Diapositives ecotoxicologie

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  • 1. CHAPITRE 3: EFFET DES POLLUANTS SUR LES ECOSYSTEMES ET SUR LEQUILIBRE DE LA BIOSPHERE Ecosystme = cadre de rfrence pour lvaluation de leffet dun polluant sur les populations proprits dun cosystme non identifiables la somme des proprits de chacun de ses composants lmentaires pris isolment!!!

2. EFFET SUR LA STRUCTURE DES ECOSYSTEMES Richesse spcifique La Dominance Les sp. Clefs des peuplements La succession 3. Rduction de la richesse spcifique Diminution du nombre dsp. Du peuplement dun cosystme Cas extrme: 1969, tonneau dendosulfane dans le Rhin a provoqu la mort de tous les poissons sur 400 Km de son cours. 4. pluies acides acidification des lacs: limination presque totale de la zoocoenose aquatique: Cas de certains lacs en Sude (annes 70): - pH > 7: 40 sp. Phytoplancton et 15 sp. Zooplancton - pH < 4: 10 sp. Phytoplancton et 5 sp. Zooplancton 5. Effet sur la dominance Si sp. Dominante pollusensible, la pollution induira soit une baisse de la dominance soit une substitution dsp. Consommateurs sont sp. spcificit alimentaire, donc une pollution provoque une baisse importante des consommateurs par rapport aux producteurs Indice de dominance: D = Ni/N Ni: nombre dindividus de lsp. La plus abondante N: nombre total dindividus 6. Effet sur les sp. Clefs des peuplements sp. Clef: sp. Dont le rle est dterminant dans la structuration des peuplements Exp: cosystme limnique: zooplancton (sp. Dominante) est la proie des Salmonids (sp. Clef). Cette prdation est trs importante pour la structuration des cosystmes limniques Fig: En absence de Salmonids, pas de prdation sur les cladocres (daphnia), la densit de ces derniers augmente, et ils entrent alors en comptition avec les autres microcrustacs pour le broutage des algues, ces derniers peuvent alors tre compltement limins 7. Effet sur la succession Lexposition permanente un polluant maintient la communaut en un stade successionnel juvnile o seules quelques sp.peuvent survivre: * Opportunistes, * pollutolrantes, stratge r * faible longtivit * haut potentiel biotique Exp: en milieu aquatique, pollution baisse de la comptition interspcifique espaces libres oligochtes g.Tubifex se multiplie (sp. Opportuniste) 8. Cas dun rejet ponctuel permanent dun gout riche en matire organique dans un cours deau (figure), apparition de 4 zones qui se succdent dans le sens du courant (gradient successionnel stable): 1- Zone de dgradation: disparition totale de la biocnose deau pure 2- Zone septique: * communaut de bactries et champignons saprophytes actifs pour la dcomposition de la MO, * zoocoenose rduite (quelques sp. Pollutolrantes/ Tubificidae) 9. 3- Zone de restauration: * processus dpuration naturelle, * communaut algale dense (dcomposition Mo, nutriments disponibles), * sp. Pollutolrantes (chironomus), * peu dsp. Deau pure 4- Zone des eaux pures: * puret normale * biocnose diversifie 10. EFFET SUR LE FONCTIONNEMENT DES ECOSYSTEMES Effet sur la production primaire Effet sur la productivit secondaire Effet sur la dcomposition de la MO et le cycle de la matire 11. 1. Effet sur la production primaire inhibition de la photosynthse Perturbation croissance organismes autotrophes (action sur taux mitotique) Polluants responsables: SO2 Photo-oxydants Pesticides Organochlors 12. 3 groupes selon la gravit des effets: 1- classe1: * faible charge en polluant * la phytocnose reprsente un puits pour le polluant * rponses dcelables seulement par analyses chimiques * apparition des 1ers indices daccumulation 2- classe2: * concentration moyenne en polluant * rduction de la croissance des plantes * forte mortalit des sp. les plus sensibles * baisse de la productivit Iaire * cosystme vulnrable 3- classe3: * forte mortalit des populations vgtales * simplification de la structure phytocnotique * grande instabilit de lcosystme 13. Le dioxyde de soufre, SO2: Un des aropolluants les plus toxiques pour les plantes Quantits SO2 anthropognique rejet dans atmosphre trs importantes SO2: pluies acides: SO2 + H2OH2SO3 + 18Kcal acide sulfuriqueSO2 + 1/2O2 H2O + SO2 + NO2 SO3 + H2OUVSO3 + 22Kcalatm pollueH2SO4 + NOH2SO4 (raction spontane)Acide sulfurique et acide nitrique: principaux acides forts responsables de lacidit des pluies: pluies acides: 70/ acide sulfurique 30/ acide nitrique 14. Acidit forte des solsactivit bactriennelessivage azote dans solMinralisation azotePertes dazote pour labsorptionDiminution croissance arbres (productivit Iaire diminue) 15. Les photo oxydants: ozone Formation en atmosphre pollue et intense rayonnement solaire: O22OO + O2O3Atm pollue: NO2NO + OO3 + autres aropolluants ou hydrocarbures imbrls R-C(O)-O-O- (peroxyacyles) + NO2 R-C(O)-O-O-NO2 (PAN) PAN: photo oxydant toxicit > ozone (effet concentrations < ppm) PAN attaquent prfrentiellement limbes foliaires et structures cellulaires photosynthtiques. 16. 