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1. constitu e regroupe 769 r f rences dont une majorit de publi cations primaires publica tions originales pr sentant des donn es in dites Non exhaustive cette liste peut cependant tre consid r e comme une bonne base pour une analyse statistique de l utilisation des m socosmes en cotoxicologie aquatique La figure 1 page suivante pr sente l volution au cours du temps du nombre de r f rences en cotoxicologie mentionnant des syst mes de type m socosmes en dis tinguant les diff rents types d outils utilis s C est partir des ann es 1980 et surtout 1990 que les m socosmes ont t utilis s de fa on intense en cotoxi cologie avec une apog e entre 1990 et 1995 Depuis ils continuent appara tre r guli rement un rythme moyen de 20 publications an nuelles en l ger d clin ce qui peut s expliquer par une banalisation de ces outils en 20 Figure 1 Typologie des outils M socosmes d apr s T Caquet ep O O am O Lun SO SO Lun O Le O Lun Q z O Z M Milieu marin E Zone humide E Rivi res M Foss s M Enceintes M Mares lt 1970 1970 74 1975 79 1980 84 1985 89 1990 94 1995 99 2000 04 2005 09 cotoxicologie conduisant un moindre emploi du mot m socosme ou d nomi nations apparent es dans les titres des publications Pour ce qui est des tudes men es sur des cosys t mes deau douce les mares cosyst me2. dent de telles manipulations sont heureusement extr me ment encadr es surtout si elles sont susceptibles de conduire une d gradation de l cosyst me Une autre d marche pourrait s av rer particuli rement pertinente la mise en uvre d approches d ing nierie cologique sur des cosyst mes tr s d grad s qui permettraient de mettre les th ories l preuve du monde r el dans une pers pective directe d am lioration des syst mes Trois exemples d apports des m socosmes en cologie Diff rentes exp riences de laboratoire ont montr que certaines algues r pondent la pr sence d organismes zooplanctoniques her bivores par des modifications de morphologie mise en colonies ap parition d pines etc La caract risation de ces modifications diffi cile obtenir dans des conditions de culture souvent loign es des conditions naturelles est un cas typique d utilisation des m socosmes C est ainsi par exemple qu il a t d montr Hamlaoui R zig 2001 que la chlorophyc e Desmodesmus quadricauda forme des colonies avec l augmentation de l abondance des microcrustac s herbivores De m me le dinoflagell Ceratium hirundella qui se cultive tr s difficile ment en laboratoire r pond des variations de structure des r seaux trophiques par des changements dans le nombre d pines post rieures L utilisation des m socosmes a permis de pr ciser les facteurs de sur
3. passant la gamme naturelle de variation du facteur tudi ce qui rend l exploitation des r sultats davantage sujette caution tenter de r duire la variabi lit intra traitement mais cet effort de standardisation des r plicats atteint rapidement ses limites L autre solution la plus rai sonnable du point de vue statistique consiste aug menter le nombre de r pli cats Elle est aussi la plus co teuse en moyens finan ciers et mat riels Biais li s aux enceintes Les effets li s aux enceintes tels que le d veloppement de p riphyton sur les parois l impact sur la distribution spatiale des organismes ou une s dimentation accrue de la mati re particulaire constituent un point faible fr quemment soulign des m socosmes Bloesch et al 1988 Carpenter 1996 Cette critique doit tre relativis e en rappelant que le but des ex p rimentateurs est rarement de simuler un cosyst me naturel donn mais plut t de comprendre les processus en jeu dans les cosyst mes manipul s Un m socosme est en lui m me un co syst me pour s affranchir des biais li s aux enceintes il est possible de consid rer la s dimentation ou le d ve loppement du p riphyton comme des propri t s de cet cosyst me Par ailleurs cer tains m socosmes disposent de syst mes de brassage permettant de limiter ces ef fets Enfin l augmentation de la taille du cosme permet de r duire effic
4. taille de ces syst mes leurs caract ristiques biologiques et aux crit res d effet utilis s sont pr sent es ici Quelle taille de m socosme Elle est tr s variable pour les tudes d cotoxicologie o peuvent tre utilis es des rivi res artificielles de moins d un m tre plus de 1000 m de longueur des mares de 2 1000 m tres cubes des enclos limniques de 2 litres 2500 m tres cubes Les r flexions pr sent es dans la section pr c dente relative aux utilisations en cologie restent videmment valables ici Sy ajoute le fait que la pr sence de dispositifs de mesure et d chantillonnage et les interventions exp ri mentales doivent garder un impact n gligeable sur la Structure et la dynamique des syst mes l inverse l utilisation de syst mes de tr s grande taille plusieurs centaines de m tres cubes rend plus d licate l application des contaminants et pr sente en outre un risque de diver gence entre les diff rentes parties du syst me ce qui se traduit par un accroissement de la variabilit de nombreux param tres et complique l chantillonnage Quels organismes y introduire Les plantes sup rieures aquatiques jouent un r le majeur dans la structuration des m socosmes elles con stituent des supports pour le d veloppement du p riphy ton des refuges et des sup ports de ponte pour diff ren tes esp ces animales Cette structuration est galement
