L’écotoxicologie de l’eau

Réalisé par :THIERY Axelle et KERJEAN Mathilde

(1SB1)

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L’Ecotoxicologie de l’eau

Le terme " écotoxicologie" a été introduit par Truhaut en 1969 . Il est dérivé des mots "écologie" et "toxicologie". Précédemment, les études de toxicologie environnementales concernaient principalement les effets néfastes des toxiques sur l'homme. L'écotoxicologie prend en compte les effets des produits écotoxiques, substances qui présentent ou peuvent présenter des risques immédiats ou à long terme pour une ou plusieurs composantes de l'environnement.  

Nous nous sommes interrogées sur les informations apportées par les êtres vivants concernant la qualité de l’eau.

Nous étudierons dans un premier temps les sources de pollution qui touchent l’environnement, puis les répercutions alarmantes d’un polluant. Enfin, nous réaliserons une expérience en nous inspirant des techniques des écotoxicologues.

English translation

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SOMMAIRESOMMAIRE

I Notions généralesI Notions générales• Les différents types de pollution

La pollution naturelle La pollution anthropique

II Exemple des perturbateurs endocriniens sur le poissonII Exemple des perturbateurs endocriniens sur le poisson• Définition• Conséquences• Mécanisme de la perturbation dans l’organisme

III ExpérimentationIII Expérimentation• Le test micro-tox• Notre expérimentation• Exploitation des données officielles  

English translation

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I Notions générales

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Les différents types de pollution

Contrairement aux idées reçues, la pollution n’est pas entièrement due à l’Homme. Mais le plus souvent, nos cours d'eau sont pollués par des déchets urbains, agricoles et industriels comprenant de nombreuses substances toxiques de synthèse que les processus naturels ne réussissent pas à décomposer.

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La pollution naturelle

La teneur de l'eau en substances indésirables n'est pas toujours le fait de l'activité humaine.

Certains phénomènes naturels peuvent également y contribuer. Par exemple, le contact de l'eau avec les gisements minéraux peut, par érosion ou dissolution, engendrer des concentrations inhabituelles en métaux lourds, en arsenic par exemple.

On peut également constater que des éruptions volcaniques ou des épanchements sous-marins d'hydrocarbures peuvent aussi être à l'origine de pollutions.

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La pollution anthropique

Nous sommes une société « chimique ». Nous utilisons des centaines de produits chimiques dans nos activités quotidiennes. Actuellement, nous connaissons presque 10 millions de produits chimiques, et environ 100 000 sont utilisés commercialement.

La plupart des produits chimiques toxiques sont rejetés directement dans nos cours d'eau sous forme de déchets. Un grand nombre pénètre également dans l'eau à la suite de leur utilisation domestique, dans l’agriculture et dans l'industrie. Ces produits modifient constamment la composition chimique de nos eaux : d’une part par infiltration, c'est-à-dire lorsqu'ils imprègnent la terre et se rendent jusqu'aux eaux souterraines après lixiviation* au travers des décharges et des terres agricoles, d’autre part par ruissellement, lorsqu'ils sont entraînés dans des masses d'eau (pluie) qui s ’écoulent sur des terres, où ces produits ont été utilisés ou déversés.

La pollution par les métaux a été ignorée durant de longues années afin d’éviter d’entraver le développement industriel. Les zones d’extraction des métaux ne représentent qu’une petite partie de la surface terrestre (moins de 300.000 km2). Pourtant les sites miniers abandonnés laissent en surface de grandes masses de déchets, riches en sulfures métalliques, qui libèrent en s’oxydant des eaux acides fortement chargées en métaux.

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Les perturbateurs endocriniens

L’étude portera uniquement sur l’impact des perturbateurs endocriniens.

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Définition

Les perturbateurs endocriniens sont des substances qui interférent avec les fonctions du système hormonal et risquent d’influer négativement sur les processus de synthèse, de sécrétion, de transport, d’action ou d’élimination des hormones .

Un perturbateur endocrinien potentiel est, par exemple, une substance ou un mélange exogène dont les propriétés peuvent modifier le système endocrinien d'un être vivant, de ses descendants ou de populations.

Nous présentons ici les principales observations sur le poisson.

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Les perturbateurs endocriniens entraînent une détérioration de la santé des populations de poissons.

