ECOTOXICOLOGIE GENERALE

(1)

République Algérienne Démocratique et Populaire

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Centre universitaire de BELHADJ Bouchaib

Ain Témouchent

Institut des Sciences

DEPARTEMENT DES SCIENCES DE LA NATURE ET DE LA VIE

POLYCOPIE DE COURS

1

ère

année master microbiologie appliquée

Présenté par :

Dr. DERRAG-DERBAL Zaineb

Année Universitaire : 2017-2018

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CHAPITRE I : GENRALITE DE L’ECOTOXICOLOGIE

I.1. Définition de l'ecotoxicologie

……….1

I.2. Les objectifs de l’écotoxicologie………3

I.3. Définition de la toxicologie

……….

4 I.4. La toxicologie aquatique……….4

I.5. Liens entre écologie et toxicologie……….5

CHAPITRE II : LA POLLUTION DE L’ENVIRONNEMENT

II.1. Pollution de l’air………

6

II.1.1. Sources de la pollution atmosphérique………..6

II.1.1.1 Origine naturelle………..6

a. Biogéniques………6

b. Microbienne……….7

c. Eruption volcanique……….7

II.1.1.2 Origines anthropogéniques……….8

a. Combustion……….8

b. Trafic routiers……….8

c. Emissions industrielles………...9

II.1.2. Danger de la pollution de l’air……….9

II.1.3. Les différents niveaux de pollution………9

II.1.3.1. A l’échelle planétaire ou continentale (macro-échelle)………...9

a. Danger de la disparition de la couche d’ozone sur l’environnement………9

b. Danger de l’augmentation de l’effet de serre sur l’environnement………...12

II.1.3.2. A l’échelle régionale (méso-échelle)………13

a. L’effet des pluies acides………..13

(3)

II.2.1.1. La pollution domestique………14

II.2.1.2. La pollution industrielle……….15

a. La pollution par voie atmosphérique………..15

b. Les pollutions d’origine accidentelle………..15

II.2.1.3 Pollution agricole………...16

a. Les pesticides………..16

b. Matières organiques (MO)………..16

c. Le phénomène d’eutrophisation………..16

d. Pollution micro-biologique……….17

II.2.2 Dangers de la pollution de l’eau sur la santé de l’homme………17

II.3. La pollution des sols

……….17

II.3.1. Sources de pollution des sols………18

a. Les effets du dépôt acide……….18

b. Les pollutions diffuses via le transport atmosphérique………...18

c. Les pesticides………..18

d. Les Polluants organiques persistants………18

e. Les métaux lourds………18

II.3.2. Dangers causés par les sols pollués………..19

II.4. Les déchets

………19

II.4.1. Les catégories des déchets………19

II.4.1.1. Les déchets ménagers………..19

II.4.1.2. Les déchets industriels………..20

II.4.1.3. Les déchets dangereux………..21

II.4.2. Durée de vie des déchets dans la nature………..21

II.4.3. Valorisation des déchets………..22

II.4.3.1. Le recyclage……….22

a. Le tri-sélectif des déchets………..22

b. Intérêts du recyclage………..23

II.4.3.2. Le compostage……….23

(4)

II.4.4. Les aspects toxicologiques………..25

CHAPITRE III : NOTION ET EFFET TOXIQUE

III.1. Mode d’exposition et de pénétration des toxiques dans l’organisme..26

III.1.1. Pénétration par les poumons (voie pulmonaire)……….26

III.1.2. Pénétration par la peau (voie percutanée)………26

III.1.3. Pénétration par la bouche (voie digestive)………...26

III.2. Le cheminement d’un toxique dans l’organisme………..

27

III.2.1. Absorption………27

III.2.2. Le transport et la distribution………27

III.2.3. La biotransformation (ou le métabolisme)………28

a. Réaction de phase I………..28

b. Réaction de phase II……….29

c. Induction et inhibition enzymatiques………29

III.2.4. L’excrétion………29

III.3. L'effet toxique………

……….

..

29

III.3.1. La dose……….30

III.3.2. Exposition………30

III.3.3. La relation dose-effet………..30

III.3.4. la relation dose-réponse………..31

III.3.5. facteurs influencé les effets toxiques………..32

III.3.5.1. La toxicité………...32

(5)

III.3.5.3. L'environnement……….34

III.4. La toxicodynamie et la toxicocinétique

………..34

III.4.1. La toxicodynamie………..34

III.4.2 La toxicocinétique………..34

III.5. Différents types de toxicité

……….35

III.5.1. Selon la nature de produit (toxique)……….35

III.5.1.1. Toxicité directe……….35

III.5.1.2. Toxicité indirecte………..35

III.5.2. Selon les effets toxiques………35

III.5.2.1. Toxicité aiguë……….35

III.5.2.2. Toxicité subaigue………35

III.5.2.3. Toxicité chronique………..36

III.5.2.4. Effets toxiques réversibles………..36

III.5.2.5. Effets toxiques Irréversibles……….36

III.5.3- Selon toxicité chimique et métabolique………..36

III.5.3.1. Toxicité chimique……….36

III.5.3-2. Toxicité métabolique………36

III.5.4. Selon toxicité génétique………..36

III.5.4.1. Mutagenèse………...37

a. Les mutations géniques………37

b. Les aberrations chromosomiques………37

III.5.4.2. Cancérogenèse……….37

III.5.4.3. Tératogenèse………37

.7.1.2. Biomarqueurs d’exposition aux insecticides organophosphorés……….45

IV

.7.1.3. Biomarqueurs d’exposition aux HAP………..46

(7)

V.1. Détermination des paramètres caractéristiques de l’écotoxicité

……..47

V.1.1 Evaluation de la toxicité d’un polluant………..47

V.1.1.1. Tests d’écotoxicité……….47

V.1.1.2. Mesure des paramètres écotoxicologiques……….47

a. Mesure de la létalité……….48

b. Mesure des effets non létaux………...48

V.1.2. Relation dose/concentration-réponse non monotone: cas des substances hormétiques.49

V.2. Principales méthodes de tests de toxicité………

50

V.2.1. Bioessais utilisant des producteurs……….50

V.2.1.1. Bioessais utilisant les algues………..50

V.2.1.2. Bioessais utilisant les végétaux supérieurs………50

V.2.2. Bioessais utilisant les consommateurs……….51

V.2.2.1. Bioessais utilisant Daphnia magna………51

V.2.2.2. Bioessai avec les vers de terre (lombric)………..52

V.2.3. Choix des Bioessais………..55

V.3. Indices d’évaluation de la contamination……….

55

V.3.1. Indice d’équivalence toxique………...55

V.3.2. Quotient de risque……….56

V.3.3. Calcul des CMA/DMA……….57

CHAPITRE VI : EVALUATION DES RISQUES

VI.1. Evaluation des risques………..

58

VI.2. Le danger………...

58

VI.2.1. Identification des dangers………...59

VI.3. Le risque………..

59

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VI.4.1. Identification du danger………..60

VI.4.2. Caractérisation toxicologique……….60

VI.4.3. Estimation de l’exposition………..60

VI.4.4. Estimation du risque………61

a- Les études épidémiologiques………..61

b- Les études toxicologiques………...61

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AVANT PROPOS

Je présente ce polycopié de cours de l’écotoxicologie générale qui s’adresse aux étudiants du cycle de formation des masters 1 en microbiologie appliquée du domaine sciences de la nature et de la vie.

Ce polycopié comporte les notions essentielles de l’écotoxicologie.

