Pollution des sols par les éléments traces métalliques (ETM)
Les éléments trace sont les 68 éléments minéraux, constituants de la croute terrestre, présentant une concentration inferieure à 0,1 % . Ensemble ils ne représentent que 0,6 % du total des éléments. L’expression « éléments traces métalliques » fait référence aux métaux présents à l’état de trace tels que le cadmium (Cd) , le chrome (Cr) , le cuivre (Cu) , le nickel ( Ni) , le plomb (Pb) , le zinc ( Zn) …. Le terme «métaux lourds» basée sur la masse atomique de référence bien qu’il reste largement Utilisé , est sujet à discussion (Gimbert , 2006 ) , pour résoudre ces difficultés (Nieboer et Richardson, 1980 ) ont proposé une classification des ETM basée sur l’affinité des ETM avec certains ligands, plus précisément les ligands oxygénés (classe A), les ligands azotés ou soufrés (classe B) ou pour les 2 types de ligands (classe intermédiaire) .Les sols peuvent présenter de fortes teneurs en ETM dues à des apports d’origine anthropique. Les principales sources de pollution des sols en ETM délibérées ou accidentelles sont : les activités métallurgiques : activités minières, fonderie et industrie métallurgique, les pratiques agricoles et horticoles (fertilisants, pesticides), les boues d’épuration, l’utilisation de combustibles fossiles, l’industrie manufacturière et chimique, les stockages de déchets, les activités sportives de tir et pêche et les zones d’entraînement militaire et les zones de combats .
Transfert des ETM dans les écosystèmes
L’exposition d’un organisme est définie au sens strict comme le contact d’un organisme avec un agent chimique ou physique. L’exposition est donc le processus par lequel l’organisme acquiert une dose . Ainsi, l’exposition peut être définie comme la quantité d’un agent particulier qui atteint un organisme, système ou population cible à une fréquence spécifique pendant une durée définie. L’exposition permet donc de décrire et quantifier le contact entre une cible (organisme) et un agent (polluant) et ainsi la possibilité et l’intensité du transfert du polluant du média (biotique ou abiotique) vers l’organisme, que ce soit par transfert non trophique ou trophique. Ce concept est essentiel en écotoxicologie puisqu’il est le déterminant du transfert des polluants des compartiments abiotiques : l’environnement aux compartiments biotiques : organismes et entre compartiments biotiques (transfert trophique).
Les organismes sont exposés aux polluants lorsque le récepteur (organisme) et l’agent (polluant) co-existent dans le temps et l’espace et interagissent .
Cependant la co-occurrence est une condition nécessaire mais pas suffisante pour assurer l’exposition, et les interactions entre polluant et récepteur sont essentielles. Pour évaluer l’exposition passée, présente ou future d’un récepteur, il convient de caractériser l’intensité de l’exposition (souvent exprimée par la concentration de l’agent dans la ou les sources d’exposition pertinentes), la définir temporellement (fréquence et durée du contact…) et spatialement (usage de la zone, proximité de la source, surface exploitée…) .
Les sources d’exposition sont les médias (compartiments biotiques et abiotiques) dans lesquels se trouve le polluant : l’eau, l’air, le sol ou les sédiments et la biomasse. Les voies d’absorption sont les voies par lesquelles le polluant pénètre dans le milieu intérieur Le point d’exposition caractérise le lieu du contact entre polluant et cible. Enfin, la voie d’exposition peut être définie comme la voie de passage d’un polluant de la source vers une cible. Elle intègre donc la source d’exposition, le point d’exposition et la voie d’absorption, il s’agit de la description de la voie empruntée par le polluant depuis la source jusqu’à la cible. Ainsi, lorsque l’on cherche à quantifier l’intensité de l’exposition d’un organisme, il convient de caractériser la voie d’exposition de l’organisme au polluant, en identifiant les quantités de polluant concernées dans la ou les sources pour chacune des voies d’exposition, à l’endroit où l’organisme et le polluant co-existent.
La Bioindication
Les organismes vivants (plantes ou animaux) sont non seulement capables de donner des indications sur les caractéristiques « naturelles » d’un site mais donnent aussi des informations qualitatives et quantitatives sur les changements provoqués par les activités anthropiques . Blandin fut le premier, en 1986, à définir le concept de bioindicateur comme étant « un organisme ou un ensemble d’organismes qui, par référence à des variables biochimiques, cytologiques, physiologiques, éthologiques ou écologiques, permet de façon pratique et sûre de caractériser l’état d’un écosystème ou d’un écocomplexe et de mettre en évidence, aussi précocement que possible, leurs modifications naturelles ou provoquées ».
