Les facteurs de stress et les consommateurs aquatiques - WikiMemoires

Les facteurs de stress et les consommateurs aquatiques


4. Chapitre IV : Discussion

4.1. Rappel du cadre de l’étude

Les effets combinés de deux facteurs de stress (hausse de température et ruissellement agricole) on été examinés sur des consommateurs aquatiques modèles (Daphnia magna,
Lymnaea stagnalis et Dreissena polymorpha) suite à une expérimentation en microcosmes de laboratoire dans des conditions d’exposition réalistes.
Les microcosmes établis pour cette expérimentation simulent un milieu aquatique peu profond avec seulement les deux premiers niveaux trophiques (producteurs et consommateurs primaires). Différents facteurs de réponse des consommateurs primaires étaient étudiés.
Les paramètres physico-chimiques (pH, oxygène dissous, conductivité et température) de l’eau des microcosmes ont été aussi analysés.

4.2. Paramètres physico-chimiques dans l’eau des microcosmes

Les mesures de physico-chimie ont pour objectif de déterminer les changements pendant le temps et de déterminer si les conditions optimales ou acceptables des organismes sont toujours atteintes.
L’évolution du pH dans la colonne d’eau des microcosmes dans cette étude est influencée par la température et par le type de traitement (contaminé ou non). Cette évolution suit la dynamique de la croissance algale dans le système. En effet, le pH est lié à l’activité photosynthétique des algues (Kaplan et al., 1980).
Selon le principe de Le Chatelier, la consommation du dioxyde de carbone (CO2) et/ou du bicarbonate (HCO3-) lors de la photosynthèse entraîne une diminution de la concentration en ion hydrogène (H+) dans le milieu, soit une augmentation de la concentration en ion hydroxyle (OH-) et par conséquent une augmentation du pH de la solution. C’est ce qu’on observe autour des semaines 1 et 2 après l’introduction des organismes.
La baisse du pH dans tous les traitements en fin de semaine 2 pourrait être probablement liée à une limitation de la croissance algale causée (1) par un manque de nutriments (même si les microcosmes ont reçu 1 µmol.L-1 de phosphate et 16 µmol.L-1 de nitrate pour éviter cette situation) ou encore (2) par un stress thermique.
Le pic du taux d’oxygène dissous observé dans la semaine 1 pourrait aussi être relié à la densité algale puisque les algues produisent de l’oxygène lors de la photosynthèse (Mouget et al., 1999).
La conductivité était très élevée (634 µS.cm-1 à 22°C et 639 µS.cm-1 à 26°C) au début dans l’eau de Munich (certainement lié à la qualité chimique de l’eau). Elle a baissé drastiquement au début de l’expérimentation et s’est stabilisée (374 µS.cm-1 : microcosmes exposés à 22°C et 385 µS.cm-1 microcosmes exposés à 26°C) durant tout l’essai.
Une utilisation du bicarbonate (HCO3-) ou une acidification de l’eau par la tourbe contenue dans le sédiment pourrait en être la cause (Tipping et al., 2003 ; Hussner et al., 2019)(Tipping et al., 2003 ; Hussner et al., 2019).
Les valeurs élevées dans l’ensemble des microcosmes (moyenne des traitements : 459 µS.cm-1 à 22°C et 487 µS.cm-1 à 26°C) en semaine 3 dans tous les microcosmes correspondaient au moment de plus forte abondance de daphnies. Il existe une relation positive entre la conductivité et la concentration en calcium dans l’eau (Li et al., 2015). Un apport en calcium (2,4 à 24,8 mg.L-1) chez les crustacés, contribue à l’amélioration de leur reproduction ; comme l’on montré Arnott et al. (2017) sur des populations de cladocères du genre Bosmina spp.
Dans le même temps, la croissance (formation de la coquille) chez L. stagnalis et chez les D. polymorpha est favorisée par des teneurs en calcium respectives de 20 mg.L-1 et 28 mg.L-1 de (Knezevic et al., 2011 ; (Gospodyn, 2017).
Les eaux Volvic et Munich utilisées pour notre expérimentation étaient dans cette gamme ; Leurs teneurs en Ca étaient respectivement de 12,8 mg.L-1 et de 91,1 mg.L-1.