L'écotoxicologie est une science qui étudie l'impact de la pollution sur les écosystèmes, la relation entre les polluants (chimiques, organiques et physiques) et les êtres vivants. Autrement dit, elle s'intéresse à la fois à l'écologie et à la toxicologie. L'écotoxicologie est concernée par les effets toxiques des agents chimiques ou physiques sur les organismes vivants, spécialement sur les populations et les communautés à l’intérieur des écosystèmes et elle inclut les interactions de ces agents avec l’environnement et leurs voies de transfert.

Le but de ce polycopié est d’identifier et d’évaluer les effets toxiques causés par des polluants naturels ou de synthèse sur les écosystèmes afin d’en minimiser le risque. Il traitera également de comprendre les mécanismes de transport et de biodisponibilité des substances toxiques dans les différents milieux, de distinguer les différents mécanismes d'action des substances toxiques sur les êtres vivants et les différentes stratégies d'évaluation de la toxicité et de l'exposition, d'identifier les organismes gouvernementaux responsables de la gestion des substances toxiques.

Le contenu de ce polycopié est structuré en quatre chapitres. Le premier chapitre est consacré à des généralités de l’écotoxicologie et toxicologie, les objectifs de l’écotoxicologie et le Liens entre écotoxicologie et toxicologie. Le deuxième traitera la pollution de l’environnement, autrement dit, la pollution des trois matrices environnementales (eau, air et sol). Le chapitre trois présentera la notion d’effet toxique, le mode d’exposition et de pénétration des toxiques et le cheminement d’un toxique dans l’organisme, tandis que le chapitre quatre sera consacré aux monitorings biologique à travers une ou plusieurs espèces bio-indicatrices ou à travers les biomarqueurs d’exposition ou les biomarqueurs d’effets pour évaluer la qualité des milieux naturels exposés. Le chapitre cinq concernent la détermination des paramètres caractéristiques de l’écotoxicité. Il présente des notions d’écotoxicité, les

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Enfin le dernier chapitre aborde l’évaluation des risques. Il est proposé pour étudier l’identification des dangers, analyse du risque, les étapes et les objectifs d’évaluation des risques pour éliminer ces dangers et réduire le degré de risque.

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1

I.1. Définition de l'écotoxicologie :

Par définition c’est une science pluridisciplinaire, elle étudie au sein des écosystèmes les interactions entre les espèces et le milieu et fait appel à l’écologie. Elle étudie les effets des polluants sur les organismes vivants et fait appel à la toxicologie. Enfin, elle étudie les polluants et leurs dispersions dans le milieu et fait appel à la chimie.

Comment cette discipline est née. Comment elle se pratique de nos jours et évolue

Des le début des années 70, en France soulevait la question d’un risque croissant pour la santé et l’environnement. Ce risque est lié au développement de l’industrie chimique. Ils ont recherché le devenir et les effets des produits chimiques dans l’environnement.

Certain catastrophe chimique révélant trois points :

Les polluants chimiques peuvent avoir des conséquences néfastes pour l’homme

Les polluants chimiques peuvent se transformer en produits vraiment toxiques, par l’action de paramètres biotiques ou abiotiques.

Les polluants chimiques peuvent se transférer et se biomagnifier (c'est-à-dire accroitre son taux à chaque échelle trophique) dans les chaines alimentaires et jusqu’à l’homme.

Les inquiétudes autour de ces trois points ne sont venues qu’à partir des années 90, lorsque pas mal de pathologies ont alors été assignées à ces pollutions :

Problèmes d’augmentation de stérilité et extinctions d’espèces à la suite de la contamination au DDT.

• Maladie d’Itai-itai (décalcification des os) répandue aux gens qui mangent du poisson ou du riz, du à la contamination de l’eau par le cadmium (accumulé dans le riz).

• Maladie de Minamata également due au poisson, mais cette fois c’est une contamination au mercure.

Du fait de cette prise de conscience il devenait donc nécessaire de connaitre : - La toxicité potentielle du polluant

- Le devenir de celui-ci

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- Le mécanisme de toxicité qu’il utilise

Ce fut donc l’émergence d’une nouvelle matière : l’écotoxicologie

Cette nouvelle discipline est chargée d’établir les effets des agents chimiques, physiques et biologiques sur l’ensemble des organismes vivants, est donc pluridisciplinaire puisque concerne toutes les sciences. C’est une science basée sur les états anormaux des systèmes. Le terme inventé par Truhaut (1969) qui la considère comme une extension naturelle de la toxicologie appliquée aux effets sur les écosystèmes.

L’écotoxicologie est concernée par les effets toxiques des agents chimiques ou physiques sur les organismes vivants, spécialement sur les populations et les communautés à l’intérieur des écosystèmes et elle inclut les interactions de ces agents avec l’environnement et leurs voies de transfert.

Plus récemment Newman a défini l’écotoxicologie comme la science des contaminants dans la biosphère et leurs effets sur les constituants de la biosphère en y incluant l’homme.

La science qui évalue, surveille et prévoit le devenir des substances polluantes dans l’environnement.

L’étude du devenir et du cycle des polluants dans les écosystèmes est un point fondamental dans les études écotoxicologiques.

Intérêts de l’écotoxicologie

Effets des polluants sur la structure et le fonctionnement des communautés et des écosystèmes.

Permet d’évaluer les conséquences écologiques des pollutions et prévoir les effets potentiels des nouvelles substances

Prévision des impacts potentiels de la pollution d’un écosystème donnée ou d’une fraction d’écosystème, individu, population communauté, par un produit chimique nouveau ou par un effluent complexe d’origine industrielle.

Pour mettre en œuvre des mesures de prévention qui permettent d’éliminer des risques de dommages.

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I.2. Les objectifs de l’écotoxicologie

Les objectifs de l’écotoxicologie pas seulement à celle de écosystème mais sont plus large. Etudier les conséquences des activités humaines.

Estimer le risque pour notre santé et environnement.

Les effets des produits que nous avons fabriqués et les déchets que nous avons produits. L'écotoxicologie est une science qui étudie l'impact de la pollution sur les écosystèmes, la relation entre les polluants (chimiques, organiques et physiques) et les êtres vivants. Autrement dit, elle s'intéresse à la fois à l'écologie et à la toxicologie (Figure I-1).

Figure I-1 : Passage de la Toxicologie à l'Ecotoxicologie

Ecotoxicologie permet la Prévision des conséquences futures que l’on peut attendre de la libération d’un contaminant déterminé (prévision des effets) et évaluation de l’importance des atteintes subies par les écosystèmes à la suite de leur contamination.

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Les écotoxicologues s’intéressé plus récemment, de polluants tels que la radioactivité, les transgènes, les prions, les perturbateurs endocriniens.

Les sources de pollutions les plus étudiées sont l’industrie, la production d’énergie, les transports, les déchets et leurs gestions ainsi que l’agriculture moderne (engrais, pesticides) I.3. Définition de la toxicologie :

Toxicologie est l’étude des effets négatifs des produits chimiques sur les organismes vivants. La toxicologie étudie les accidents dus aux poisons. C'est la science qui étudie les « poisons », leur détection et leurs effets.

Une substance est un poison lorsqu'après pénétration dans l'organisme, par n’importe quelle voie que se soit, à dose relativement élevée ou par petites doses , elle provoque de façon passagère ou durable, soit à cours terme ou à long terme, des troubles d'une ou plusieurs fonctions vitales pouvant mener jusqu'à leur suppression complète et entraîner la mort.