On voit apparaître sur les animaux vivant dans un milieu atteint, des tumeurs, des lésions, et des malformations génétiques. Ces perturbateurs peuvent également endommager leur système immunitaire et causer, à terme, la mort de ces êtres vivants.

Les perturbateurs agissent également sur le sexe des poissons. Ils altèrent le développement des gonades des jeunes poissons et opèrent une différenciation sexuelle sur les poissons mâles. On observe une anomalie dans la reproduction, qui est décroissante. Le risque majeur serait une disparition des espèces.

Des études ont démontré que certains effluents d’usines de pâtes à papiers, qui contiennent des composés œstrogéniques, ont été mis en cause dans l'altération des sex-ratios*.

Tous ces effets négatifs sont attribués à la contamination de l'environnement : les populations de mammifères et d'oiseaux qui se nourrissent de poisson diminuent aussi, semble-t-il. Par exemple, dans le lac Ontario, sept des dix espèces de poissons les plus estimées ont presque complètement disparu. De plus, certains troubles du système reproducteur humain et certains cancers sont plus fréquents ; ce qui pourrait être lié à la perturbation du système endocrinien.

Conséquences des perturbateurs endocriniens

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Féminisation des gonades de carpes mâles exposées à un perturbateur.

(Gimeno et al., 1996)

Masculinisation de la nageoireanale de femelles exposées

femelle mâle

Gonade mâle Gonade femelle

Nageoire femelle Nageoire mâle

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2 Libération d’hormones dans le sang 3 Transport

d’hormones par le sang

4 Fixation d’hormones sur les récepteurs de la cellule cible

5 Réponse de la cellule cible: modification de son activité

1 Stimulation des cellules endocrines

Cellule cible

Cellule endocrine

hormone

noyau

cytoplasme

membrane plasmique sang

Mécanisme normal

du système hormonal

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III Expérimentation

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Le test micro-tox (1)

La bactérie Vibrio fischeri est un micro-organisme marin qui émet naturellement de la lumière. Le phénomène de bioluminescence chez cette bactérie est lié au cycle énergétique de la cellule. Une inhibition de la bioluminescence peut donc être interprétée comme une perturbation du métabolisme énergétique de la bactérie.

Le test micro-tox (test écotoxicologique*) consiste à reconstituer dans un milieu liquide salin une souche de bactéries à une série de concentrations de l’échantillon à analyser. Après la période d’exposition, le niveau de réduction de la bioluminescence est comparé à celui d'un groupe témoin. Les CI50 (concentration inhibitrice) sont ensuite calculées à 5 et 15 minutes.

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Les biologistes spécialisés en écotoxicologie utilisent les caractéristiques de certaines bactéries et, ici leur bioluminescence pour le test micro-tox. Ils déterminent une concentration inhibitrice par une procédure longue et précise consistant à tester l’eau à différentes concentrations, différentes dilutions et avec différents témoins. Si plus ou moins de bactéries meurent, cela induit une diminution de la luminescence et une eau d’une qualité relative à cette luminescence. L’expression des résultats est exprimée dans un graphique gausso-logarithmique.

Nous nous sommes interrogées sur la qualité de l’eau de la Vesle, cours d ’eau alimentant Reims. Nous avons entrepris d’utiliser les caractéristiques des bactéries pour réaliser un test à notre portée en nous inspirant de micro-tox.

Le test micro-tox (2)

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Sur la photo de la page suivante, les stations sont numérotées de 1 à 3 de l’amont vers l’aval.

Station 1 : Beaumont-sur-Vesle : à l’amont de la ville de Reims.Station 2 : Saint-Brice-Courcelles : à l’aval de l’agglomération rémoise et à l’amont du rejet de la station d’épurationStation 3 :Moulin Compensé : à l’aval du rejet de la station d’épuration

Nous avons émis l’hypothèse selon laquelle l’eau de la Vesle serait de bonne qualité à l’amont de Reims et plutôt médiocre à l’aval. Une station d ’épuration est implantée à quelques kilomètres de Reims. Nous supposons que la qualité de l’eau qui en sort est meilleure qu’à la sortie-même de la ville, mais de moins bonne qualité qu’à l’amont.

Notre expérimentation

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Saint Brice Courcelles

Beaumont-sur-Vesle

Moulin Compensé

Reims2

1

3

Station d’épuration

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Nous avons calculé le pH de l’échantillon. Celui-ci doit être compris entre 5,5 et 8,5 et ajusté à la valeur limite la plus proche (8,5 ou 5,5) pour qu’il n’interfère pas dans l’inhibition de la luminescence des bactéries.