5. venue de ces changements en pla ant les microorganismes dans dif f rentes conditions environnementales Hamlaoui et al 1998 L hypoth se des cascades trophiques Carpenter et al 1985 Carpenter amp Kitchell 1993 stipule que pour un m me niveau d apports en nutriments une augmentation de la charge en poissons plancto nophages devrait induire une r duction du zooplancton herbivore de grande taille et une augmentation de la masse algale Longtemps con test e De Melo et al 1992 cette th orie a finalement t fortement appuy e par une m ta analyse pouss e Brett amp Goldman 1996 sur la base de 54 exp riences men es en m socosmes et macrocosmes Les tudes bas es sur des r seaux fonctionnels trop simplifi s sont limit es par la complexit des interactions trophiques la richesse en esp ces et la grande importance de l omnivorie dans les cosyst mes naturels Une alternative consiste consid rer l ensemble des es p ces via une analyse topologique des r seaux trophiques bas e sur l existence ou non d une relation mangeur mang entre les diff rents taxons Cette d marche s appuie avantageusement sur l utilisation de m socosmes qui permettent la comparaison des effets de diff rents traitements sur les r seaux trophiques Cette approche a par exemple t utilis e pour mettre en vidence le fort impact des comportements de deux poissons planctonophages Lepomis macrochirus et Doro s
6. Les m socosmes un outil prouv pour l cologie et L Lagadic INRA l cotoxicologie L appropriation progressive des syst mes ex p rimentaux de type cosmes en cologie et en cotoxicologie peut tre retrac e en premi re analyse par une approche bibliom trique Les r sultats de cette d marche men e pour les termes microcosm mesocosm mac rocosm et enclosure sur la base des articles enregistr s dans le Web of Science per mettent de dresser quelques constats pr limi naires Lacroix 2009 l emploi des termes associ s aux cosmes appara t graduellement dans les ann es 1970 et 1980 et conna t une progression tr s rapide au cours des ann es 1990 d s la fin des ann es 1980 l utilisation de ces termes appara t beaucoup plus importante en cotoxicologie qu en cologie les ann es 2000 se caract risent par une stagnation de l emploi des termes associ s aux cosmes voire un fl chissement de leur utilisation en cotoxicologie Ces l ments quantitatifs sont relier aux volutions des outils et des questionnements au sein de chaque discipline Cette premi re partie propose d abord une analyse r trospec tive et critique de l utilisation des m socosmes en cologie puis en cotoxicologie Elle dres se ensuite un tat des lieux de l utilisation des m socosmes en France dans le domaine de l valuation des risques coto
7. acement l effet enceinte 16 Taille des m socosmes Il n y a pas de taille id ale pour un m socosme tout d pend de la question pos e et le mieux n est pas n ces sairement le plus grand Un m socosme doit cependant tre suffisamment grand pour fonctionner sur la dur e sans apports ext rieurs autres que naturels et pr senter une diversit d organismes suf fisante pour que s amorcent rapidement les processus cologiques fondamentaux En pratique il existe fr quem ment un compromis moy ens gaux entre le nombre des m socosmes mis en place et leur taille Une m ta analyse conduite sur plus de 150 mod les ex p rimentaux d cosyst mes lotiques Belanger 1997 a conclu que la taille du m so cosme n avait de mani re g n rale pas d effet significatif sur la diversit l abondance et la richesse des communau t s d algues ou d invert br s Dans la plupart des cas des enceintes de quelques m tres cubes quelques dizaines de m tres cubes ont permis des progr s consi d rables des connaissances En revanche lanalyse de certains processus tels que les mouvements des masses d eau ou la r gulation des communaut s piscicoles est peu compatible avec de pe tites chelles spatiales et des pas de temps courts Pour ces questions l emploi de tr s grands syst mes exp ri mentaux plusieurs milliers de m tres cubes doit tre encourag le facteur limi t