Intérêts de la toxicologie

Effets des produits chimiques sur les individus ou les éléments qui les composent et plus particulièrement mécanismes des effets nocifs et conditions dans lesquels ils se produisent I.4. La toxicologie aquatique :

Une science destinée à tester les effets des produits chimiques organiques sur les organismes aquatiques et l’étude qualitative ou quantitative des effets négatifs ou toxiques des produits chimiques ou des xénobiotiques sur les organismes aquatiques.

Le xenobiotique est une substance qui se comporte comme un toxique vis à vis d'un organisme et de son environnement, c’est un produit chimique étranger à l’homme ou d’autres espèces vivantes. C’est un produit naturel ou de synthèse.

La toxicologie aquatique et aussi concernée par les concentrations et les quantités de produits chimique qui peuvent êtres présentes dans l’eau, les sédiments et les productions aquatique, elle inclut donc l’étude du transport, de la distribution, la transformation et du devenir ultime des substances dans l’environnement aquatique.

Ecotoxicologie aquatique n’est pas limitée à la toxicologie des espèces aquatiques, mais concerne l’écotoxicologie des écosystèmes aquatiques.

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I.5. Liens entre écotoxicologie et toxicologie :

A l’opposé de l’écotoxicologie, l’approche de la toxicologie de l’environnement et fondamentalement mécanistique et réductionniste. Elle se fonde sur des recherches effectives le plus souvent aux niveaux les plus inférieurs de l’organisation biologique, depuis la molécule jusqu'à la cellule.

La seule différence entre toxicologie et écotoxicologie semble êtres l’espèce sélectionnée pour les essais de toxicité : la toxicité aigue et mesurée avec la daphnie plutôt avec le rat de laboratoire.

Les essais de toxicité aigue sur les mammifères sont qualifié d’étude toxicologique, alors que essais sur poissons et crustacés sont des études écotoxicologique.

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La pollution c’est une modification défavorable du milieu naturelles toute action par laquelle l’homme dégrade la nature, à travers des effets directs ou indirects altérant les critères de répartition des flux d’énergie, des niveaux de radiation, de la constitution physico-chimique du milieu naturel et de l’abondance des espèces vivantes. Ces modifications peuvent affecter l’Homme directement ou à travers des ressources agricoles, en eau et en produits biologiques. Nous trouvons les pollutions dans les 3 états de la matière, on distingue plusieurs types de pollutions :

- La pollution de l'air, provoquée par des polluants dits atmosphériques : rejet de pots d'échappement, des usines.

- La pollution du sol souvent d'origine industrielle ou agricole : utilisation d'engrais, de pesticides.

- La pollution de l'eau qui peut résulter de la contamination des eaux usées, des rejets de produits (les produits phytosanitaires, ceux présents dans les engrais, les hydrocarbures.)

II.1 Pollution de l’air

La pollution de l’air est une atteinte à la pureté de l’air et à l’intégrité du fonctionnement de l’atmosphère. L’atmosphère est un des principaux agents du climat.

La pollution atmosphérique correspond à la présence dans l’atmosphère d’un ou plusieurs polluants à des concentrations créant un effet toxique ou écotoxique. Le polluant peut etre altéragène, biologique, physique ou chimique. (Moussaoui Y,2014)

II.1.1. Sources de la pollution atmosphérique :

La pollution à deux origines d’émissions, l’un est naturel et l’autre est anthropogéniques. II.1.1.1 Origine naturelle :

a. Biogéniques :

Les plantes et les végétaux émettent des composés volatils (Limonène, α-pinène, β-pinène, etc…) et la matière organique particulaire (Alcanes et acides gras) par abrasion des cires épicuticulaires. (Moussaoui Y,2014)

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b. Microbienne :

Les bactéries et les champignons sont les deux micro-organismes responsables des émissions de la matière organique particulaire et les composés organiques volatils par dégradation des résidus des êtres vivants de la faune et la flore.

c. Eruption volcanique :

Sont responsables des émissions dans l’environnement des métaux lourds et la matière particulaire (Figure II.1).

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II.1.1.2 Origines anthropogéniques :

L’origine anthropogénique de la pollution est liée à l’activité humaine a. Combustion (bois, déchets) :

La combustion du bois, déchets et feux de forêt constitue une source non négligeable de la pollution anthropogénique (Figure II.2).

(Figure II.2): Emissions dues à la combustion de la biomasse b. Trafic routiers :

Le trafic routier est la source prédominante des émissions anthropogéniques dans les sites urbains (Figure II.3).

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c. Emissions industrielles :

Le transportent des CO, CO2, NOx, SO2, COVs, aérosol et les métaux lourds selon la direction du vent pour être dilués, concentrés ou déposés sur la surface (Eau, sol) sous forme des retombées.

II.1.2. Danger de la pollution de l’air :

Les polluants de type composés organiques volatils et aérosol ont des effets néfastes sur la santé humaine et le climat.

Effets des composés organiques volatils (COVs) sur la santé

Les effets directs des COVs sur la santé de l'Homme sont variés et de gravité différente: action cancérogène et mutagène, irritations cutanées, irritations des organes respiratoires et irritations des yeux, maux de tête, troubles cardiaques, digestifs, rénaux, hépatiques et du système nerveux.

II.1.3. Les différents niveaux de pollution :

La pollution atmosphérique est étudiée à 3 niveaux différents. II.1.3.1. A l’échelle planétaire ou continentale (macro-échelle) : L’action à long terme des émissions de gaz qui causent :

-La diminution de la couche d’ozone -L’effet de serre

a. Danger de la disparition de la couche d’ozone sur l’environnement :

L'atmosphère terrestre peut être découpée en plusieurs couches horizontales en fonction du gradient de températures observées.

La troposphère est la partie de l'atmosphère terrestre dans laquelle nous vivons et dans laquelle les composés chimiques sont émis par les activités humaines (Figure II.4). La troposphère s'étend de la surface de la Terre à la tropopause dont l'altitude est comprise entre 10 et 18 km en fonction de la latitude et de la saison (plus élevée aux tropiques et plus basse dans les régions polaires).

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La troposphère est un mélange relativement uniforme composé de 78,09% d'azote (N

2),

20,95% d'oxygène (O

2), 0,93% d'argon (Ar) et de 0,036% de dioxyde de carbone (CO2).

A cela, il faut ajouter des traces de vapeur d’eau, variable selon l'altitude et la température, de fines particules ainsi que d'infimes quantités de divers gaz à l'état de trace (COV, ozone, oxydes d'azote et de soufre, etc.).

La couche d’ozone ou ozonosphère désigne la partie de la stratosphère contenant une quantité relativement importante d'ozone (O3, formé de trois atomes d’oxygène). Il est à 90 %

concentré dans la stratosphère, entre 20 et 40 kilomètres d’altitude.

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La couche d'ozone a pour effet d'absorber la plus grande partie du rayonnement solaire ultraviolet, et surtout les rayons UV-B, qui sont les plus dangereux pour les organismes vivants et joue donc un rôle protecteur pour les êtres vivants. Il joue donc un rôle de filtre à UV, protégeant les organismes vivants de ces rayonnements qui altèrent l’ADN des cellules, accroissent chez l’homme les risques de cancer de la peau, affaiblissent son système immunitaire, et chez les végétaux, réduisent la photosynthèse et la croissance des plantes.