2- Effet sur la productivit secondaire(P.II) 2 types deffets: * Direct sur les consommateurs * Indirect rsultat de la baisse de la P.I Consquences: diminution nombre individus, sp. Et biomasse donc P.II Exp: pollution par les pesticides suite un traitement phytosanitaire: - mare tmoin: biomasse > 35 g/m3 P.II > 160 g/m3/an - mare dans champs culture intensive (herbicides): biomasse < g/m3 P.II < 80g/m3/an 17. 3- Action sur la dcomposition de la MO et le cycle de la matire1. 2. 3.Pluies acides Mtaux lourds PesticidesPluies acides: Acidification sols: - baisse nombre, taille et biomasse bactries - diminution longueur champignons saprophytes action sur croissance des arbres pH600c2NO + O22NO2 + 28,4 Kcal acide Nitriquepluies acides Autres: proxyacylnitrate PAN Proxybenzoylnitrate (toxicit>PAN) 27. 2- Pollution pdosphre et hydrosphre 2 sources essentielles: Apport nitrates forms dans atmosphre Usage fertilisants azots en agriculture 3- Bilan global du cycle de lazote * Nitrification>dnitrification: dsquilibre * Pollution sol-air: excs de nitrates non recycl sous forme de rejet dazote dans atmosphre par micro-organismes dnitrifiants * Principale consquence: augmentation des teneurs atmosphriques en N2O: effet de serre 28. CYCLE DU SOUFRE perturbation: injection dans atmosphre de quantits importantes danhydre sulfureux SO2 Sources SO2: (planche) volcanisme: SO2 Fermentations anarobies: H2S (***) SHCO3 (sulfure de mthyle), S(CH3)2 (sulfure de dimthyle) oxydation spontane dans atm. Combustibles fossiles (***): SO2SO2 29. Conditions naturelles: [SO2]atm: 0,01-0,2ppb Pollution: [SO2]atm > 100ppb SO2ac. Sulfureuxac.sulfuriqueH2SO4: trs hygroscopique brouillards toxiques SMOGS (zones urbaines industrielles, climat humide et froid) Pluies acides 30. Chapitre 4 MONITORING DES POLLUANTS: SURVEILLANCE PERMANENTE DE LENVIRONNEMENT Monitoring: outil de contrle avec un aspect rglementaire des pollutions. 2 types de dmarches: Dtermination des niveaux de contamination des biotopes et biocnoses (tudes chimiques) valuation des effets cotoxicologiques sur les peuplements (tudes biologiques)Rsultats: relation dose-rponse, donc seuil minimal de contamination (au dessous, effet nocif non significatif) 31. Normes de protection: 3 concentrations dterminer: (1)Concentrations minimales tolrables (sp. Les plus sensibles et sp. Clefs) (2)Concentrations maximales admissibles (biotopes et rseaux trophiques) (3)Niveau maximale de rejet au site pour respecter les normes de qualit dfinies par (1) et (2) 32. LES BIOINDICATEURS: Indicateurs biologiques de pollution Avantages de lanalyse des tres vivants par rapport la composante abiotique des cosystmes pollus: Beaucoup de polluants surtout les substances persistante se trouvent des concentrations trs leves dans les organismes par rapport au biotope Cette analyse mesure la disponibilit des polluants pour la biomasse 33. CARACTERISTIQUES DES ESPECES BIOINDICATRICES IDEALES/ Capacit de bioaccumulation (sp. Supportant les niveaux max observs sans mortalit et sans perturbation de sa reproduction) Sp. Sdentaires afin que les concentrations trouves dans lorganisme soient en rapport avec la zone considre 34. Tous les individus de lsp. Doivent prsenter une corrlation identique et simple entre leurs teneurs en polluant et la concentration moyenne dans le biotope (comparer entre zone) Sp. Abondantes dans laire tudie et distribution gographique tendue Sp forte longtivit (plusieurs classes dage et effet long terme) Sp. Facile chantillonner En pratique, difficile de trouver des sp. Pouvant rpondre la totalit de ces critres (les plus importantes) 35. Facteurs influenant la fiabilit des bioindicateursFiabilit=efficacit estimer la concentration prpondrante (moyenne) de polluants dans lenvironnement 36. 1. Facteurs intrinsques (propres lsp.Bioindicatrice) Taux daccumulation et dexcrtion Comparables ou diffrents, donc estimation niveaux de contamination diffrente: - accumulation rapide et excrtion lente: niveaux dans lsp. Bioindicatrice refltent les taux maximum atteints par le polluant - accumulation similaire excrtion: concentration dans lsp. Reflte les niveaux moyens dans le biotope 37. Interfrence entre polluants Rgle gnrale: Exposition simultane 2 polluants Effet identiqueExposition isole chacun des 2 Exceptions: potentialisation ou antagonisme; Exp: - Cas de potentialisation: Poissons: cu + cd bioaccumulation 1 Poissons: cu puis cd bioaccumulation 2 Bioaccumulation 1 > bioaccumulation 2 38. -Cas dun antagonismeTruite: DDT-mthoxychlore-Dieldrine 1231 et 2 rduisentla bioaccumulation de 3 1 et 3 rduisent la bioaccumulation de 2 Niveau trophique des organismes Rgle gnrale: polluants persistants: bioaccumulation en milieu terrestre et peu en milieu aquatique (avec mme parfois baisse de concentration vers le sommet de la pyramide) Exp: Plutonium, facteurs de concentration les plus levs chez lichens mains, algues et spongiaires Exception: organochlors et mthyle mercure, forte bioaccu