8. ant tant ici le co t de leur mise en uvre Effets de l isolement et dur e des exp riences Les m socosmes sont par d finition des syst mes clos ce qui peut constituer en soi une limite leur utilisa tion dans la dur e C est le cas en particulier pour les rivi res artificielles le plus souvent d pourvues de tout apport provenant de l amont et ou de l aval ou bien encore des berges en l absence d apports exog nes r gu liers ces syst mes voient leur productivit et la diver sit de leurs communaut s d croi tre rapidement ce qui imite la dur e des tudes Dans les mares exp rimen tales une baisse progres sive de la diversit et de la productivit biologique ainsi qu un accroissement de la consanguinit chez certaines esp ces peut galement se produire Enfin dans le cas des enceintes les ph nom nes de turbulence r duite et l isolement par rap port au reste de l cosyst me conduisent un d ficit en nu triments et une baisse de l abondance et de la diversit des diff rentes communau t s planctoniques en particu lier l volution de la portion isol e diverge alors de celle du milieu environnant Des m socosmes aux cosyst mes naturels La poursuite de ce rai sonnement sur l int gration de la complexit et du r a lisme cologique conduit envisager la manipulation INRA Rennes des cosyst mes naturels D un int r t scientifique vi
9. assur e par le phytoplanc ton dont la r partition influe sur la distribution spatiale des animaux herbivores du zooplancton ou par certains pr dateurs qui peuvent influ encer la taille ou la r partition de leurs proies Le fonctionnement des m socosmes est quant lui largement conditionn par les producteurs primaires phytoplancton p riphyton et les d tritivores micro organismes et invert br s Les consommateurs pois sons par exemple exercent des effets directs pr dation s lective et indirects dimi nution de la pression du zoo plancton sur le phytoplanc ton sur ce fonctionnement Quels crit res mesurer Les m socosmes permettent l utilisation simultan e de divers descripteurs En les confrontant il est possible de caract riser des relations de cause effet difficilement ap pr hendables dans le milieu naturel Le premier type de descripteurs utilisables cor respond des param tres cologiques oxyg ne dis sous pH qui rendent compte des effets des pol luants sur l cosyst me dans son ensemble D autres des cripteurs sont fournis par les organismes pr sents au niveau des populations abondance structure de taille ou des communau t s diversit dominance Les macroinvert br s et le plancton ainsi que le p ri phyton dans les syst mes d eau courante constituent les groupes les plus tudi s Place et apport des m socosmes en cotoxico
10. e cotoxicologique limit pour les poissons du fait de ladsorption rapide de ces substances sur les particules en suspension dans l eau et les s diments suivie de leur d gradation en substances non toxiques Figure 3 Place des m socosmes dans le continuum des outils d analyse des effets diff rents niveaux d organisation biologique d apr s Caquet et al 2000 Validation uns CONDITIONS DE LABORATOIRE Cha nes Microcosmes trophiques Esp ces isol es Rivi res artificielles re tE W Recherche de l origine Mode d action des effets sur les populations des toxiques R plicabilit 24 Mod les M socosmes exp rimentaux et sur les relations inter sp cifiques Ds CONDITIONS NATURELLES Ecosyst mes Enceintes Mares tangs naturels Effets aux niveaux lev s d organisation biologique Complexit Repr sentativit Inra Total Onema Un autre avantage majeur des approches en m so cosmes r side dans le fait qu ils permettent d identifier et d tudier les effets indirects des toxiques Ceux ci se produisent lorsque une sub stance affecte directement certaines esp ces cl s de l cosyst me plantes sup ri eures herbivores dominants pr dateurs etc entra nant des cons quences vari es volution de param tres abio tiques pH par ex s lection de g notypes tol rants en trainant une perte de diver sit g n tique pro
11. e approche d ter ministe utilisant des facteurs d extrapolation galement d sign s sous le terme facteurs d incertitude est ap pliqu e la valeur de NOEC ou de CE10 la plus faible Ces facteurs de s curit viennent compenser lab sence de connaissances sur l cotoxicit de la substance en question effets toxiques sur le long terme effets toxi ques sur d autres esp ces potentiellement plus sensi bles extrapolation des effets en milieu naturel partir des donn es acquises en labora toire absence d information sur l ensemble du r seau tro phique etc Une d marche d acquisition des connais sances peut alors tre enga g e pour r duire ce facteur d extrapolation notamment pour des substances pr sen tant un int r t conomique particulier ou rev tant un enjeu environnemental ma jeur en r alisant des tests d cotoxicit chronique com pl mentaires ou en proc dant des tudes en m socosmes par ex Lepper 2005 En pratique l utilisation des m socosmes dans ce cadre r glementaire pr cis im pose le respect de plusieurs crit res g n riques l exposition un contami nant donn doit tre caract ri s e de mani re ad quate Un pr requis l utilisation des donn es acquises en m so cosmes est que la concen tration du polluant test soit mesur e pendant toute la dur e de l exp rience afin d en d duire un niveau moyen d exp