Depuis le milieu des années 1980, les scientifiques ont mesuré une forte baisse de l’ozone dans la stratosphère au-dessus du continent de l’Antarctique. C’est le fameux « trou de la couche d’ozone ». Le trou de la couche d’ozone est provoqué par l’émission de gaz chlorés et fluorés (les chlorofluorocarbones, CFC), les gaz bromés et l’oxyde d’azote (Moussaoui Y,2014)

De multiples substances libérées dans l’atmosphère favorisent la dissociation de l’ozone (O3)

en dioxygène (02). Parmi elles figurent les chlorofluorocarbones, ou CFC, et les halons,

présents dans les systèmes de climatisation, de réfrigération, les aérosols et dans certains processus industriels. Les sources d’altération de la couche d’ozone sont les CFC ou « fréons ».

Les chlorofluorocarbures ou CFC sont une sous-classe de gaz fluorés, eux-mêmes faisant partie de la famille des halogénoalcanes. Ce sont des gaz composés dérivés des alcanes, où tous les atomes d’hydrogène ont été substitués par des atomes de chlore et de fluor. Incolores, inodores, ininflammables, non-corrosifs à l’état gazeux ou liquide. Ils sont responsables de la dégradation de l’ozone qui protège la Terre à haute altitude (stratosphère) et absorbent les rayonnements ultraviolets de haute énergie, contribuant ainsi activement à l'augmentation de l'Effet de serre.

L’amincissement de la couche d’ozone peut provoquer : des cancers de la peau, des modifications de la flore et de la faune, un changement du régime des vents.

La couche d’ozone permet d’absorber une partie importante du rayonnement ultraviolet (UV) du soleil qui est dangereux pour les organismes vivants. Sans cette couche d’ozone, la vie sur Terre ne serait pas possible.

Heureusement, désormais, grâce à la signature en 1987 du protocole de Montréal (aujourd’hui ratifié par tous les pays), les principaux CFC responsables du trou de la couche d’ozone ne sont plus produits (sauf pour les usages primordiaux comme en médecine). Mais il faudra

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encore un certain temps avant que la couche d’ozone se reconstruise car la durée de vie des CFC dans l’atmosphère est de 50 ans.

b. Danger de l’augmentation de l’effet de serre sur l’environnement :

L’effet de serre c'est un effet propre à la Terre, contribue à retenir une partie de la chaleur solaire à la surface de la Terre, par le biais du pouvoir absorbant de certains gaz.

Ces gaz présents dans l'atmosphère peuvent être comparés à la vitre d'une serre laissant passer la plupart des rayons solaires. Ceux-ci, transformés dans la biosphère en rayons infrarouges (la région de la planète où la vie est possible), sont absorbés par les gaz à effet de serre ce qui provoque le réchauffement (Figure II-5).

(Figure II-5) : L’effet de serre.

En l'absence d'effet de serre, la vie sur Terre ne serait pas possible : la température moyenne serait, en effet, de -18°C. Grâce à ce mécanisme, la température moyenne de la Terre avoisine les 15°C.

Effet de serre anthropique est dû au rejet massif de gaz à effet de serre, principalement lié aux activités humaines et plus particulièrement industrielles. Les gaz à effet de serre sont : H2O, CH4, CO2, CFC, HFC (hydrofluorocarbures), N2O (protoxyde d'azote).

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L’augmentation des gaz à effet de serre provoque une élévation de la température moyenne de la Terre. Ce qui a pour conséquence à long terme :

- Augmentation du volume d’eau de mer - Augmentation de la pluviométrie - Modification des courants marins - Risque de changement climatique

II.1.3.2. A l’échelle régionale (méso-échelle) : a- L’effet des pluies acides :

Les phénomènes découlent de la dispersion et de la réactivité chimique des polluants dans l’atmosphère qui causent des pollutions acides et physico -chimiques (les pluies acides). L’anhydride sulfureux (SO2_{) et les oxydes d’azote (NOx) réagissent avec l’eau atmosphérique}

pour former respectivement de l’acide sulfurique (H2

SO4) et de l’acide nitrique (HNO3). Ces produits peuvent être transportés sur longues distances et retomber finalement sur les sols sous forme de pluie acide. Le SO2 et les NOx peuvent également rejoindre le sol sous forme gazeuse, c’est-à-dire par dépôt sec. La figure II-6, illustre le schéma de formation des pluies acides.

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Les pluies acides sont toutes les formes de précipitations acides qui dégradent les écosystèmes (pluie, neige, brumes et brouillards, smogs et aérosols).

Les pluies normales ont un pH de 5,6. On parle de pluies acides quand le pH est inférieur à

5,6. Ces pluies résultent de la dispersion de polluants comme SO2, NOX, CO2 Combustion du PVC.

Ces pluies viennent s’intercaler dans le cycle de l’eau. Par les phénomènes de circulation atmosphérique, lors de précipitations, cette pollution va ruisseler et s’infiltrer dans le sol. Ce qui a pour conséquence :

- Une modification de la résistance de la flore (feuilles endommagées, moins d’éléments nutritifs, …) ;

- Une modification de la chaîne alimentaire (base de la chaîne manquante) ;

-Accélération de l’érosion de nombreux matériaux (calcaires, marbres, plomb, …) ; - Atteinte à la santé de l’homme (problème respiratoire, cancer, …).

II.1.3.3. A l’échelle locale (sub-méso-échelle) :

Les effets se font se sentir à proximité des sources pendant quelques heures ou quelques jours, ce sont notamment les pollutions urbaines ou ponctuelles.

Les pollutions ponctuelles, souvent relativement immédiates, qui proviennent de sources bien identifiées (rejets domestiques ou industriels, effluents d’élevage...) et peuvent être traitées par des stations d’épuration.

II.2. Pollution de l’eau :

La pollution de l'eau est la contamination par des déchets, des produits chimiques ou des micro-organismes.

II.2.1. Sources de pollution de l’eau :

On distingue généralement 3 ‘sources’ principales de pollution : domestique, industrielle, agricole

II.2.1.1. La pollution domestique

Résulte des usages de l’eau par les ménages. Elle comprend les eaux vannes (toilettes) et les eaux ménagères et se compose surtout de pollution organique (matières fécales, urines, graisses, déchets organiques, papier, …), microbiologique (‘microbes’ dans les eaux vannes

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principalement) et chimique (détergents, produits domestiques divers, médicaments et biocides rejetés via des eaux usées et que les stations d'épuration et le lagunage ne savent pas traiter.

II.2.1.2. La pollution industrielle

La diversité des pollutions industrielles reflète la diversité des usages: elle peut se composer principalement de déchets organiques (industrie agro-alimentaire, papeterie, sucrerie, brasserie,…), mais également de multiples polluants chimiques tels que hydrocarbures (pétro-chimie), métaux lourds (pétro chimie, métallurgie, construction mécanique, teinturerie, tannerie), de dissolvants (phénols ….), de produits azotés (industrie des engrais,…).

Les centrales électriques peuvent rejeter des eaux réchauffées dont la température peut atteindre et dépasser 30°C.

a. La pollution par voie atmosphérique :

Une part importante de la pollution des eaux provient de la pollution par voie atmosphérique. Les fumées provenant de l’industrie, des transports ou des maisons peuvent véhiculer un très grand nombre de polluants tels que hydrocarbures (60% de la pollution des mers par les hydrocarbures est transportée par voie atmosphérique), métaux lourds, souffre et gaz carbonique (responsables notamment des pluies acides).

