Des modèles pour évaluer l’effet des polluants sur le milieu aquatique

De nombreux polluants contaminent les écosystèmes. En mesurer les effets sur le biotope et sur les organismes vivants est un enjeu important pour les écotoxicologues du Cemagref. La tâche est complexe tant les paramètres à prendre en compte sont nombreux pour arriver à décrire la réalité des scénarios de pollution.

Classiquement, des «bio essais» réalisés en laboratoire permettent d’étudier l’effet des polluants sur les organismes. Cependant, ils ne permettent pas d’appréhender la complexité in situ où la population dans son ensemble est exposée aux contaminants. Un enjeu important en écotoxicologie est donc de réussir à prévoir l’effet des polluants sur les populations in situ à partir de leurs impacts sur les individus. Et cela pose deux problèmes majeurs : trouver la clé qui permet de passer de l’individu à la population et appréhender au mieux les conditions du milieu naturel.

Du laboratoire au milieu naturel

Alexandre Péry, jeune chercheur en écotoxicologie au Cemagref à Lyon, a proposé une démarche originale pour évaluer les effets de toxiques sur le milieu aquatique. Son sujet d’étude : Évaluer la toxicité d’un pesticide et de métaux sur une population de chironomes. Pourquoi s’intéresser aux chironomes ? Parce qu’il s’agit d’organismes clés dans la chaîne alimentaire aquatique. Ces petits vers de vases dont les adultes sont des moucherons sont, en effet, consommés à la fois par les poissons et par les oiseaux. Le chercheur a mis au point une série de modèles qui met en évidence l’effet des polluants sur l’individu pour ensuite en déduire les risques sur la population. L’originalité de son approche est d’utiliser l’énergie provenant de l’alimentation comme variable clé des modèles. En effet, la quantité d’énergie disponible est déterminante à la fois pour l’individu (pour sa survie, sa croissance, sa fécondité), mais aussi pour la population puisqu’elle conditionne son maintien et sa taille. C’est donc la clé qui permet de passer de l’individu à la population.

Suivre le chemin de l'énergie alimentaire chez l'individu au sein de la population

La première étape a donc été de comprendre comment les chironomes gèrent l’énergie provenant des aliments et surtout comment cette énergie est répartie entre trois fonctions vitales, la croissance, la survie et la reproduction. Pour cela, Alexandre Péry a modélisé l’ensemble du cycle de vie du chironome et construit un modèle de gestion de l’énergie en s’appuyant sur une compréhension fi ne de la biologie des individus. Grâce à ce modèle, le scientifique peut prédire la croissance des chironomes en fonction de la densité et de la quantité de nourriture disponible.

Deuxième étape : modéliser l’effet des contaminants sur les individus, et plus précisément sur ses fonctions vitales. Pour cela, les chercheurs s’appuient sur des modèles d’effets sur l’allocation de la ressource qui permettent de modéliser l’action du polluant sur une des fonctions vitales.
Étape préalable : trouver un indicateur quantitatif de la présence de toxique et le mesurer. C’est la concentration du contaminant dans les tissus qui a été retenue comme indicateur. Cependant, pour des questions pratiques, c’est la concentration en polluant dans le milieu qui est mesurée. Un modèle permet ensuite de calculer la concentration dans les tissus à partir de celle mesurée dans le milieu.

En faisant «tourner» le modèle, les scientifiques peuvent connaître le mode d’action des contaminants. Les simulations montrent entre autres que le pesticide agit sur la survie alors que les métaux comme le cuivre, le zinc ou le cadmium ont une action sur la croissance des individus, notamment en modifiant les coûts métaboliques de la formation de biomasse.

De l'individu à la population

En intégrant des bilans énergétiques aux modèles, les informations acquises sur les individus en laboratoire sont appliquées aux populations. Pour tout niveau donné de nourriture disponible, les modèles permettent de prévoir la densité de population et la biomasse à l’équilibre. En intégrant les polluants, on peut alors prévoir leurs effets sur la densité de population et la biomasse. Le passage de l’individu à la population permet d’intégrer en un seul paramètre les effets sur les différents paramètres du cycle de vie des organismes et également de hiérarchiser ces paramètres en fonction de leur influence sur la dynamique de populations. Les résultats mettent en évidence que les métaux par exemple provoquent une perte de biomasse. Celle-ci pourra être répercutée sur l’ensemble de la chaîne trophique puisqu’elle diminue la nourriture disponible pour les prédateurs, poissons ou oiseaux.

Ces modèles ont permis de concevoir un outil d’évaluation du risque au niveau des populations de chironomes à partir des résultats des tests de toxicité réalisés en laboratoire. L’objectif aujourd’hui est d’étendre ces modèles à d’autres espèces et d’intégrer d’autres facteurs comme la prédation pour permettre de coller au plus près aux conditions du milieu naturel et proposer ainsi une approche fi ne de la perturbation des écosystèmes par les polluants.

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Références

PERY A. - 2003. Modélisation des effets des toxiques sur le chironome Chironomus riparius de l'individu à la population. Doctorat Ecotoxicologie : Université Claude Bernard, Lyon I, 12 septembre 2003, 119 p.
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