Axe 3 : L’éco-toxicologie et dynamique des contaminants, et les risques sur la santé humaine

Animateurs

Damien Chevallier (IPHC) et David Amouroux (IPREM).


Participants

Frederic Angelier (CEBC), Paco Bustamante (LIENSs), Olivier Chastel (CEBC), David Costantini (ERE-MNHN), Philippe Cuny (M I O), Benoit De thoisy (IPG), Loic Epelboin (CH Cayenne), Cédric Garnier (M I O), Franck Gilbert (ECOLAB), Lars-Eric Heimbürger (M I O), Jérôme Labanowski (IC2MP), Yvon Le Maho (IPHC), Cécile Militon (M I O), Leslie Mondamert (IC2MP), Zoyne Pedrero (IPREM), Richard Sempéré (M I O), Emmanuel Tessier (IPREM)


Introduction

L’impact des activités humaines sur l’environnement a pris naissance au début du développement culturel, il y a quelques milliers d’années. Néanmoins, la sensibilisation du public aux impacts significatifs de l’exposition de l’environnement naturel à des produits chimiques dangereux, est un événement récent qui a commencé au milieu du 20ème siècle (Carson, 1962). Les approches actuellement utilisées pour l’évaluation des risques environnementaux (ERE) constituent la base de l’élaboration des règlements internationaux, comme la définition des critères de qualité de l’eau (CQE) ou la Directive cadre sur l’eau (DCE). Ces outils réglementaires ont permis d’augmenter les contrôles chimiques et d’améliorer la qualité de l’environnement, réduisant ainsi la probabilité d’évènements toxiques graves fréquents dans le passé (CSTE/EEC, 1994). Néanmoins, les perturbations anthropiques sont encore responsables de graves dommages sur des populations humaines et sur les écosystèmes. Dans ce contexte, les institutions européennes ont développé une approche sensiblement différente et plus écologique (CSTE/EEC, 1994), indiquant qu’un objectif de qualité de l’eau «ne devrait pas produire des conditions susceptibles de modifier la structure et les fonctions de l’écosystème aquatique ». Par conséquent, l’évaluation de la qualité de l’environnement doit être définie en termes de « structure et fonctionnement des systèmes écologiques » plutôt que basée uniquement sur la contamination chimique (Vighi et al., 2006).
Avec plus de 67 millions de substances organiques et inorganiques connues à ce jour (CAS, 2012), la surveillance et l’évaluation des effets de la pollution chimique sur les réseaux trophiques font nécessairement face à de grands défis. Les réseaux trophiques des milieux côtiers de la Guyane sont soumis à des forçages environnementaux naturels spécifiques (fort hydrodynamisme, turbidité élevée, apport des grands fleuves) ayant une action forte de structuration sur les écosystèmes côtiers (quasi-absence de macrofaune dans les sédiments côtiers par ex.). Les activités humaines ont un impact direct (aménagement, surpêche, pollution) ou indirect (changements globaux) sur ces écosystèmes marins. Il apparait donc essentiel de prendre en compte les spécificités des réseaux trophiques marins guyanais soumis à des facteurs naturels structurant dans les milieux peu anthropisés d’une part et d’autre part, de considérer les perturbations liées aux activités humaines au niveau des espèces intégratrices que constituent les prédateurs supérieurs : poissons, tortues, oiseaux, mammifères marins. Ces perturbations comprennent la surpêche, la bioaccumulation d’éléments toxiques par les organismes, leur bioamplification dans les chaines alimentaires et l’altération des réponses comportementales et écophysiologiques des espèces clés ainsi que des humains.