12. es cas 20 sur 32 la NOEAEC a t pr f r e la NOEC En contrepartie le choix de cette valeur de r f rence moins conservatrice s est assorti de facteurs de s curit plus sou vent sup rieurs 1 Le groupe de travail AM PERE s est galement in t ress lutilisation des tudes en m socosmes par les Etats membres de l Union Europ enne dans le cadre Figure 6 des travaux li s aux autorisa tions de mise sur le march national En France plus de la moiti des 36 substances concern es ont donn lieu une tude en m socosme La fr quence est de 78 en Allemagne et 62 au Royaume Uni L analyse des endpoints retenus montre dans tous les cas une nette pr dominance des NOEAEC Enfin sur le choix des facteurs de s curit on peut retenir qu ils sont plus sou vent sup rieurs 1 dans les tudes nationales que dans celles utilis es au niveau eu rop en Etudes en m socosmes pour les dossiers europ ens d valuation de risques des pesticides list s dans l annexe I de la direc tive 91 414 choix des endpoints utilis s et des facteurs de s curit 32 substances pour lesquelles les r sultats des essais en m socosmes ont t utilis s pour l valuation affin e des risques Endpoint utilis NOEC 12 cas 37 5 4 cas o le FS gt 1 33 3 NOEAEC 20 cas 62 5 11 cas o le FS gt 1 55 31 uu aiy 32 Exemple d utilisati
13. es individus expo s s et la CE50 concentra tion effective qui produit un ef fet sur 50 des individus ex pos s Les effets chroniques sont quant eux caract ris s l aide de la NOEC No Ob served Effect Concentration plus forte concentration test e sans effet observ et ou de la CE10 concentration effective qui produit un effet sur 10 des individus expo s s et plus rarement de la NOEAEC No Observed Eco logically Adverse Effect Con centration concentration laquelle un effet partiel a t observ mais qui a permis un retour des populations un tat comparable celui des t moins la fin de l essai param tre typiquement ac quis dans les exp riences men es en m socosmes Figure 5 Distribution de la sensibilit des esp ces un contaminant donn SSD P4 0 mykiss OC bairdi E f agilis H azteca C dubia F subcapitata B rubens 10 00 10 percentile concentration affectant 10 des esp ces test es HC10 R arenarum olymorpha 1000 00 10000 00 Log NOEC Si ces donn es sont en nombre suffisant une m thode probabiliste bas e sur l analyse de la distribution de la sensibilit des esp ces un contaminant donn Spe cies Sensitivity Distribution SSD peut tre utilis e condition que cette distribu tion suive une fonction de distribution th orique connue Figure 5 Dans le cas con traire un
14. ez le bivalve d eau douce Corbicula flu minea ont contribu une tude d valuation de risque pour AMCA acide mono chlorac tique dont les r sultats sont cit s par le Euro pean Chemical Bureau dans son dossier d valuation des risques publi en 2003 Actuellement cette plate forme exp rimentale est galement utilis e par Total en lien avec l INERIS pour une tude d valuation de risque men e sur le xyl ne Cette substance a d j fait l objet d une valuation sur la base d essais de labora toire mais le nombre limit de tests d cotoxicit a con duit l adoption d un facteur d extrapolation de 100 pour la PNEC L tude en m so cosme en cours pourrait fournir des donn es pertinen tes sur le devenir et l impact de cette substance des niveaux lev s d organisation biologique et permettre ainsi de r duire la valeur du facteur d extrapolation associ Besoins mergents en valuation des risques et perspectives Aujourd hui les m thodolo gies associ es aux bioes Sais utilis s dans le cadre de l valuation du risque chi mique sont globalement bien tablies codifi es au niveau international et consign es dans de nombreux guides techniques Cependant de nombreuses questions restent en sus pens Ainsi dans le cas des substances peu solubles et ou instables dans l eau PCB HAP qui se retrouvent le plus souvent associ es de la mati re or