Dans l’appareil micro-tox, nous avons placé des échantillons d’eau des trois stations dans lesquels nous avons ajouté des souches de bactérie vibrio-fischeri en ayant pris soin de reconstituer leur milieu salin.

Nous avons ensuite mesuré la luminescence de ces souches dans chacun des échantillons, à l’aide de l’appareil.

Mode opératoire de l’expérience

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Luminescence /temps/station

T = 0 min T = 5 min T = 15 min

Station 1 102 118 127

Station 2 94 96 102

Station 3 96 98 105

Résultats (1)

20

Luminescence/temps/stations

0

20

40

60

80

100

120

140

Station 1 Station 2 Station 3

Stations

Lu

min

escen

ce (

lux)

T = 0 min

T = 5 min

T = 15 min

Résultats (2)

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Analyse

Les bactéries développent leur luminescence au fur et à mesure du temps.

Observons l’évolution de la luminescence d’une station à l’autre. Nous constatons une forte diminution de la luminescence au niveau de la station 2 par rapport à la station 1 puis une légère augmentation au niveau de la station 3 par rapport à la station 2.

L’inhibition de la luminescence dépend de la qualité du milieu : plus cette dernière se dégrade, moins les bactéries émettent leur bioluminescence. L’eau de la station 1, est donc de meilleure qualité que celle des deux autres. Ici, on ne peut pas véritablement employer le terme de pollution car la luminescence est peu inhibée, on ne perçoit qu'une légère différence entre les différentes stations.

D’après ces résultats, notre hypothèse paraît vérifiée, cependant pour les confirmer nous aurons recours aux résultats officiels.

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L ’eau de la Vesle étant contrôlée par le Syndicat Intercommunal d’Aménagement du Bassin de la Vesle (S.I.A.BA.VE.), nous avons recherché les résultats officiels pour confirmer ou infirmer notre hypothèse.

D’après ces résultats nous avons estimé la qualité de l’eau aux différentes stations à l’aide de la grille d’évaluation.

Exploitation des données officielles (1)

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Exploitation des données officielles (2)

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59h457,07847,790,2121,120,51433,6586,8

59h307,56506,3150,2426,400,81295,9664,5

58h558,15207,040,0129,040,08332,7728,9

Paramètres physico-chimiques

Oxy

gène

dis

sous

(m

g/L

)

Tau

x de

sat

urat

ion

O2

(%)

D.B

.O. (

mg/

L)

D.C

.O. (

mg/

L)

NH

4+(m

g/L

)

NO

3- 4

(m

g/L

)

Pho

spho

re to

tal (

mg/

L)

M.E

.S (

mg/

L)

Tem

péra

ture

(°C

)

Con

duct

ivit

é (µ

S/c

m)

pH (

unit

é pH

)

Heu

re d

e pr

élèv

emen

t

Tem

péra

ture

ext

érie

ure

(°C

)

1

2

3

Sta

tion

Exploitation des données officielles (3)

Critères de très bonne qualité

Critères de qualité moyenne

Critères de qualité médiocre

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A l’aide de la grille d’évaluation, nous avons pu établir ces graphiques représentant la qualité de l’eau aux différentes stations. Nous pouvons constater que la station 1 répond à une majorité de critères de très bonne qualité tandis que la station 2 est de plus médiocre qualité. La qualité de l’eau de la station 3 est de meilleur qualité que la station 2 mais n’atteint pas le seuil de qualité de la station 1.

Notre hypothèse est donc confirmée.

Bilan

Station 1 Station 2 Station 3

Critères de qualité moyenne

Critères de très bonne qualité

Critères de qualité médiocre

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Certes la pollution naturelle existe mais l’homme est en grande partie responsable de l’avilissement de son environnement. Les conséquences de certains polluant tels que les perturbateurs endocriniens, sont non seulement dramatiques mais peuvent, à terme, réduire certaines espèces à néant. L’étude de la santé des microorganismes et de la faune aquatique permettent aux spécialistes d’être alarmés et d’établir les risque potentiels d’une eaux de mauvaise qualité.

Les animaux sont considérés comme des espèces sentinelles qui permettent d'évaluer les effets nocifs potentiels des pollutions sur la santé des humains.

Conclusion générale

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