État de l’art

Biomarqueurs et effets des perturbateurs endocriniens : Compte tenu de la complexité de la question et de la pertinence de la perturbation endocrinienne pour la protection des écosystèmes, la connaissance des systèmes endocriniens chez les vertébrés et invertébrés marins et l’élaboration de procédures d’évaluation des effets perturbateurs endocriniens doivent être améliorées (Tartu et al. 2014). Les biomarqueurs sont des outils importants pour mesurer les effets sublétaux des produits chimiques chez les organismes sauvages, qui indiquent l’exposition à la concentration interne de produits chimiques ou de métabolites. Les biomarqueurs (ex : vitellogénine, examen histopathologique, stress oxydatif (Costantini et al. 2014), hormones de stress (Tartu et al. 2015), télomères, métallothionéines, etc.) peuvent ainsi fournir des signaux d’alerte précoce d’un risque de déclin de la santé de l’organisme ou des perturbations environnementales.
Effets des mélanges de produits chimiques et de substances stressantes : Les outils de régulation chimique sont principalement basés sur des substances individuelles, tandis que les écosystèmes sont habituellement exposés à de multiples stress. La combinaison de plusieurs produits chimiques à des concentrations très inférieures peut produire des effets additifs importants (Burton et al. 2005). Cependant, la science sur la toxicité des mélanges chimiques se concentre principalement sur les effets des mélanges au niveau individuel (Lopes et al. 2005). Les études disponibles à des niveaux hiérarchiques supérieurs sont principalement orientées vers les communautés d’algues et de micro-organismes (Baird et al. 2007). Les efforts pour comprendre comment un écosystème marin complexe peut réagir à des mélanges de produits chimiques avec différents modes d’action sur les différents groupes taxonomiques des organismes vivants font encore défaut. De plus, les interactions entre les effets combinés des produits chimiques toxiques et d’autres facteurs de stress (stress physiologique : Tartu et al. 2016 ; maladies infectieuses, Sebastiano et al, 2017) ou des paramètres environnementaux variables (température, pH, stress hydrique) sont peu connues (D Laender 2013).


Impact des contaminants dans le milieu marin guyanais

Les recherches portant sur la contamination des écosystèmes de Guyane ont principalement porté sur la problématique du mercure en milieu dulçaquicole et notamment sur le risque toxicologique pour les populations amérindiennes dont l’alimentation est basée sur la pêche (Frery et al. 2001). La Guyane est en effet caractérisée par des sols âgés dont les concentrations en mercure sont en moyenne 5 fois plus élevées que celles des sols tempérés, et par une activité d’orpaillage utilisant cet élément pour l’extraction de l’or, activité qui a rejeté plusieurs centaines de tonnes de ce métal dans l’environnement depuis le début du 20ème siècle. Ce mercure fait l’objet d’une méthylation par des bactéries et c’est sous cette forme qu’il est le plus toxique et qu’il est bioaccumulé par les organismes. De plus, le mercure organique se bioamplifie le long de la chaîne alimentaire pour atteindre des niveaux très élevés dans les poissons dulçaquicoles (Durrieu et al. 2005). Il existe, par ailleurs, un risque avéré de pollution par les hydrocarbures pétroliers du fait des exploitations pétrolières offshore brésiliennes. Enfin, s’agissant des composés poly- et perfluorés (PFASs, utilisés comme imperméabilisants, antitaches, antiadhésifs). La mesure dans les oiseaux marins, tortues et cétacés de Guyane Française, des PFASs est essentielle, en raison de la présence, au nord-ouest du Brésil voisin, d’une source importante de production d’un précurseur de l’acide perfluorooctanesulfonique (PFOS), utilisé comme insecticide, ce qui occasionne une forte contamination locale (rivières et estuaires du nord-ouest du Brésil, Löfsted et al. 2016).
Malgré ce contexte, les connaissances sur les contaminants chimiques, qu’ils soient métalliques ou organiques, sont longtemps restés très limitées pour le domaine marin guyanais (Guirlet et al. 2010). Une étude récente (Sebastiano et al. 2016) a mis en évidence une très forte contamination des Frégates de Guyane par le mercure mais des niveaux faibles de polluants organochlorés historiques aujourd’hui interdits (e.g., DDT et ses métabolites, PCBs). Or de nombreux contaminants se bioaccumulant à différents niveaux des réseaux trophiques marins et dans les produits de la mer consommés par l’Homme, la question du risque est posée pour les populations humaines et pour les écosystèmes. Par ailleurs, les prédateurs supérieurs tels que les oiseaux de mer, cétacés et grands poissons sont susceptibles d’intégrer les contaminants accumulés le long des chaînes trophiques (Burger et Gochfeld 2004) et sont ainsi considérés comme de bons bioindicateurs de l’état de santé des écosystèmes. Il est donc nécessaire d’enrichir les connaissances sur l’éco-dynamique des contaminants dans les écosystèmes marins de la Guyane à la fois pour déterminer le risque écotoxicologique pour les organismes qui y vivent ou qui en dépendent pour leur survie, et pour surveiller, par l’utilisation de bioindicateurs, l’état de santé de ces écosystèmes.