15. ffets parois tien terme de communaut s fonctionnelles Capacit mettre en vidence des HS Importance des processus de s dimentation m canismes assez fins Gestion de plans factoriels complexes et analyse d effets multifactoriels Manque de r alisme cologique R plicabilit des traitements Faible repr sentativit Possibilit d chantillonner les m mes populations au cours du temps Prise en compte de fractions d cosyst mes uniquement Facilit de mise en place des syst mes exp rimentaux Faible rapport signal bruit Rapidit d acquisition des r sultats Faible dur e des exp riences Facilit de publication des r sultats g n rale sur l utilisation de ces outils en cologie aquatique R alisme et r plicabilit La question r currente du r alisme et de la r plicabilit des m socosmes doit tre abord e sous langle d un n cessaire compromis en tre l ambition de reproduire au mieux la complexit du monde r el et la capacit analyser les processus en jeu c est dire r v ler un effet Dans cette optique les tudes en m socosme p tis sent surtout de la forte vari abilit intra traitement et du faible niveau de r plication des exp riences Eberhardt amp Thomas 1991 Caquet et al 2001 Pour r soudre cette difficult on peut augmenter l amplitude de l effet par des manipula tions d
16. ganique vi vante ou d tritique l effort de standardisation des essais d cotoxicit doit tre pour suivi Breitholz et al 2006 En effet l interpr tation des donn es des tests clas siques r alis s en labora toire utilisant ces substances en phase dissoute peut se r v ler d licate l effet toxi que recherch n appara t bien souvent pas dans la gamme 33 lt xX Z D 2 gt O 34 de solubilit aqueuse des produits en question De plus les caract ristiques de ces substances rendent pro bl matique le maintien de l exposition des organismes un niveau nominal pendant toute la dur e des exp ri ences Face ces difficult s cer taines pratiques de labo ratoire ont t propos es utilisation de mat riaux de laboratoire alternatifs pr conditionnement de la ver rerie diminution du rapport biomasse de l organisme test volume du milieu d ex position etc OECD 2000 et des approches de mod lisation bas es sur l quilibre de partage ont t d velop p es Malgr ces avanc es la majorit des bioessais actuellement utilis s en rou tine ne semblent pas donner de r sultats fiables pour ces substances hydrophobes ou instables dans l eau De mani re plus g n rale le volet exposition reste le principal point faible de l valuation du risque au regard notamment de la vari t et de l h t rog n it des milieux naturels a
17. in si que de la diversit des voies d accumulation des contaminants ce titre les substances mergentes perturbateurs endocriniens produits pharmaceutiques nanoparticules constituent un vaste champ d tude en cotoxicologie et en valua tion des risques Les sections qui pr c dent ont permis de pr ciser dans quelle mesure les m so cosmes peuvent constituer un outil pour l valuation de risque et d illustrer leur utili sation actuelle dans le cadre r glementaire De la m me fa on qu ils ont contribu compl ter les connaissances en cotoxi cologie notamment pour la d finition de valeurs de r f rence PNEC fiables et r alistes pour de nombreux produits les m socosmes pourraient tre mis profit pour une meilleure com pr hension des impacts des substances mergentes E G Balvay INRA 35
18. lif ration d esp ces tol rantes au d triment d autres plus sensi bles ou encore vuln rabilit accrue de certaines proies du fait de lalt ration de leur comportement ou de leur habitat Ces avantages d un int r t primordial en cotoxicolo gie s ajoutent aux caract ristiques d j expos es des m socosmes complexit r plicabilit contr le des conditions d exposition et possibilit de comparaison avec des syst mes t moins En contrepartie leur mise en uvre doit bien s r tenir compte des limites expos es plus haut perte de produc tivit li e l isolement du r e limit e des exp riences variabilit intra traitement En outre l investissement est en g n ral important l utilisation des m socosmes doit tre pens e de mani re optimiser le rapport co t informations recueillies Au final les syst mes de type m socosmes s imposent comme des outils de grand int r t pour faire progresser les connaissances en co toxicologie ou mettre au point des m thodes de caract ri sation de la qualit des mi lieux aquatiques Leur utilisa tion doit cependant tre pen s e de mani re judicieuse c est dire en g n ral dans le cadre d une d marche in t gr e Leur co t de mise en uvre impose en par ticulier d identifier clairement les questions auxquelles l on souhaite r pondre c est sur la base de ce questionnement que des d cisions peuvent
