Développement d'une batterie de mesures biologiques pour l'évaluation du risque associé aux sédiments contaminés

Development of a battery of biological measurements for risk assessment associated to contaminated sediments

• Auteur / Autrice : Cyrielle Lucie Durand
• Direction : Jean-François Férard, Jeanne Garric
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écotoxicologie, biodiversité et écosystèmes
• Date : Soutenance le 09/11/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIEBE - Laboratoire Interactions Ecotoxicologie Biodiversité Ecosytèmes - UMR 7146
• Jury : Président / Présidente : Catherine Mouneyrac
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maria del Carmen Casado Martinez, Benoît Ferrari
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Catherine Mouneyrac, Bernard Clément

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essais biologiques

Sédiments contaminés

Environnement -- Évaluation du risque

Mots clés libres

Sédiment

Biotest

Évaluation du risque toxique

Résumé

Les enjeux écologiques, réglementaires et économiques imposent que des méthodologies robustes d'évaluation des risques environnementaux des sédiments contaminés soient proposées aux gestionnaires et autres parties prenantes. Il importe par ailleurs que ces méthodologies soient organisées selon une approche graduée, qui permette de hiérarchiser et proportionner les efforts mis en oeuvre pour l'évaluation, selon les risques potentiels sur les écosystèmes. Ce travail de thèse vise donc au développement d'un outil biologique pour l'évaluation du danger toxique lié à la contamination des sédiments d'eau douce, intégrables dans une démarche d'évaluation du risque. Il s'agit de mesurer la toxicité des sédiments naturels contaminés par des polluants chimiques, via la mesure des perturbations biologiques provoquées par l'exposition d'organismes au laboratoire. Ainsi une batterie de bioessais, composée de trois espèces phylogénétiquement différentes (G. fossarum arthropode crustacé ; P. antipodarum mollusque gastéropode et C. riparius arthropode insecte), a été mise en place. Le développement de la batterie s'est déroulé en deux étapes principales. La première a porté sur l'évaluation de la variabilité des traits de vie des organismes exposés à une série de sédiments de qualité acceptable, et couvrant une gamme la plus large possible de granulométrie et de quantité de matière organique. La réalisation de cette étape a permis de proposer, pour chaque espèce et chacun des traits considérés, une gamme de réponse considérée comme normale, en dehors de laquelle un effet toxique chimique du sédiment est significativement mis en évidence. La seconde étape consistait à comparer les réponses des traits de vie en conditions contaminées à la gamme de réponses en conditions pas / peu contaminées préalablement définie. Ainsi, la capacité à caractériser des sédiments contaminés a été évaluée pour chaque trait de vie de chaque organisme. Les résultats obtenus montrent que certains traits ont un potentiel de discrimination fort (ex : taux d'alimentation de G. fossarum) alors qu'il est très faible pour d'autres (ex : production d'embryons de P. antipodarum). Les traits au potentiel de discrimination "intermédiaire" sont traités au cas par cas. Ils peuvent en effet être moyennement sensibles à un ensemble de contaminants, ou présenter des sensibilités spécifiques (ex : la croissance de C. riparius n'a répondu qu'aux sédiments présentant une contamination aux pesticides). L'exploitation des résultats a permis d'aboutir à la définition de référentiels de réponse pour chaque trait de vie testé pour les trois espèces et à des recommandations d'utilisation des tests mis en place (quels espèces / traits conserver, comment les combiner, que faudrait-il faire pour perfectionner la batterie ?)

The ecological, regulatory and economic stakes impose to propose reliable methodologies to assess the risk of contaminated sediments for the environment, following a gradual approach (which allows to rank and to proportion efforts), considering the potential risks on the ecosystems. This work aims to develop a biological tool for the hazard assessment of contaminated freshwaters sediments. It consists in the evaluation of natural sediments toxicity contaminated by chemicals pollutants, through the measurement of biological disturbances caused to laboratory exposed organisms. Thus, a bioassay battery composed of three species (G. fossarum crustacean arthropod; P. antipodarum gastropod mollusc and C. riparius insect arthropod), belonging to different phyla, was built. The battery was developed within two main steps. The first concerns the evaluation of the natural variability of organisms life-traits exposed to a good quality (not or few contaminated) sediment series, which present a range of particle size grading and organic matter content as large as possible. The second step consists in a comparison between life-traits responses in contaminated conditions and the range of responses previously obtained in control conditions. Thus, the battery capacity to discriminate was assessed on contaminated sediment for each endpoint for the three tested species. Results show some traits with a high discriminating power (e.g. G. fossarum feeding rate) and on the contrary some traits with a very low discriminating power (e.g. P. antipodarum embryo production). Intermediates responses are treated separately. Actually, it can present median sensitivity to contaminants or specific sensitivities (e.g. C. riparius growth rate responded only to pesticides contaminations). Results allow to obtain biological response thresholds for each endpoint of the three tested species, and recommendations for the use of developed tests (which species / traits to use in which conditions?)