Les pluies acides modifient l’acidité aussi bien des eaux superficielles que souterraines, provoquent l’augmentation de l’acidité des rivières et des lacs où elles se concentrent. On observe alors diverses modifications comme le développement des algues filamenteuses, la régression du plancton, la régression, puis la disparition des écrevisses et mollusques, la mortalité et la baisse de la reproduction des poissons.

b. Les pollutions d’origine accidentelle :

Le déversement accidentel des navires de transport du pétrole provoque la pollution des surfaces aquatiques (Mers, Océans, etc.) par les hydrocarbures, ce phénomène est connu sous le nom de la marée noire, ont un impact local extrêmement fort. Il peut s’agir de déversements de produits divers suite à des accidents ‘à l’usine’ (ruptures ou mauvaise gestion de vannes, fuites de canalisations ou de citernes, incendies, ….) ou lors de leur transport (renversement de camions, naufrage, …).

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II.2.1.3. Pollution agricole :

Les usages agricoles engendrent des rejets de matières organiques (lisiers, purins et fumiers), d’engrais chimiques (nitrates et phosphates) et de pesticides très divers, voire de pollution bactériologique (élevages).

Ces produits sont très rarement rejetés directement dans les eaux de surface, mais leur épandage en excès (pour des raisons d’agriculture intensive) entraîne leur lessivage par les eaux de pluie et une pollution diffuse (non concentrée en un point) des eaux de surface et des eaux souterraines.

a. Les pesticides :

Selon le mode d’épandage choisi, les pesticides peuvent diffuser hors de leur zone cible et contaminer les sols, les cours d’eau, et les lacs après lessivage. On entend par pesticide toute substance phytosanitaire utilisée dans la lutte contre les ennemis des plantes.

b. Matières organiques (MO) :

La décomposition de MO riche en azote peut par exemple donner naissance à des composés tels que l’ammoniaque (NH3) et les nitrites (NO2), qui sont des poisons violents pour les êtres vivants. Les matières inertes comme les métaux, les déchets de démolition, sable, plastique, verre, affectent également les cours d’eau. Ces substances sont très peu biodégradables. Devenir et effets de la matière organique dans les milieux aquatiques

La matière organique est plus ou moins facilement biodégradable. Mais cette dégradation par des bactéries engendre une surconsommation d’oxygène et donc une baisse très importante de la quantité d’oxygène dissous dans l’eau et, si la quantité de MO rejetée est trop importante, l’asphyxie du milieu. En dessous de 3mg/l d’oxygène dissous, la plupart des espèces animales disparaissent excepté certains organismes très résistants (asangsues, larves de diptères, vers de vase).

c. Le phénomène d’eutrophisation :

C’est un phénomène qui touche tous les plans d’eau à faible taux de renouvellement. Elle se traduit par une brutale pullulation des végétaux planctoniques.

Le lessivage des terres de cultures et les effluents urbains amènent du nitrate et du phosphore qui sont des éléments nutritifs (comme de l’engrais). Ces éléments vont permettre aux plantes de se développer. Des micro-algues présentes dans l’eau, vont également profiter des éléments nutritifs, et proliférer en surface. Les algues formant une pellicule empêchant la lumière de passer, les algues vont peu à peu mourir. Les bactéries vont entrer en action pour les décomposer, et créer encore plus d’engrais. Elles

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vont également consommer l’oxygène de l’eau, et appauvrir l’eau en oxygène.

Les bactéries n’ayant plus d’O2 pour décomposer les algues, celles-ci vont fermenter (fermentation putrides) et se décomposer. Nous observons un dégagement H2S, CH4 et NH3.

d. Pollution micro-biologique :

Pollution par des micro-organismes - d’origine humaine ou animale – potentiellement pathogènes pour l’homme ou les espèces vivantes. Néanmoins, ces micro-organismes peuvent encore jouer un rôle pathogène pour l’homme ou les animaux (salmonelle). C’est pourquoi on les recherche particulièrement dans les eaux potables, de baignade ou dans des eaux pouvant servir à des activités d’élevage ou agro-alimentaires.

II.2.2. Dangers de la pollution de l’eau sur la santé de l’homme :

De nombreux enfants meurent de maladies associées à la pollution de l’eau, que l’ont peu facilement prévenir et un grand nombre de personnes plus âgées tombent malades. Les maladies et décès associés à la pollution de l’eau d’origine biologiques :

Infections oro-fécales (d’origine hydrique et dues au manque d'hygiène), diarrhée, choléra fièvre typhoïde, ascaridiose, infections dues au manque d'hygiène Trachome, infections par insuffisance d’hygiène Ankylostomiase.

II.3. La pollution des sols :

Le sol est l’interface entre la terre, l’air et l‘eau. Il remplit une multiplicité de fonctions complexes. Un sol pollué est un site présentant un risque ou des nuisances pérennes pour la santé de l'homme, les ressources biologiques, et les écosystèmes présents sur ce site. Les dépôts de substances polluantes, les pratiques sommaires d'élimination des déchets, les infiltrations, l'utilisation de pesticides, d'engrais chimiques pour la culture du sol, l'épandage de produits chimiques, les retombées dues à des rejets atmosphériques sont à l'origine de ces pollutions.

Les pollutions les plus importantes des sols sont souvent des conséquences directes et locales des activités agricoles ou industrielles. Nous ne considérerons ici que les pollutions causées par les dépôts atmosphériques, celles-ci incluent en premier lieu l’impact des pluies acides sur les sols.

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On dit qu’un sol est pollué lorsqu’il contient une concentration anormale de composés chimiques potentiellement dangereux pour la santé, des plantes ou des animaux. La contamination se fait alors soit par voie digestive (consommation d’eau polluée par exemple), ou par voie respiratoire (poussières des sols pollués dans l’atmosphère).

II.3.1. Sources de pollution des sols : a. Les effets du dépôt acide :

Sur les sols, les pluies acides ont une série de conséquences : lessivage des éléments nutritifs des sols, élimination des éléments nutritifs essentiels aux plantes, diminution des micro-organismes, et sortie du sol de métaux toxiques.

b. Les pollutions diffuses via le transport atmosphérique :

Les polluants toxiques concernés sont essentiellement les divers pesticides employés à des fins agricoles, et la catégorie des polluants organiques persistants (POP) qui ne se détruisent pas et se concentrent via les chaines trophiques.

c. Les pesticides :

Selon le mode d’épandage choisi, les pesticides peuvent diffuser hors de leur zone cible et contaminer les sols. On entend par pesticide toute substance phytosanitaire utilisée dans la lutte contre les ennemis des plantes.

d. Les Polluants organiques persistants :

Les Polluants Organiques Persistants (POP) sont des molécules complexes qui, contrairement aux autres polluants atmosphériques, ne sont pas définis à partir de 49 leur nature chimique, mais à partir de quatre propriétés qui sont la toxicité, la persistance dans l’environnement, la bioaccumulation, le transport sur de longues distances.

e. Les métaux lourds :

Un cas particulier est la pollution par le plomb rejeté dans l’atmosphère par certaines industries et également par la combustion de l’essence pour automobile où il était utilisé comme anti-détonnant.

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II.3.2. Dangers causés par les sols pollués :

L’évaluation des polluants présents dans le sol peut être réalisée par des mesures physiques ou chimiques (calcul de la concentration de polluants comme le mercure, le cuivre, le plomb, etc.), ou bien par observation des indicateurs biologiques : biodiversité végétale et animale, etc. En effet, ces polluants peuvent se retrouver dans l’air (poussières) et dans l’eau, où ils deviennent dangereux car potentiellement absorbés par les êtres vivants et donc avoir un impact sur leur santé :

- Certains métaux lourds et métalloïdes sont connus pour leur pouvoir neurotoxique ou cancérogène par ingestion et/ou inhalation.

- Certains hydrocarbures, en particulier le benzène et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), sont reconnus pour leur effet CMR (cancérigène, mutagène, neurotoxique).