4.3. Effets des facteurs de stress sur les consommateurs modèles de l’étude

4.3.1. Daphnia magna

Les paramètres biologiques de D. magna ont été analysés pour les facteurs de stress. Les conditions expérimentales mises en place étaient favorables à l’abondance des daphnies non contaminées qui avaient un taux de croissance élevé dans les microcosmes témoins.
Ce qui va dans le même sens que les observations faites par Hyungjoon (2019), pour qui les individus de D. magna subissent des changements stratégiques dans la réponse à la croissance et sont capables d’avoir un développement corporel optimal même en condition d’un stress thermique (25°C).
L’écart d’abondance observé en semaine 3 entre les groupes contaminés et les non contaminés serait du à l’effet de l’ARO (composé d’un mélange de toxiques incluant le tébuconazole et le cuivre).
Ces observations sont confirmées par Adam et al. (2015 et qui ont démontré un effet inhibiteur du tébuconazole et du cuivre sur la reproduction de D. magna. De plus, il existe une forte interaction entre D. magna et les algues (principale source de nourriture des daphnies dans les microcosmes) particulièrement sensibles au cuivre (Strejckova et al., 2019).
Ce qui suggère une potentielle contamination des daphnies par les algues contaminées via le broutage (Zhang et al., 2019). En fin d’exposition, l’abondance faible des daphnies (chez tous les groupes : contaminés ou non) peut être lié à la faible densité algale observée dans les microcosmes.

4.3.2. Lymnaea stagnalis

Les individus de Lymnaea stagnalis ont survécu à toutes les conditions de stress après trente deux jours d’exposition. Leur croissance moyenne en fin d’exposition est plus importante dans les microcosmes non contaminés à 26°C.
Elle semble plus optimale dans les traitements au nitrate comparés aux témoins. Les lymnées sont des herbivores qui se nourrissent essentiellement de périphyton ; c’est-à-dire qui trouvent l’essentiel de leur nourriture dans les algues à la surface du sédiment et sur les macrophytes.
Lorsque la température augmente, elles augmentent leur taux d’herbivorie favorisant leur croissance (Zhang et al., 2016). Les lymnées peuvent aussi bien croître en tirant partie des algues de meilleure qualité qui se développent bien dans le milieu (grâce au nitrate apporté dans les microcosmes pour le maintien de la production primaire).
Nous avons aussi observé un broutage des macrophytes Potamogeton lucens et Myriophyllum spicatus (Elger and Lemoine, 2005). C’est d’ailleurs ce que traduit leur taux de croissance élevé dans les microcosmes contaminés au nitrate (9000 µg.L-1 utilisée pour cette expérimentation).
Le développement corporel des lymnées contaminées par le ruissellement agricole est limité comparé aux lymnées issues des traitements non contaminés. Ces résultats sont en adéquation avec ce que l’on s’attendait à observer et avec ce qui a été démontré dans la littérature par Brix et al. (2011).
Les auteurs ont prouvé qu’une exposition à 48 µg.L-1 de cuivre réduisait de manière significative l’absorption nette de l’ion calcium (Ca2+), fortement corrélée au dépôt dans la coquille (Dalesman and Lukowiak, 2010) et à la croissance correspondante des mollusques.
On peut donc émettre l’hypothèse que la réduction de l’absorption nette du Ca2+ serait un effet secondaire du cuivre sur l’inhibition de la croissance des organismes.
Nos résultats ont montré que la terbuthylazine (utilisée en mélange) à 3 µg.L-1 serait toxique pour les lymnées. Ces observations s’accordent à ceux de Münze et al. (2015) qui ont révélés des effets toxiques de la terbuthylazine (utilisée en substance unique) à une concentration de 0,2125 µg.L-1 sur des communautés de macroinvertébrés.
Le faible nombre de pontes observés en fin d’expérimentation prouve sans doute qu’en conditions de contaminations, les individus de L. stagnalis allouent plus d’énergie à la survie et à la croissance plutôt qu’à la reproduction tout comme leur congénères Lymnaea elodes (Sandland and Minchella, 2003).
La combinaison de contaminants et de températures élevées a souvent des effets graves sur les performances des organismes.

