Lécotoxicologie est une discipline scientifique émergente, qui se positionne à l'intersection de l'écologie et de la toxicologie. Elle est le fruit de la prise de conscience que de plus en plus de polluants contaminent partiellement ou totalement la biosphère, et que certains d'entre eux interagissent tant entre eux qu'avec les organismes vivants.
Cette discipline scientifique étudie le comportement et les effets d'agents « polluants » sur les écosystèmes, qu'il s'agisse d’agents d’origine artificielle (incluant médicaments, perturbateurs endocriniens) ou d'agents naturels dont l’humain modifie la répartition ou les cycles dans les différents compartiments de la biosphère.
Le domaine de la santé environnementale, qui se situe à la croisée de la toxicologie et de l'écotoxicologie, englobe les agroécosystèmes et l'élevage. Cela est particulièrement vrai pour certaines zoonoses, maladies ou intoxications, ainsi que les phénomènes de résistance aux antibiotiques qui peuvent affecter tant les humains que d'autres animaux. L'Organisation mondiale de la santé (OMS) et l'Organisation mondiale de la santé animale (OIE) ont décidé d'unir leurs efforts pour étudier ce sujet commun. Ceux-ci comprennent également une variété de biomarqueurs de stress écologique et de toxicité, qui sont présents chez tous les animaux (y compris l'homme), voire partagés avec les plantes ou les champignonsAmiard-Triquet Claude, Amiard Jean-Claude, Raibow Philip S. (2013), Ecological biomarkers: Indicators of toxicological effects ; 01-2013 ; 450 p.
Objectifs Parmi les premiers objectifs de l'écotoxicologie figurent la connaissance et la prévention, mais il est aussi de plus en plus demandé aux écotoxicologues d'aussi prévoir (prospective) les effets des pollutions, en nature, intensité et durée, et les risques associés.
Le toxicologue cherche donc à caractériser le risque via : le danger d'une substance, évalué par des études de toxicité (aiguë ou chronique, intrinsèque ou en cocktails) des produits et l'établissement de seuils relatifs au-delà desquels une substance a un effet toxique ou en deçà desquels elle est inoffensive) ; la probabilité d’exposition à cette substance, qui dépend de ses propriétés physiques et chimiques, des caractéristiques de l'environnement, de la durée d'exposition (continu, occasionnel), la voie d'exposition (percutanée, en ingestion, par inhalation…) et l'individu exposé (sexe, âge, vulnérabilité particulière). Comme les sensibilités aux toxiques diffèrent selon les espèces et les écosystèmes, les seuils établis, recherchés ou considérés par l'écotoxicologie (indices d'évaluation et seuils de sécurité) de même que les biomarqueurs peuvent fortement différer de ceux qui ont été établis par les toxicologues pour l'être humain.
Éléments de définition L'écotoxicologie – comme son nom l'indique – est une discipline hybride de : l’écologie ; et la toxicologie, « l'étude des effets nuisibles des produits chimiques sur les écosystèmes » selon Walker (1996).
François Ramade la définit comme une science « dont l'objet est l'étude des polluants toxiques dans les écosystèmes et la biosphère tout entière »Ramade, Écotoxicologie, Ed : Masson () 1977.
Histoire de l'écotoxicologie L'écotoxicologie est une jeune discipline, apparue dans les années 1970Ramade, François (2007), Introduction à l'écotoxicologie : Fondements et applications ; 03-2007 ; Lavoisier, 618 p. après la toxicologie et reprenant ses méthodes, mais en les élargissant au champ de l'environnement des humains et de la biosphère tout entière.
L’écotoxicologie est née à la suite des pollutions survenues après la Seconde Guerre mondiale, qui ont fait prendre conscience de l'impact des substances chimiques et des rejets toxiques sur l'environnement et l’Homme. Le terme d’écotoxicologie est prononcé pour la première fois en 1969 par le toxicologue René Truhaut, lors d’une conférence sur l’environnement à Stockholm, ce qui lui vaudra d’être considéré au niveau international comme le père de la discipline. Dans les faits, le rôle précurseur de Jean-Michel Jouany, assistant de Truhaut, dans la conceptualisation de la discipline et la définition de ses objectifs est aujourd’hui reconnu. Pour Jouany, l'écotoxicologie est prioritairement liée à l'écologie puisqu'elle doit viser à cerner l'influence de facteurs de stress sur les relations existant entre les organismes et leur milieu. Jean-Michel Jouany a été le jeune et brillant mentor de René Truhaut, qui a su diffuser à l’échelle internationale une discipline que son jeune assistant a fait émerger. Promu aux fonctions de professeur à l’université de Nancy en 1969, Jean-Michel Jouany développera les enseignements et la recherche en écotoxicologie à l’université de Metz aux côtés de son collègue Jean-Marie-Pelt dès 1971.
En France, deux universités (Metz et Paris-Sud : Orsay) ont fortement contribué à l'extension de cette discipline dans les années 1980/90. Elles seront aidées par les instituts tels que le CEMAGREF (IRSTEA), l’INRA, l’INERIS, l’IFREMER et le CNRS qui à la suite ont développé des unités de recherche en écotoxicologie, ainsi que d’autres universités françaises (Rouen, Bordeaux, Le Havre, Lyon, Lille, Caen…). La discipline reconnue par les institutions continue à prospérer.
Alors que la toxicologie classique limite ses études aux organismes, l'écotoxicologie vise à mesurer l'impact des substances chimiques, physiques ou biochimiques, non seulement sur les individus mais aussi sur les populations et les écosystèmes entiers et sur les équilibres dynamiques qui les caractérisent.