II.4. Les déchets :

Les déchets constituent une menace pour la santé humaine et l’environnement et principalement pour les populations voisines des décharges publiques, à cause des nuisances olfactives et des émissions gazeuses dont certaines sont toxiques comme la dioxine, les acides chlorhydrique et fluorhydrique et les métaux lourds dont les concentrations dans l’air sont très importantes à proximité des décharges. Toute activité de production où de consommation génère des déchets, qui sont souvent associés à la détérioration de notre environnement et a de multiples risques pour la santé humaine.

Ce terme désigne tout objet ou substance subie une altération physique, chimique ou qui ne présente plus d’utilité, destiné à élimination ou recyclage. Donc quelque chose devenu inutile désormais dans la poubelle n’a aucune valeur économique.

II.4.1. Les catégories des déchets : II.4.1.1. Les déchets ménagers :

Est un déchet issu de la vie quotidienne des ménages, de certaines collectivités et de certains commerçants. C’est un déchet qu'un individu va produire tout au long de sa vie, sur son lieu d’habitation ou de travail sans caractère dangereux pour l’homme ou l’environnement.

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Nos poubelles se composent en moyenne de: 31% déchets compostables, 27% papiers et cartons, 8% verre, 3% métaux, 12% plastiques, 10% matériaux composites, 2% textiles, 6% minéraux et 1% divers.

On distingue trois types : Les ordures ménagères (les restes d’alimentaires), Les déchets recyclables (les journaux, papiers, cartons), Les déchets compostables (les herbes, le bois). II.4.1.2. Les déchets industriels :

Un déchet industriel est un type de déchet produit par l'activité d'industries et qui affecte négativement le bien-être.

Les déchets toxiques et les déchets chimiques sont deux désignations de déchets industriels.

Tableau II-1 : Les catégories des déchets

DII

(Déchets Industriels Inertes)

Déblais, produits de démolition (gravats, pierres…). Ils ne contiennent pas de substances dangereuses.

DIB

(Déchets Industriels Banals)

Font partie des Déchets Non Dangereux, assimilables aux ordures ménagères. Ils regroupent ainsi les déchets de bureaux.

DIS

(Déchets Industriels Spéciaux)

Font partie des Déchets Dangereux, générateurs de nuisances (huiles, solvants…). Ils regroupent également les déchets toxiques produits par les industries (bombes aérosol, pots de peinture vides…).

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II.4.1.3. Les déchets dangereux :

Un déchet dangereux est un déchet qui est polluant, voire toxique et qui peut présenter un risque. Il est peut être hautement inflammable, explosif, nocif, irritant. En raison de leur toxicité, ces déchets nécessitent un traitement adapté.

Les déchets dangereux contiennent en quantité variable, des éléments dangereux présentant un risque pour la santé humaine ou pour l’environnement. Ces déchets présentent une ou plusieurs des propriétés de danger qui peuvent être de nature : physico-chimique (par exemple propriété inflammable des solvants ou des hydrocarbures), sanitaire (par exemple risque infectieux des déchets d’activités de soins), ou encore, environnementale (par exemple risque de pollution des eaux).

Les déchets d’activités de soins à risques

Les déchets d’activité de soin (DAS) se définissent comme « les déchets issus des activités de diagnostic, de suivi et de traitement préventif, curatif ou palliatif, dans les domaines de la médecine humaine et vétérinaire », ils regroupent :

- Les déchets d’activités de soins à risques,

- Les déchets d’activités de soins non dangereux assimilés aux déchets ménagers, II.4.2. Durée de vie des déchets dans la nature :

La durée de vie des déchets peut aller de quelques mois à quelques milliards d'années selon la nature des déchets. A titre d'exemple :

- La dégradation des huiles des vidanges peut aller de 5 à 10 ans. Un litre d’huile peut couvrir et polluer 1000 m2 d’eau.

- La dégradation d'une canette en aluminium peur aller de 10 a 100 ans. - La dégradation d'une bouteille en plastique peut aller de 100 a 1000 ans.

- La dégradation des déchets nucléaires tels que l'Uranium 238 est de 4,5 milliards d’années. A cette raison il faut :

Réduire les déchets à la source, en évitant de produire trop de déchets. Organiser la gestion et le tri des déchets.

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Suivre l’évolution des déchets grâce à une bonne traçabilité, indispensable à une bonne gestion.

Ne pas mélanger les différents types de déchets entre eux (notamment déchets dangereux et déchets banals) en organisant des aires de stockage afin de valoriser au maximum les déchets et minimiser les coûts.

II.4.3. Valorisation des déchets :

La valorisation des déchets : réutiliser les déchets, vise à diminuer le volume des déchets ultime. Elle désigne l’ensemble des opérations effectuées sur un objet inutile afin de le rendre utile. La valorisation permet de réaliser : Un nouveau matériau, un nouveau produit de qualité égale ou supérieure. L’intérêt qui est porté de plus en plus à la valorisation des déchets et des sous produits industriels est lié à la fois à la crise de l’énergie, à la diminution des ressources mondiales en matières premières et enfin la législation qui devient très sévère concernant la protection de la nature et l’environnement.

Les méthodes pour produire de nouvelles ressources à partir de déchets devisent en deux catégories :

La valorisation matière consiste à récupérer des matériaux réutilisables : Le recyclage et le compostage.

La valorisation énergétique consiste à récupérer de l’énergie : L’enfouissement et L’incinération.

II.4.3.1. Le recyclage :

C’est un procédé de traitement des déchets et de réintroduction des matériaux qui en sont issus dans le cycle de production d'autres produits équivalents ou différents. Il permet de réduire les volumes de déchets, et donc leur pollution, et de préserver les ressources naturelles en réutilisant des matières premières déjà extraites.

Les matériaux recyclables sont : le papier et du carton, recyclage du verre, recyclage du plastique, recyclage des métaux, recyclage des déchets organiques.

a. Le tri-sélectif des déchets :

Le tri sélectif consiste à trier les déchets suivant leur nature pour faciliter ensuite leur traitement (recyclage, compostage, valorisation énergique ou mise en décharge). Les étapes de tri sélectif :

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- le "tri à la source", lorsque les producteurs de déchets effectuent eux-mêmes le tri avant la collecte,

- le "tri par apport volontaire" lorsqu'ils apportent les déchets a des conteneurs spécifiques sur la voie publique ou en déchèterie,

- le "tri en déchetterie" effectue par des employés ou des machines lors du procédé de recyclage.

b. Intérêts du recyclage :

Les intérêts du recyclage sont multiples : Protéger l’environnement,

Sauver les arbres,

Faire des économies d’énergie, Réduire la quantité de déchets,

Réduire la quantité de ce qu’on consomme, Préservation des ressources naturelles, Une action pour la sante de chacun.

Exemple : Recyclage des bouteilles en plastiques

Les bouteilles plastiques peuvent être recyclées en textile ≪ polaire ≫. Apres tri sélectif et collecte, la matière plastique est récupérée et utilisée dans la production de ce textile. Avec le PET* (polyéthylène téréphtalate) contenu dans 25 bouteilles plastiques, on peut fabriquer un pull en polaire. *PET c’est du pétrole qui a été partiellement transforme avec l'oxygène. II.4.3.2. Le compostage :

Le compostage est un procédé biologique qui permet, sous l'action des bactéries aérobies (en présence d'oxygène), la dégradation accélérée de déchets organiques (alimentaire comme les épluchures de fruits ou légumes) pour produire du compost (engrais naturel). Les réactions de compostage dégagent de la chaleur qui hygiénise le compost, c’est-a-dire élimine les agents pathogènes contenus dans les déchets entrants. Produit un matériau fertilisant utilisable en agriculture.