Ecodynamique des contaminants

Les effets des contaminants sont étroitement liés à leur biodisponibilité (spéciation chimique et réactivité) et, d’une manière générale, à leur dynamique au sein des différentes matrices des écosystèmes. Cette dynamique reste un phénomène complexe difficile à élucider. Il est lié à la fois aux caractéristiques physico-chimiques des contaminants et de l’environnement dans lequel ils se trouvent. Plusieurs processus abiotiques (e.g., complexation, photo-oxydation, évaporation, …) ou biotiques (e.g., bioturbation, biodégradation) vont contrôler leur répartition et concentration dans les différents compartiments. Dans ce contexte, la compréhension des mécanismes contrôlant la dynamique et l’impact des contaminants représente un objectif majeur nécessitant un fort investissement intégré et multidisciplinaire. Les enjeux à relever résident dans la prise en compte de l’hétérogénéité aux différentes échelles, des aspects spatiaux et temporels, de la complexité des situations réelles qui caractérisent le littoral guyanais (mangroves, panaches turbides, etc.).


Objectifs scientifiques

L’objectif du GDR est donc de créer une synergie autour des écosystèmes côtiers de la Guyane, venant renforcer les programmes de recherche déjà existant et permettant de préciser :
1) l’état des lieux sur les niveaux de contaminants prioritaires (mercure, PFASs et hydrocarbures) présents chez les espèces marines remarquables et chez les humains, pour évaluer les conséquences (hormones, immunité, succès reproducteur) des individus et estimer le risque pour les populations animales et humaines. S’agissant de la contamination au mercure, forte chez les oiseaux marins, il serait nécessaire d’en préciser l’origine (naturelle et/ou anthropique), par exemple via l’étude de la signature des isotopes stables du Hg.
2) Les réponses des communautés, notamment microbiennes, face à des perturbations anthropiques ou naturelles dans le contexte de changements climatiques et globaux. Le rôle des communautés microbiennes dans la persistance et la mobilité des contaminants en milieu littoral.
3) La dynamique des contaminants au sein des différentes matrices (eau, sédiments et phytoplancton jusqu’à bout de la chaine trophique) par le biais d’observations et d’expérimentations in situ ; par exemple la détermination des taux de méthylation/deméthylation du Hg ou de dégradation d’hydrocarbures par incubation in situ avec des traceurs isotopiques et/ou moléculaires, ou bien la détermination des processus de bioconcentration-bioaccumulation et bioamplification au sein des réseaux trophiques.
4) Les capacités de résistance et de résilience des écosystèmes soumis à l’action des contaminants.
Les modèles biologiques à considérer comprennent les oiseaux marins, les tortues marines, les cétacés, siréniens et les poissons dont ceux exploitant la zone intertidale, ainsi que les limicoles, ardéidés et threskiornithidae. A partir des échantillons (sang, plumes pour les oiseaux, biopsies), le dosage isotopes stables (marqueurs de l’habitat et du niveau trophique), des éléments traces (mercure, sélénium), HAP et composés poly-et perfluorés doivent être recherchés en priorité et mis en relation avec des marqueurs physiologiques pertinents (hormones, stress oxydatifs, Costantini et al. 2014, Tartu et al. 2013, 2014), chez les espèces s’y prêtant (oiseaux et tortues marines).