19. logie aquatique Les m socosmes s inscrivent dans un continuum d outils utilisables en cotoxicologie qui va du test de toxicit en laboratoire la mise en uvre d tudes en milieu naturel figure 3 De mani re g n rale ils y constituent un bon compromis entre r alisme meilleur qu en laboratoire et facilit de r alisation par rapport aux tudes en milieu naturel Une caract ristique fonda mentale des approches en m socosmes est leur capa cit mettre en vidence les r ponses de communaut s d organismes de diff rents types microalgues invert br s etc expos es un ou 23 des contaminants ce que ne permettent pas les tests de toxicit monosp cifiques conduits en laboratoire Ce point se double d un second atout essentiel li l utilisation des m socosmes la possibilit d analyser si multan ment le devenir et les effets des toxiques Ces dispositifs permettent notam ment la prise en compte des ph nom nes qui r duisent adsorption sur les mati res en suspension par ex ou accroissent bioturbation par ex la biodisponibilit des contaminants et donc leurs effets Cette donn e est es sentielle en particulier dans le cadre de l valuation des risques environnementaux Citons le cas des insecticides pyr thrinoides leur toxicit aigu CL50 96 h lt 1 ug L en laboratoire se traduit com me lont montr des tudes en m socosmes par un ris qu
20. n m socosmes Elle illustre cette utilisation par un bilan quantitatif de lapport des m socosmes dans le cas de l valuation r glemen taire des produits phytosa nitaires puis par un focus sur l usage qu en fait dans un autre secteur d activit le groupe Total Petrochemi cals la lumi re de cet tat des lieux sont identifi s en conclusion quelques besoins mergents de ce domaine de l valuation de risque a priori pour lesquels les tudes en m socosme pourraient con stituer des approches perti nentes PNEC et m socosmes mode d emploi L valuation du risque cologique peut tre d finie comme un processus visant valuer la probabilit que des impacts cologiques d l t res se produisent ou puis sent se produire la suite d une exposition un ou plu sieurs agents de stress US EPA 1992 Pour les milieux aquatiques elle se base sur la d termination de la concentra tion environnementale pr dite ou mesur e PEC Predicted Environmental Concentration ou MEC Measured Envi ronmental Concentration du contaminant dans une masse d eau pr cise et sa com paraison avec la concentra tion sans effet pr visible sur l environnement PNEC de ce contaminant Le rapport PEC PNEC est d fini comme le quotient de danger de ce contaminant HQ Hazard Quotient S il est inf rieur 1 la possibilit d apparition d un effet est tr s peu proba ble s il es
21. n routine Comme voqu pr c dem ment 1 2 les pesticides constituent de loin la pre mi re famille de toxiques tudi s en m socosmes en cotoxicologie 42 des publications Cette pr dominance est relier avec les travaux qui ont permis d aboutir l utilisation en rou tine de ces outils dans les proc dures d homologation des substances phytosani taires Un bilan quantitatif de ce type d utilisation des m socosmes a t effectu en 2007 dans le cadre du groupe de travail AMPERE Aquatic Meso cosms in Pesticide Regis tration in Europe Alix et al 2007 Cet exercice a t bas sur l examen des dos siers relatifs aux substances actives inscrites l annexe 1 de la directive 91 414 pour chaque substance il a t v rifi s il existait une ou plusieurs tude en m so cosme dans le dossier et si celle ci avait t utilis e dans l valuation de risques Au niveau europ en sur les 157 substances inscrites l annexe 1 de la directive 91 414 36 pr sentaient dans leur dossier d homologation au moins une tude en m socosmes Parmi celles ci 32 ont t utilis es en valuation des risques laquelle con stitue donc et de loin la prin cipale utilisation des tudes en m socosmes soumises dans des dossiers europ ens L examen des effets bio logiques mesur s ou end points propos s suite ces tudes fig 6 montre que dans la majorit d
22. oma cepedianum sur l architecture des r seaux trophiques le degr de connectivit l omnivorie ou encore la longueur des cha nes alimen taires Lazzaro et al 2009 un outil prouv 1 2 Utilisation des m socosmes en cotoxicologie Source Thierry Caquet Inra Le Croisic 2009 Mis en uvre l origine pour des utilisations en cologie les cosyst mes aquatiques artificiels se sont rapidement impos s comme des outils exp rimentaux de choix pour l valuation du devenir et des effets des produits chimiques dans les milieux aquatiques La section qui suit propose successivement une typolo gie de ces outils et de leurs usages en cotoxicologie et aborde certains aspects pra tiques de leur utilisation pro pres cette discipline Elle se conclut par une r flexion sur la place et les apports des m socosmes en cotoxicolo gie aquatique Typologie des outils Une analyse de la litt rature internationale sur les ap proches exp rimentales en cotoxicologie utilisant des m socosmes a t men e par des requ tes vers les bases de donn es CAB Abstracts et Web of Science pour les ann es 1975 2009 Aux r f rences ob tenues par la recherche des mots cl s mesocosm artifi cial stream eclosure ditch ont t soustraites toutes celles relatives des tudes en int rieur ou des travaux en cologie La liste de publications ainsi