4.3.3. Dreissena polymorpha

Les résultats de cette étude indiquent une influence de la température sur la survie de D. polymorpha. En général, un faible nombre de survie a été observé dans toutes les conditions. Ces observations s’accordent à celles de White et al. (2015) qui indiquent une sensibilité élevée de D. polymorpha à la température.
On a aussi remarqué que la croissance des moules n’était pas optimale (0,04 mm.jour-1 en moyenne) alors qu’elles étaient exposées à des températures qui se situaient dans leur gamme de tolérance (10°C-32°C) (Cohen, 2008).
Les valeurs de taux de croissance relevées dans cette étude s’accordent peu au taux de croissance (0,07 mm.jour-1 en moyenne) relevé par Karatayev et al. (2006) sur des moules vivants dans des lacs.
Ce constat semble tout à fait cohérent vu la multitude de stress auxquelles les organismes ont été exposés.
On pourrait par exemple présumer qu’en condition de stress thermique, pour équilibrer leur bilan énergétique, les individus de D. polymorpha comme la plupart des ectothermes modifient leur métabolisme (Potet et al., 2018), en réduisant leur taux de filtration (Aldridge et al., 1995), agissant sur leur performance de croissance.
On pourrait également supposer que la présence de substances actives de pesticides, notamment du pirimicarb et du terbuthylazine dans les microcosmes pourrait compromette le développement des moules (Bashnin et al., 2019).

4.4. Apport de l’écologie en écotoxicologie aquatique

L’intégration de la théorie écologique est un défi majeur pour accroître la pertinence écologique dans l’évaluation des risques environnementaux des produits chimiques (D. Vinebrooke et al., 2004). Elle tient compte non seulement de la biodisponibilité des produits chimiques et de leurs effets indirects sur le biote mais aussi des pressions globales.
Les batteries de test pour espèces uniques sont l’un des principaux outils de l’écotoxicologie aquatique qui couvrent évidemment un éventail plus large de modes d’action des substances toxiques. Toutefois, l’extrapolation des résultats issus de ces tests à des écosystèmes peut être limitée par une simplification excessive, car des aspects importants de l’écologie (Calow and Forbes, 2003) ne sont pas pris en compte.
Dans le cadre de cette étude (basée sur une approche individuel), les réponses aux facteurs de stress n’ont pas pu être interprétées sans tenir compte des interactions entre certains organismes, les paramètres physico-chimiques de l’eau et le devenir du (des) toxique(s) incorporé(s) initialement au système.
C’est par exemple la compétition entre les daphnies et les moules pour les algues (Feniova et al., 2018) ou encore la compétition entre le périphyton et les macrophytes pour la lumière (Phillips et al., 2016).
Vu que tous ces organismes sont liés, la moindre perturbation du milieu pourrait provoquer un dysfonctionnement de la communauté, voire de l’écosystème tout entier.