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Le composte est un produit issu du compostage des déchets. Il peut être utilise comme amendement organique, améliorant la structure des sols, ou comme engrais nourrissant les plantes.

II.4.3.3. L’incinération :

Tout équipement ou unité technique fixe ou mobile destiné spécifiquement au traitement thermique de déchets, avec ou sans récupération de la chaleur produite par la combustion. L’incinération s’effectue dans des usines d’incinération des ordures ménagères, source d’émission atmosphérique (poussière, gaz, dioxine).

Elle concerne les déchets dangereux et non dangereux à l'exception des déchets exclusivement végétaux, agricoles et forestiers, les carcasses d'animaux ainsi que des déchets radioactifs. Les principaux effets sanitaires étudiés sont les troubles respiratoires, le développement du cancer et les effets sur la reproduction et développent des enfants.

II.4.3.4. L’enfouissement :

L’enfouissement de déchets à été réalisé depuis longtemps de façon précaire, sans aucune contrainte ou contrôle des différentes catégories des déchets stockés et enfouis.

Les conséquences sont des pollutions graves des sols et de l’eau et des nuisances olfactives ou visuelles. Les jus pollués provenant de la décomposition des déchets et de l’infiltration des eaux des pluies s’appellent les lixiviats. Le ruissellement de lixiviats peut être porteur de produit chimique cancérigène.

Le stockage (couramment appelé « mise en décharge ») des déchets non dangereux. Les centres de stockage sont considérés comme des installations classées pour la protection de l’environnement. Les casiers dans les quels sont entreposés les déchets doivent être imperméabilisés, le sous-sol devant par ailleurs présenter des caractéristiques d'imperméabilité suffisantes soit de façon naturelle soit à l'issue de la mise en œuvre des barrières artificielles adéquates. Les lixiviats (effluent liquides récupérés au fond des casiers) très chargés en matières polluantes doivent être récupérés et traités.

II.4.3.5. La méthanisation :

Permet de transformer les déchets organiques en biogaz et de produire ainsi une énergie renouvelable, le biogaz, qui peut ensuite être valorisé (électricité, chaleur, combustible). C’est l’un des moyenne de valorisé les déchets organique en particulier ceux produit par les exploitations agricoles. Un procéder naturelle de la dégradation de la matière organique par les bactéries, en l’absence d’oxygène, produisant un biogaz composé de méthane et de

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dioxyde de carbone. Cette réaction produit également un résidu appelé digestat, qu’il est ensuite possible de valoriser en tant que fertilisant pour l’agriculture.

Ce processus est maitrisé pour éviter les émissions des gaz à l’effet de serre dans l’atmosphère mais aussi pour exploiter les biogaz qui est une source d’énergie.

II.4.4. Les aspects toxicologiques :

Tous les traitements de déchets déstructurent la matière. Cette déstructuration est soit immédiate (recyclage, incinération, pyrolyse…), soit différée (décharges).

Les constituants toxiques potentiels des déchets se retrouvent plus ou moins libérés par les opérations de traitement dans le milieu naturel ou dans les unités de recyclage.

Les polluants toxiques sont d’origines variées: – ce peut être le déchet lui-même; ils peuvent être créés par réactions chimiques des déchets les uns en présence des autres; ils peuvent provenir du traitement et constituer un sous-produit de cette opération (les métabolites). Ces aspects toxicologiques, en évolution permanente, justifient une bonne part des réglementations sur le traitement des déchets.

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IV.1. Monitoring biologique :

Par définition le monitoring : action de recherche ou de contrôle dont l’objet et de suivre dans le temps changements éventuels des principales caractéristiques environnementales, biologiques et écologiques propres à une zone ou à un type d’habitat déterminés.

Les triples finalités du monitoring des polluants sont :

-Étudier les concentrations et la répartition des polluants dans l’environnement.

-Évaluer les effets de ces polluants, aux concentrations détectées, sur les populations et les écosystèmes exposés.

-Fixer le niveau maximum de rejet au site des sources d’émission des poluants.

Le monitoring de l’environnement à travers une ou plusieurs espèces bio-indicatrices ou à travers les biomarqueurs est une méthode simple pour évaluer la qualité des milieux naturels exposés.

Cinq règles du biomonitoring

•Pertinence : les espèces doivent être présentent dans l’écosystème concerné. •Significativité : les espèces doivent être largement représentées : comparaison.

•Robustesse : Les espèces ne doivent pas être trop sensibles et mourir au cours des essais •Réponse : doit être proportionnelle à la dose

•Reproductibilité : les espèces doivent être capables de se reproduire.

IV.2. Définition de la bioconcentration :

La bio-concentration est l'accroissement direct de concentration d’un polluant lorsqu'il passe de l'eau dans un organisme aquatique. La bioconcentration désigne le phénomène qui, pour une substance donnée (oligoélément, polluant.), va engendrer des concentrations dans les êtres vivants supérieures aux concentrations présentes dans le milieu.

Il y a bioconcentration quand pour un organisme ou une population associée à un milieu (biocénose), l'absorption et rétention de contaminants prélevés dans le milieu est supérieure à l'élimination naturelle.

On appelle le facteur de concentration le rapport entre la concentration d’un polluant dans les tissus d’organisme donnée à sa concentration dans le biotope.

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IV.3. Définition de la bioaccumulation :

On désigne par bioaccumulation le processus d’absorption par le quel les êtres vivant peuvent accumuler dans leur organisme des nutriments, toute autre substance présente naturellement dans son environnement ou encore un polluant organique de synthèse. Quelle que soit la voie de pénétration dans l’organisme. Ce phénomène de bio-accumulation est bien connu grâce à certaines espèces capables d'accumuler des doses de substances naturelles plusieurs milliers de fois au delà de la concentration que l'on rencontre dans le milieu.

Chez les animaux terrestres, la bioaccumulation sera la résultante des absorptions par voie digestive, respiratoire et cutanée.

Chez les plantes, celle-ci résultera de l’absorption des polluants par voies transradiculaires et transfoliaires, par voie respiratoire (par la respiration stomatique) lorsqu’il s’agit de polluants gazeux chez les organismes aquatiques, c’est la somme des absorptions par contact et par ingestion, par voie transbranchiale.

IV.3.1. Facteur de bioaccumulation :

En règle générale pour la plupart des polluants et des espèces vivantes les Fc = FBA sont inférieurs à 1, ce qui signifie que la concentration dans le biotope est supérieure à celle dans l’organisme.

IV.4. Définition de la biomagnification :

L’accumulation de contaminants dans les organismes à la suite de l’ingestion d’espèce des niveaux trophiques précédents se nomme la bioamplification. Lorsque ces organismes pollués sont mangés, ils vont passer les contaminants à leur prédateur.

La biodisponibilité est la proportion d’une substance qui va effectivement agir dans l’organisme par rapport à la quantité absorbée.

IV.5. Les bio-indicateurs de contamination :

Les bioindicateurs sont des outils d'évaluation de la qualité de l'environnement. Un bioindicateur, est un indicateur constitué par une espèce végétale ou animale ou par un groupe d'espèces dont la présence ou l'état renseigne sur certaines caractéristiques écologiques, c'est-à-dire physico-chimiques, microclimatique, biologiques et fonctionnelle de l'environnement.

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Parmi leurs caractéristiques :

- Capable d’accumuler le polluant sans être tué ni que la reproduction soit perturbée - Les espèces à forte longévité sont préférables.