La bioindication utilise des organismes animaux ou végétaux ; leur présence (espèces polluorésistantes) ou leur absence (espèces polluosensibles) renseigne sur les caractéristiques écologiques de leur habitat. Le rôle d’organisme bioindicateur dépend des caractéristiques biodémographiques, du mode de vie et de la taille des organismes Les gastéropodes terrestres, dont les escargots sont considérés comme des bioindicateurs pertinents car ils répondent parfaitement aux critères suivants : présent dans les aires polluées et tolérance importante aux variations de l’environnement, facile à élever et à transférer, organismes sédentaire, à large répartition géographique, espèces abondante et facile à récolter, durée de vie assez longue, taille suffisante pour analyses in toto ou par organe.
Ils évoluent à la surface du sol en mangeant des végétaux et du sol et, de plus, une partie de leur cycle biologique (hivernation, ponte, développement embryonnaire) se déroule dans le sol à partir du quel ils absorbent alors les nutriments et les contaminants. Ils sont connus pour leur grande capacité d’accumulation des ETM et leur tolérance importante à de fortes concentrations dans l’environnement : ils appartiennent aux bioindicateurs par bioaccumulation. Cette résistance provient de leur capacité à retenir et inactiver les métaux toxiques, soit par compartimentalisation cellulaire (granules…) et excrétion, soit par liaison des métaux à des protéines, dont les métalloprotéines, pour de longues périodes .
Biomarqueurs d’exposition, d’effet, de susceptibilité
Il est classique, en écotoxicologie, de distinguer trois types de biomarqueurs: les biomarqueurs d’exposition à un xénobiotique, les biomarqueurs d’effet de l’exposition et les biomarqueurs de sensibilité aux effets .
Les biomarqueurs d’exposition sont des indicateurs de la contamination des systèmes biologiques par un (des) xénobiotique(s). Ils peuvent être le résultat de l’interaction du polluant avec des molécules biologiques dans des tissus et/ou dans des liquides corporels (métabolites spécifiques de la conjugaison au glutathion, adduits à l’ADN, etc.). Dans ce cas, leur suivi consiste en la détection au sein d’un individu de métabolites issus de la métabolisation du xénobiotique ou de produits issus de son interaction avec certaines biomolécules ou cellules cibles (adduits à l’ADN par exemple). Les biomarqueurs d’exposition peuvent également prendre la forme d’activités ou de quantités anormales d’enzymes (telles que celles impliquées dans les activités de biotransformation). En effet, certaines enzymes sont capables d’être induites ou activées par les polluants, cette induction pouvant revêtir un caractère plus ou moins spécifique d’un type de polluant donné.
L’utilisation des biomarqueurs d’effet permet de montrer que le xénobiotique est entré dans l’organisme et, qu’après avoir été distribué entre les différents tissus, a exercé un effet toxique sur une cible critique. Il s’agit donc d’altérations (biochimiques, physiologiques ou autres) mesurables au sein des tissus ou des fluides corporels d’un organisme et pouvant être reconnues comme étant associées de manière avérée statistiquement ou possible du point de vue mécanistique à une pathologie ou un état sanitaire altéré.
La reproduction de l’escargot Helix aspersa
La reproduction des escargots a lieu au printemps et en été. Les escargots terrestres sont Hermaphrodites protandres (d’abord mâles puis femelles) et s’accouplent une ou plusieurs fois avant la ponte. Au cours de l’accouplement réciproque, ils vont échanger leurs spermatophores qui contiennent les spermatozoïdes. La fécondation croisée est la règle générale, l’autofécondation étant extrêmement rare. Lors de l’accouplement, il se peut qu’un seul des deux escargots reçoive un spermatophore du fait que les spermatozoïdes ne soient pas
Encore arrivés à maturation chez l’autre escargot. En effet, ils ne sont pas tous matures au même moment du fait de l’asynchronisme du développement du tractus génital pendant la Croissance . Avant l’accouplement, les deux escargots effectuent une parade amoureuse durant laquelle ils se touchent avec leurs tentacules puis pour initier L’accouplement, ils piquent le pied du partenaire avec un dard calcaire, fabriqué dans la poche du dard. Ils se placent ensuite tête-bêche pour que leurs orifices génitaux soient en vis-à-vis et permettent l’introduction réciproque des pénis. L’accouplement peut durer plus de 12h. Les spermatozoïdes échangés, préalablement développés dans l’ovotestis (également appelé gonade), rejoignent le réceptacle séminal ou la spermathèque divisée en tubules où ils vont être conservés jusqu’à la maturation des ovules.