Chapitre V : Conclusion et perspectives

Une eau de bonne qualité est essentielle au développement durable de la société humaine, que ce soit pour l’alimentation en eau, pour des loisirs ou pour le maintien de l’écosystème ou de la biodiversité.
Dans de nombreuses régions agricoles, la contamination des eaux notamment des milieux peu profonds est devenue un problème majeur qui s’amplifie encore plus dans un contexte de changement global.
Divers objectifs de protection ont été formulés et définis dans les approches réglementaires pour l’évaluation des risques environnementaux et écologiques (DCE : Directive cadre sur l’eau ; REACH : Regulation (EC) No 1907/2006) afin de garantir la durabilité des services environnementaux.
Cependant, la mise en œuvre de ces approches nécessite des apports de plusieurs disciplines dont l’écologie des communautés.
Cette étude s’insère dans cette approche et visait à évaluer sur une échelle individuelle l’effet de multiples facteurs de stress (une élévation de la température de 4°C et un ruissellement agricole composé d’un cocktail de nitrate, de pesticides et de cuivre) sur la réponse des consommateurs aquatiques modèles (Daphnia magna, Lymnaea stagnalis et Dreissena polymorpha) exposés en microcosme.
L’interprétation des réponses des organismes aux multistress ne s’est pas faite indépendamment des interactions qui les relient et des facteurs abiotiques (paramètres physico- chimiques) des milieux d’exposition.
Ces travaux ont montré que hormis la température, tous les autres paramètres (pH, oxygène dissous et conductivité) ont été influencés par le traitement. Les daphnies ont survécu à toutes les températures avec une abondance faible dans les traitements contaminés.
La plupart des daphnies porteuses (faible nombre d’œufs) étaient échantillonnées dans les microcosmes exposés à 26°C. Les individus non contaminés se développaient mieux (jusqu’à la troisième semaine) que les individus contaminés quel que soit le niveau de température. Toutes les lymnées ont survécu aux facteurs de stress étudiés.
Les individus non contaminés et exposés à 26°C avaient un taux de croissance plus élevé que ceux qui étaient exposés à 22°C.
La plupart des traitements contenaient des ovocytes (en faible nombre), même si un effet significatif des facteurs de stress n’a pas été observé sur la reproduction des lymnées. La survie des moules a été influencée par la température. Le taux de croissance était faible et très variable pour la plupart des conditions étudiées sauf pour le contrôle à 22°C.
Ces travaux ouvrent de nombreuses perspectives et pistes de réflexion sur la compréhension des mécanismes impliqués dans la toxicité des produits issus du ruissellement agricole.
Ainsi, outre l’analyse des facteurs de réponses abordés dans le cadre de ce travail, nous appelons à la réalisation d’autres études, analyses permettant d’approfondir au mieux les effets potentiels qu’engendre l’action combinée du réchauffement climatique et du ruissellement agricole sur les organismes notamment sur les consommateurs primaires des milieux aquatiques peu profonds. Il serait par exemple intéressant :
– de développer l’automatisation de certaines acquisitions de mesures physico-chimiques permettant de faire gagner un temps précieux à l’expérimentateur qui pourrait alors se focaliser sur d’autres mesures. Un suivi en continu de certains paramètres physico-chimiques donnerait également plus d’informations sur l’évolution des microcosmes et dans la mesure du possible ;
– de combiner différentes concentrations du cocktail de contaminant à l’élévation de la température (déjà fait à Munich), ce qui pourra permettre de prédire plus efficacement les facteurs de réponses des organismes exposés;
– de suivre de nouveaux paramètres, comme des paramètres globaux (respiration), des paramètres biochimiques (biomarqueurs de stress oxydant des moules ; ce qui suppose de travailler sur des individus de plus grande taille) ;
– d’aller vers plus de réalisme en menant d’autres études en mésocosmes (déjà fait à Munich) ou in situ permettant de mieux comprendre le comportement des organismes, les mécanismes complexes qui règnent dans les milieux aquatiques peu profonds perturbés ou non et les interactions entre les facteurs de stress (climatique et agricole).
Ce qui serait alors un appui solide pour un encadrement législatif dans la surveillance des additifs et des produits toxiques utilisés pour optimiser la production agricole;
– de construire des modèles de simulation informatique afin de prédire l’impact des facteurs de stress sur les milieux aquatiques peu profonds.
Dans tous les cas, le réalisme écologique est un paramètre à prendre en compte dans l’évaluation des risques dans les écosystèmes aquatiques ; cela va dans le sens d’une étude prospective précurseur ayant des incidences sur les politiques et la législation.
Evaluation des facteurs de réponse des consommateurs aquatiques modèles exposés à de multiples facteurs de stress
Rapport de stage Master 2ème année Année 2018-2019
Mention Gestion de l’environnement (GESTE) Spécialité Ecologie, Ecotoxicologie

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