23. on par l industrie Total et les rivi res pilotes L volution du contexte r gle mentaire r glement REACH place les industriels face de nouveaux d fis li s l valuation de risque pr a lable des substances qu ils souhaitent commercialiser Outre ces dispositions obliga toires les nouvelles exigen ces li es la surveillance de la qualit des masses d eau DCE constituent gale ment pour les acteurs indus z s is 3 e te RTS IR 1 raS am triels une forte incitation s impliquer de mani re proac tive dans le d veloppement de nouvelles m thodes de suivi et de mesure d impact des rejets C est dans ce contexte que le groupe Total s est dot d s 2000 sur son site de Recher che amp D veloppement de Mont Lacq Sud ouest de la France d un ensemble de 16 canaux d eau courante 40 m de long 0 5 m de large et 0 50 m de profondeur alimen t en eau douce par le Gave de Pau photo ci dessous Total Ces m socosmes ou rivi res pilotes ont t utilis s depuis pour divers travaux men s avec des or ganismes de recherche ou des gestionnaires de l eau Entre 2000 2003 un pro gramme a ainsi t conduit par Total en partenariat avec l agence de l eau Adour Garonne avec pour objectif la validation de m thodes alternatives pour la surveil lance des masses d eau Ces travaux bas s sur l utilisation de biomarqueurs d exposition ch
24. osition Les effets tox iques observ s doivent tre reli s ces niveaux moyens d exposition le mode d application des contaminants dans les m socosmes doit tre repr sen tatif des modes de transferts attendus de la substance tudi e dans les milieux Par exemple dans le cas des pes ticides les tudes utiliseront les pr parations employ es en agriculture en s attachant a reproduire des doses des dur es et des fr quences d exposition r alistes du point de vue des itin raires techniques pr conis s 29 30 les m socosmes doivent contenir au minimum les esp ces les plus sensibles identifi es par les essais pr alables d cotoxicit men s en laboratoire Ils doivent en outre pr senter une biodi versit suffisante chaque niveau de la cha ne tro phique les m socosmes doivent tre plac s dans des con ditions environnementales repr sentatives de la ou des zones o les contaminations sont pr visibles selon la substance tudi e les tudes doivent permettre un suivi des concentrations en contaminant dans les dif f rents compartiments du m socosme y compris dans les s diments En l absence de donn es sur ce compar timent il est en effet d licat d interpr ter les r sultats notamment dans le cas de substances s adsorbant rapi dement sur les particules en suspension ou les s diments Phytosanitaires et m socosmes une utilisation e
25. s pr existants ou syst mes cons truits sp cifiquement sont les m socosmes les plus utili s s 43 2 suivies par les rivi res artificielles 29 4 Ces syst mes d eau cou rante qui ont une repr sen tativit cologique limit e lorsqu ils ne sont pas con nect s d autres l ments du bassin versant restent cependant bien adapt s au suivi de la r ponse de divers organismes la pr sence de polluants Parmi les enceintes on dis tingue les enclos limniques ou limnocorrals enceintes dispos es en pleine eau en contact ou non avec les s diments et les enclos littoraux d une profondeur maximale de 2 4 m qui iso lent une portion de la zone littorale Les foss s exp ri mentaux ditches tr s utili s s aux Pays Bas peuvent tre consid r s selon les cas comme des syst mes lotiques ou lentiques Enfin il faut signaler l mergence progressive des zones hu mides artificielles comme outil de recherche en cotoxi cologie Typologie des toxiques tudi s Toujours partir de la base bibliographique voqu e ci dessus il est galement pos sible d observer la r partition des utilisations des m so cosmes en cotoxicologie en fonction des substances tudi es fig 2 Il ressort de cet examen la Figure 2 Fr quence d tude en m socosmes des diff rentes cat gories de nette pr dominance des tudes concernant les pesti cides 46 1 de