-Une taille suffisante pour fournir des tissus en quantité suffisante pour analyse - Choisir celui qui répond au maximum de critères.

IV.5.1. Facteurs influençant la fiabilité des bio-indicateurs :

 Facteurs intrinsèques (propre aux caractéristiques d’espèce bioindicatrice et des individus qui la composent) et facteurs extrinsèque (environnementaux). GUEDRI H,

2010)

 Les facteurs intrinsèques Taux d’accumulation et d’excrétion Etat physiologique des individus

Interférence entre polluant dans leurs effets toxicologiques sur l’espèce considérée IV.5.1.1. Taux d’accumulation et d’excrétion :

L’importance du rapport entre taux d’accumulation (Ta) et taux d’excrétion (Te) Si Ta˃˃ Te [polluant]organisme ˃˃ [polluant]biotope

 Indication des taux maxima atteint par le polluant dans le biotope Si Ta= Te [polluant] organisme= [polluant] biotope

 Indication des taux réellement présent dans le biotope, avec fluctuations similaire à celle observée dans l’environnement

Rapport variable selon l’éspece bioindicatrice et les caractéristiques de la substance polluante -Organochlorés (Lindane ou DDT) très persistants : Ta˃˃ Te

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IV.5.1.2. les conditions physiologiques des individus de l’espèce indicatrice

Variations des Ta en fonction des conditions écophysiologiques des organismes considérés

 Variation de la prise alimentaire

 Variation de statu reproducteur (maturation ou repos sexuel)

 Variation saisonnière du métabolisme et de la composition biochimique de différents organes

 Augmentation avec l’âge et la taille des individus d’une espèce donnée. (GUEDRI H, 2010)

IV.5.1.3. interactions physiotoxicologiques des polluants

-Mécanismes influençant l’absorption et le relargage des micropolluants en interactions

 Réduction ou l’augmentation de l’absorption suite à la formation de complexe entre polluants

 Modifications physiologiques induite par un des xénobiotiques présents

 Variations de la perméabilité des membranes modifiant la pénétration des polluants

 Inhibition ou stimulation du système enzymatique de détoxication (M F O)  Les facteurs extrinsèques

La température Les précipitations

Le Ph des eaux et des sols La salinité

IV.6. Les bio-indicateurs d’accumulation :

Le monitoring des polluants dans l’environnement fait appel à des espèces bio-accumulatrices comme indicateurs biologiques de contamination.

IV.6.1 En milieu aquatique -les macrophytes aquatiques

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Forte aptitude des algues, bryophytes, phanérogames à concentrer dans leurs tissus des éléments minéraux et organiques.

La figure IV-1 montre une corrélation entre la concentration du zinc dans l’eau et l’accumulation du zinc dans les pousses de quatre espèces de mousses aquatiques.

Figure IV-1 : la concentration du zinc dans l’eau et son accumulation les pousses de quatre espèces de mousses aquatiques (Amblysterium riparium, Fontinalis antipyretica, Fontinalis

squamosa, Rhynchostegium riparoides).

Corrélation entre la concentration en zinc dans l’eau d’une rivière et son accumulation à l’extrémité de pousse de trois espèces de mousses aquatiques du genre Fontinalis, Amblystegium et Rynchostegium.

-les mollusques lamellibranches

Excellents indicateurs de contamination des eaux continentales et marines grâce à leur - aptitude à la bioaccumulation

-Caractère sédentaire (organismes sessiles)

-Cycle vitale long (plusieurs mois à plusieurs années)

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-Métabolisme connu

-les poissons

Bioaccumulation importante chez les espèces prédatrices ou super-prédatrices

Utilisation à vaste échelle comme indicateur en milieu continental et marin (monitoring des PCB et des organochlorés).

 Importance de la guilde alimentaire des poissons et du mode de vie  Importance de la concentration des polluants dans l’eau et les sédiments  Importance du temps d’exposition dans les phénomènes de bioaccumulation IV.6.2. En milieu terrestre

Les lichens

Forte aptitude des lichens à bioaccumuler des contaminants présents dans l’atmosphère, essentielle source de nutriments.

Bon indicateur de contamination en métaux radioactifs ou toxiques (Pb).

Augmentation des teneurs en Pb dans les lichens poussant aux bords des autoroutes. Les mousses

Excellent bioindicateurs de pollution atmosphérique (étude de la contamination atmosphérique au plomb et aux organochlorés)

Les invertébrés terrestres

Les annélides oligochètes : animaux dans écophysiologie les conduits à ingérer chaque jour 3 fois leur poids corporel en matière organique morte mélangé au sol.

Forte concentration des organochlorés par lombric terrestre.

Utilisation de Eisenia pour tester la contamination des sols en tout produit chimique nouveau. Les vertébrés terrestres

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Aptitude à accumuler des substances toxique dans le plumage

Détermination de la contamination du flamands roses par le Cd et le Zn. Les mammifères

Utilisation du bois de cervidés pour le monitoring de la pollution par les métaux lourds dans les écosystèmes forestiers.

IV.7. Les biomarqueurs :

Le terme biomarqueur désigne des changements structurels ou fonctionnels observables et mesurables, au niveau moléculaire, biochimique, cellulaire, physiologique ou comportemental qui révèle exposition présent ou passé d’un individu à au moins une substance chimique à caractère polluant (Lagadic, 1997).

Un biomarqueur est une molécule (enzyme, hormone, métabolite ...), voire un type de cellule, dont la présence ou la concentration anormale dans le sang ou les urines signale un évènement ou un statut physiologique particulier.

IV.7.1. Biomarqueurs d’exposition

permettent de considérer la présence du polluant dans le biotope

Ils indiquent que le polluant a pénétré dans l’organismea pénétré. Les biomarqueurs d’expositions sont les résultats de l’interaction du polluant avec des molécules biologiques utiles si les contaminants sont instables et difficiles à rechercher par analyse chimique.

IV.7.1.1. Biomarqueurs d’exposition aux métaux :

La ALAD (aminolaevulinic acid deshydrogenase) est une enzyme de la voie métabolique de la synthèse de l’hème (hémoglobine). La ALAD est inhibé en présence de plomb : c’est une signature de l’atteinte saturnique des vertébrés.

Les métallothionéines : protéines du foie inductibles par les métaux.

IV.7.1.2. Biomarqueurs d’exposition aux insecticides organophosphorés :

La mesure de l’activité des acétylcholinestérases donne une indication directe sur l’exposition aux insecticides organophosphorés. La mesure de cette activité est fréquente chez les oiseux et les mammifères.

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IV.7.1.3. Biomarqueurs d’exposition aux HAP :

Les activités mono-oxygénase cytochrome P450 dépendantes sont induites par les HAP. Les porphyrines plasmatiques et les rétinoïdes hépatiques sont des biomarqueurs de toxicité aux HAP.

IV.7.2. Biomarqueurs d’effets

Ces biomarqueurs permettent de montrer que le xénobiotique est entré dans l’organisme, et qu’après distribution dans les différentes organes ou tissus, il à exercé un effet toxique ou non, sur une cible critique.

Correspondent à des cibles moléculaires qui, lorsqu’elles sont atteintes, signifient que les mécanismes de défense ou de détoxication de l’organisme n’ont pas été suffisamment efficaces pour contrer l’action néfaste d’un xénobiotique. Les conséquences peuvent être parfois irréversibles, entraînant à terme la mort de l’animal ou bien une incapacité à se reproduire.

La réponse de l’organisme regroupe des paramètres moléculaires, biochimiques, histologiques, cellulaires, immunologiques et physiologiques.