Dans les années 1990, une nouvelle discipline semble informellement émerger, dite « Écotoxicologie du paysage » (landscape ecotoxicology), qui vise à mieux tenir compte des interactions entre les processus de l'écologie du paysage et les toxiques environnementaux et en particulier pour de espèces très contraintes par leurs corridors biologiques (saumon par exemple).
Champ de recherche L'écotoxicologie a depuis ses débuts travaillé parallèlement à la compréhension des mécanismes d'action et des impacts (directs ou indirects, immédiats ou différés) de toxiques ou de cocktails de toxiques sur des individus et populations, à partir de la pollution d'un ou plusieurs milieux ou des réseaux trophiques, et sur leurs effets à plusieurs échelles, de l'échelle de l'individu à celle de la biosphère, en passant par les populations, métapopulations, biomes
Les écotoxicologues se sont d'abord intéressé à l'occurrence, à l'étendue et aux impacts des polluants classiques (chimiques), puis, plus récemment, de polluants tels que la radioactivité, les transgènes, les prions, les perturbateurs endocriniens
Les sources de pollutions les plus étudiées sont l'industrie, la production d'énergie, les transports, les déchets et leur gestion ainsi que l'agriculture moderne (engrais, pesticides, émanations (eutrophisation, gaz à effet de serre), contaminations biochimique…).
Les modes d'action des polluants dans l'environnement, dont sur la santé, la croissance, la productivité biologique, la santé reproductive, le potentiel biotique, les mutations, les relations prédateur/proie, les symbioses et mutualismes
Les résistances naturelles ou stratégies des organismes et populations face aux toxiques (tolérance, résistance, phénomènes de détoxication…).
Les polluants dispersés en petites quantités, mais de manière chronique, et les synergies entre polluants sont deux domaines dont les enjeux sont particulièrement importants pour l'écotoxicologue
Cycle biogéochimique des polluants, et circulation dans les réseaux trophiques, via la bioturbation et leur bioaccumulation dans la biomasse, et leur devenir dans la nécromasse, selon leur biodégradation et durée de demi-vie.
Évaluation des risques L’évaluation des risquesRamade, François 2007. Introduction à l’écotoxicologie – Fondements et applications. Éditions TEC & DOC, France, 618 pp. (« Risk assessment ») en écotoxicologie . Vu sous un angle biologique, ce domaine interdisciplinaire a pour but de déterminer les effets des polluants sur la santé des espèces et des peuplements dans leurs habitats naturels. Ultimement, elle permet d’en viser les effets sur la santé des populations humaines. Plusieurs domaines majeurs en science y travaillent ensemble, entre autres, l’écologie théorique, la physiologie, l'écoépidémiologie et la chimie.
L'étude des effets d'une pollution ne seront pas les mêmes selon le niveau d'organisation biologique considéré ; la pertinence écologique de l'explication sera plus élevée pour des niveaux d'organisation eux aussi élevés (individu, population…) tandis que l'explication mécanistique sera privilégiée dans le cas de bas niveaux d'organisation (ADN, cellule…).
L'évaluation du risque environnemental en écotoxicologie passe par les quatre étapes suivantesSlaveykova, V. 2021. Qualité de l'eau et écotoxicologie : L'évaluation des dangers : repose sur la connaissance des propriétés intrinsèques des substances chimiques ; L'évaluation de l’exposition : vise à estimer les niveaux de contamination d’une substance chimique (PEC) ; L'évaluation des effets : consiste à définir la relation concentrations effets (PNEC) ; il existe différents types d'effets toxiques, pouvant être mis en évidence par le biais de tests de toxicité ; ils sont principalement induits par l’interaction avec les biomolécules essentielles pour l’activité cellulaire, et peuvent ensuite se propager au niveau de l'organisme, voire au-delà en remontant la chaîne trophique ; La caractérisation du risque par la mise en relation de l’exposition et des effets potentiels, par le rapport RQ=PEC/PNEC.
Écotoxicologie et dimension temporelle En matière de prise en compte du fil du temps, plusieurs perspectives se complètent en écotoxicologie ; « rétrospective » et « prédictive ».
Grâce aux études établies sur la réponse des systèmes biologiques complexes aux polluants, l’écotoxicologie rétrospective interprète l’effet des polluants a posteriori, en s'appuyant sur les données paléontologique, évolutive. Ainsi, l'écopotentialité d'un milieu ou d'une région peut être approchée, et des lignes directrices peuvent être établies afin d’assurer la protection de l’environnement et définir ce que pourrait être le bon état écologique, et le chemin à parcourir pour l'atteindre.
L’écotoxicologie prédictive s’applique à établir et prévoir le comportement et les effets de substances chimiques pouvant interférer et plus ou moins durablement persister dans l’environnement ou accidentellement s'y retrouver, et dont l’examen au préalable remet en question leur prochaine commercialisation. Cette perspective entre dans les objectifs de la méthodologie de l’évaluation des risques pour la santé des écosystèmes ainsi que dans la mise au point pour l’efficacité des méthodes faisant partie d’une autre percée actuelle en environnement : la protection environnementale.
Protection environnementale La protection environnementale (exemples : lutte contre la pollution, préservation de la santé publique, des ressources naturelles, prévention des pollutions et nuisances) est donc la porte d’entrée en biosurveillance (encore exprimée « monitoring biologique » ou « biomonitoring ») qui renforce ses méthodes par l’utilisation montante des bioindicateurs (de contamination et d’effet) ainsi que des biomarqueurs (d’exposition, d’effet et de sensibilité aux effets).
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