La fécondation a lieu au niveau de la chambre de fertilisation, à la surface de la glande à albumen, généralement une quinzaine de jours après l’accouplement. Les ovocytes fécondés sont alors entourés d’albumen secrété par la glande à albumen, qui constitue les réserves nutritives pour le développement embryonnaire, puis d’une coque calcaire Pour pondre, l’escargot creuse avec sa tête une cavité d’une profondeur de 2-3 cm dans le sol, et y dépose une ponte constituée d’une centaine d’œufs en moyenne. La ponte peut durer jusqu’à 36 heures. Les œufs vont ensuite se développer pendant 12-15 jours avant d’éclore. Les escargots éclos remontent ensuite en surface, ce qui peut encore prendre 4 à 5 jours . Les jeunes éclos pèsent alors environ 25-35 mg.
Table des matières
Chapitre I : Introduction Générale
1. Pollution des sols par les éléments traces métalliques (ETM)
2. Transfert des ETM dans les écosystèmes
3. Réponses des organismes aux ETM
3.1. Accumulation des ETM
3.2. Effets toxiques directs et indirects des ETM
3.2.1. Effets directs
3.2.2. Effets indirects
3.3. Les mécanismes de défenses
3.3.1. Elimination et séquestration
3.3.1.1. Granules
3.3.1.2. Protéines de liaison
3.3.1.3. Métallothionéines
3.3.1.4. Glutathion
4. Bioaccumulation et devenir des éléments trace métalliques chez l’escargot
4.1. Sources et voies d’expositions et d’absorption
5. La Bioindication
5.1. Bioindication passive et Bioindication active
6. Les Biomarqueurs: Définition , concepts et avantages
6.1. Définition
6.2. Biomarqueurs d’exposition, d’effet, de susceptibilité
6.3.Intérêt des biomarqueurs
7. Le Stress oxydant
7 .1 . Différentes Formes de radicaux libres de l’oxygène (ROS)
7.2. Systèmes antioxydants
7.2.1 Systèmes antioxydants enzymatiques
7.2.2. Systèmes antioxydants non enzymatiques
8. L’utilisation de l’escargot en écotoxicologie
9. La reproduction de l’escargot Helix aspersa
Chapitre II : Matériel et Méthodes
1. Matériel biologique
2. Matériel chimique
3. Collecte et sélection des échantillons
4. Protocoles d’exposition
4.1. Exposition in situ : bioindication active
4.2. Exposition en laboratoire : Expérimentation en conditions contrôlée
5. Essais sur l’hémolymphe
6. Préparation et sacrifice des animaux
7. Méthodes de mesure des biomarqueurs biochimiques
7.1. Dosage de l’activité glutathion-S-transférase (GST)
7.2. Dosage de l’activité catalase
7.3. Dosage du Glutathion (GSH)
7.4. Dosage du malondialdéhyde (MDA)
8. Détermination de la bioaccumulation des ETM par la (SAA)
8.1. Préparation des tissus et minéralisation
8.2. Dosage des éléments métalliques
9 .Etude histologiques
10.Impact des poussières métalliques sur la croissance des juvéniles
11. Impact sur le développement du tractus génital des juvéniles
12. Analyse statistique des résultats
Chapitre III : Résultats
1 .Effets des poussières métalliques sur les biomarqueurs biochimiques
1.1. Effet des rejets métalliques sur l’activité GST
1.2. Effet des rejets métalliques sur l’activité catalase
1.3. Effet des rejets métalliques sur le taux de glutathion (GSH)
1.4. Effet des rejets métalliques sur le taux du malondialdehyde (MDA)
2. Bioaccumulation de Fer et de Plomb chez Helix aspersa
2 .1 . Bioaccumulation de Fer et de Plomb au niveau de l’hépatopancréas
2 .1 . Bioaccumulation de Fer et de Plomb au niveau du Rein
3. Etude Histopathologique
3.1. Au niveau de l’hépatopancréas
3.2. Au niveau du Rein
3.3. Au niveau de la Gonade
4 .Effet des poussières métalliques sur la croissance de Helix aspersa
5 .Effet des poussières métalliques sur le développement de l’appareil génital
Chapitre IV .Discussion
Conclusion générale et perspectives
Références Bibliographiques