26. s publica tions eaux douces et ma rines confondues ce qui s explique par les travaux qui ont permis d aboutir l utilisation en routine des m socosmes dans les proc dures d homologation de ces substances Les l ments traces m talliques 15 for ment la seconde composante en nombre Une analyse en com posantes principales ACP r alis e partir des m mes donn es bibliographiques permet de relier les types de contaminants de l environnement d apr s T Caquet og O O G O Lun SO q SO Lun O TD O Lun Ke O Z 21 22 m socosmes utilis s aux to xiques tudi s On met ainsi en vidence la sp cificit de certaines utilisations dispersants organostan niques et toxines algales pour les cosyst mes exp ri mentaux marins effluents ammonium et surfactants pour les rivi res artificielles organochlor s carbamates organophosphor s l ments traces m talliques ETM tri azines et pyr thrinoides pour les m socosmes lentiques mares foss s enceintes Taille esp ces crit res d effet quelques questions pratiques Une importante litt rature est consacr e l analyse des diff rentes tapes de la mise en uvre des m socosmes en cotoxicologie aqua tique par exemple Graney et al 1994 Hill et al 1994 Campbell et al 1999 Ca quet et al 2000 Giddings et al 2002 Quelques con sid rations relatives la
27. t sup rieur 1 on ne peut pas exclure la pos sibilit d apparition d un effet sur l environnement fig 4 Les PEC qui repr sentent le niveau global d exposition des organismes aquatiques Figure 4 Principes g n raux de l valuation du risque environnemental d apr s EC 2003 Technical guidance document on risk assessement Collecte de l information Evaluation de l exposition e Concentration estim e dans le milieu ambiant PEC Predicted Environ mental Concentration e Concentration mesur e dans le milieu ambiant gt MEC Measured Environ mental Concentration Evaluation des effets e Identification des dangers e Caract risation des relations dose r ponse e D termination d une PNEC Predicted No Effect Concentration Caract risation du risque HQ Hazard Quotient PEC PNEC y Possibilit d apparition d un effet tr s peu probable On ne peut exclure la possibilit d apparition d un effet N O D 5 E O N SO fa ko O x A 28 une substance par leur mi lieu de vie sont g n ralement estim es partir de mod les plus ou moins labor s Les PNEC sont quant elles d termin es partir de don n es d cotoxicit court et long terme disponibles pour chaque substance Les param tres de toxicit aigu les plus couramment em ploy s sont la CL50 concen tration provoquant la mortalit de 50 d
28. tre prises quant au type de m thodes d chantillonnage et de mesure utiliser et aux param tres suivre 25 26 1 3 Utilisation des m socosmes pour l valuation pr alable de risque tat des lieux et perspectives Sources Olivier Perceval Onema Le Croisic 2009 V ronique Poulsen ANSES Le Croisic 2009 Anne Bass res Total Le Croisic 2009 Le domaine de l valuation pr alable des risques coto xicologiques a t d velopp dans les ann es 1980 suite une prise de conscience collective de la n cessit d valuer l impact des ac tivit s humaines sur les co syst mes Cette n cessit s est traduite dans les poli tiques publiques au niveau europ en par l adoption de mesures et de dispositions l gales destin es enca drer la mise sur le march des substances toxiques de synth se c est le cas depuis les ann es 1990 pour les produits phytopharmaceuti ques directive 91 414 et les biocides 98 8 et plus r cemment pour les sub stances chimiques avec la directive REACH sys t me d enregistrement des produits chimiques qui ne constitue pas une autorisa tion de mise sur le march mais exige une valuation pr alable des risques compa rable celle pratiqu e dans le domaine des pesticides Cette section pr sente en introduction les modalit s techniques de cette valua tion de risque et le r le qu y jouent aujourd hui les tudes e
29. xicologiques 13 pr liminaires 1 1 cologie aquatique et m socosmes notions Source G rard Lacroix CNRS Le Croisic 2009 De nombreuses questions relevant de l cologie scienti fique ont b n fici de l apport des m socosmes Plusieurs d cennies d utilisation de ces outils ont permis d en prouver la pertinence et les avantages mais aussi de leur opposer de nombreuses interrogations et critiques Le tableau ci dessous propose une vue synth tique des avantages et limites clas A siquement pr t s ce type est int ressant de constater que ce qui appara t dans certains cas comme une limitation des m socosmes peut tre per u dans d autres comme une qualit Ces appr ciations contradictoires t moignent du caract re largement subjectif de la perception de l outil par la communaut scientifique les avantages et limites des m socosmes d pendent d abord du probl me tudi Le constat conduit formuler plusieurs r flexions de port e d approche A la lecture de ce tableau il Tableau 1 Avantages et inconv nients classiquement pr t s aux m socosmes Avantages Inconv nients limites Capacit simuler des conditions ie Caract re artificiel environnementales assez r alistes Prise en compte simultan e de diff rents Taille trop r duite niveaux trophiques Complexit suffisante pour assurer le main ave i Importance des e
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