentrations en ETMs dans les organes et des niveaux de métallothionéines. Des résultats complémentaires précisent l’étude du rôle protecteur des MTs dans le stress induit par les métaux.
La variabilité temporelle de l’accumulation des ETMs est abordée dans le chapitre 4, en étudiant les différences inter-saisonnières et inter-annuelles des niveaux en Cd, Pb et Zn chez le Campagnol roussâtre.
Le dernier chapitre concerne la variabilité inter-populationnelle des réponses des organismes à la contamination de l’environnement, en s’attachant à l’étude des capacités potentielles d’adaptation de 2 espèces d’escargots (Cantareus aspersus et Cepaea nemoralis) par la comparaison des réponses, lors d’une expérience de bioindication active, d’individus dont les parents étaient ou non exposés aux ETMs.
Facteurs environnementaux
Source et polluant
• niveau contamination • surfaces concernées
• variabilité spatio-temporelle des contaminations • caractéristiques physico-chimiques du polluant • caractéristiques physico-chimiques du média •…
Facteurs biologiques
Récepteurs
• traits d’histoire de vie • génétique et physiologie • écologie
• comportement alimentaire (stratégie de nourrissage, régime alimentaire…) • mobilité (taille du domaine vital, migration…)
• …
Paysage
• ressources et leur exploitation • variabilité spatio-temporelle • flux matières et énergie • réseaux trophiques : composition et longueur chaînes alimentaires, interactions entre organismes… • …
ETMs
Exposition Accumulation Excrétion Distribution Biodisponibilité toxicologique Bioaccessibilité Variabilité Inter- populationnelle Temporelle Inter- individuelle Spatiale Effets toxiques Communautés Populations Individus Chapitre 1 Chapitre 2 Chapitre 3 Chapitre 4 Chapitre 5 T R A N S F E R T Disponibilité environnementale B io d is p o n ib il it éRécepteurs étudiés dans la thèse
Carnivores Herbivores / granivores Vertébrés Sol Invertébrés 1
Cadre global et chapitres de thèse
2 5 Cepaea nemoralis 5 Cantareus aspersus 2 Oxychilus draparnaudi 2 3 Crocidura russula 3 Sorex araneus 3 Sorex minutus 2 3 4 Myodes glareolus 3 Apodemus sylvaticus Assimilation
Figure I.2.1. Position des chapitres de la thèse dans le cadre global du transfert et des effets des ETMs dans les milieux
terrestres et récepteurs étudiés. Les numéros en rouge à côté des images des récepteurs indiquent les numéros des chapitres dans lesquels ils sont étudiés (Source photographies : ARKive www.arkive.org/ et Thomas Schneider).