fascicule-4

Etude bibliographique sur les bioindicateurs de l’état du milieu marin SEQ littoral – Volet bio

FASCICULE 4

PEREZ T., SARTORETTO S., SOLTAN D., CAPO S., FOURT M., DUTRIEUX E., VACELET J., HARMELIN J.G., REBOUILLON P. (2000). Etude bibliographique sur les bioindicateurs de l’état du milieu marin. Système d’évaluation de la Qualité des Milieux littoraux – Volet biologique. Rapport Agences de l’Eau, 4 fascicules, 642 pp. + 1 Cd-rom.

CONCLUSIONS Agences de l’Eau

Etude bibliographique sur les bioindicateurs de l’état du milieu marin SEQ littoral – volet bio 608

CONCLUSIONS 1. RAPPEL..................................................................................................................................................... 609

2. CONCEPT ET UTILISATION D’OUTILS BIOLOGIQUES .............................................................. 610

3. ETAT DE L’ART DE LA BIOEVALUATION ...................................................................................... 617

3.1. UTILISATION DE BIOACCUMULATEURS COMME SUPPORT D’ANALYSE CHIMIQUE................................. 617 3.2. EVALUATION ECOLOGIQUE DE LA QUALITE D’UN ENVIRONNEMENT MARIN ......................................... 621 3.3. MESURES DES EFFETS BIOLOGIQUES DES STRESS ENVIRONNEMENTAUX .................... 625

4. RECOMMANDATIONS .......................................................................................................................... 629

4.1. CONCEPT D’UNE STRATEGIE IDEALE DE BIOSURVEILLANCE DE QUALITE DU MILIEU MARIN ................. 629 4.2. PROPOSITIONS D’UN SYSTEME D’EVALUATION DE LA QUALITE ............................................................ 630 4.3. BESOINS EN RECHERCHES COMPLEMENTAIRES..................................................................................... 633 4.4. PERSPECTIVES................................................................................................................................. 635

5. GLOSSAIRE.............................................................................................................................................. 637



1. RAPPEL

Ce fascicule est la conclusion de l’étude bibliographique sur les bioindicateurs de l’état du

milieu marin. Son objectif est de présenter une synthèse de l’état de l’art développé dans les

fascicules 2 et 3. Les informations obtenues au cours de cette étude sont autant que possible

regroupées dans des vues schématiques pour une compréhension globale de ces résultats. Les

diagrammes présentés ont été en partie inspirés par des ouvrages de références (Blandin,

1986, Lagadic et al., 1997, 1998, Phillips & Rainbow, 1993), des présentations réalisées par

des experts à l’occasion d’une réunion internationale (Fascule 1 ; Annexe II) et parfois édités

sur internet (e.g. www.esd.ornl.gov/programs/bioindicators).

Ce fascicule de synthèse reprendra les traits majeurs des résultats obtenus lors de cette étude

bibliographique, et les articulera en présentant dans un premier temps les grands concepts

d’utilisation des bioindicateurs, dans un second temps l’état des connaissances en matière

d’outils de bioévaluation, et enfin nos recommandations quant à la réalisation d’un système

idéal d’évaluation de la qualité des eaux littorales.



2. CONCEPT ET UTILISATION D’OUTILS BIOLOGIQUES

La surveillance de la qualité de l'environnement peut se faire suivant deux approches

complémentaires : (i) La détection des polluants et leur quantification ; (ii) l'évaluation des

effets des polluants sur les organismes vivants, soit au niveau des individus, soit au niveau des

populations et / ou communautés. L’accumulation de polluants dans les organismes peut être

le résultat d’une contamination directe depuis le milieu, ou d’une « bio-magnification » au

sein des réseaux trophiques. La détection d’un marqueur de stress peut être le résultat d’effets

combinés de paramètres physico-chimiques, biologiques (compétition pour l’espace, pour la

ressource, etc…) et de contaminants.

Disponibilité d’un habitat

Compétition

Variations de température

Ressource alimentaire

Variables physico-chimiques

Contaminants

Réponses intégrées Succès de

reproduction Croissance

Réponse au niveau de la population

Facteurs de stress d’un organisme

AUTRES STRESS ENVIRONNEMENTAUX

CO

NTA

MIN

ANTS

Piscivores

Planctonophages

Zooplancton

Omnivores

Détritivores

Invertébrés benthiques

Algues Détritus

Apports de matière organique

Voies de transmission de la contamination au sein des réseaux trophiques



QUE SONT LES BIOINDICATEURS ?

Une multitude de mesures de la santé des organismes à plusieurs niveaux d’organisation biologique et différentes échelles de temps.

Le diagramme précédent montre que l’emploi d’indicateurs écologiques permet une bonne

évaluation des effets à long terme sur les populations et / ou les communautés, et que les

marqueurs biochimiques et moléculaires sont les plus à même de donner une réponse précoce

à un stress. Cependant les liens symbolisés par cette figure entre les différentes réponses

biologiques, qui s’expriment, suivant le stress, depuis l’heure jusqu’à l’année, ne sont que très

rarement connus.



Si ces connaissances sont suffisantes, il est alors possible d’utiliser les mesures d’effet au

niveau infra-individuel (marqueurs physiologiques, biochimiques voire moléculaires) pour

évaluer et surtout prévenir précocement les impacts de la contamination.

L'intérêt de la mise en place de grilles de qualité, utilisant une collection de bioindicateurs,

repose sur la nécessité de prendre en compte des effets de la contamination sur

l'environnement à court, moyen et long terme, et de définir les liens existant entre effets

toxicologiques et écologiques.

ECHELLE DE TEMPS

Biochimie

Molécules

Physiologie

Reproduction

Métabolisme

Histopathologie

Croissance

Structure des populations

Succès d’une population

INFRA-INDIVIDUEL

INDIVIDUEL POPULATION

heures

jours

mois

années

EVALUATION DE LA QUALITE DE L’ENVIRONNEMENT

STRESS ENVIRONNEMENTAL



Ainsi, les bioindicateurs peuvent être utilisés dans des programmes de surveillance des

milieux aquatiques pour :

émettre des signaux précoces de problèmes environnementaux ;

identifier les relations de cause à effet entre les facteurs d’altération et les effets

biologiques ;

évaluer l’état de stress global de l’environnement à travers différentes réponses

d’organismes indicateurs ;

évaluer l’efficacité de mesures réparatrices sur la santé des systèmes biologiques.

Face à un stress, l’état physiologique d’un organisme peut être caractérisé par trois niveaux

majeurs de stress. Ces niveaux sont déterminés en fonction des dommages causés par les

facteurs de stress :

Dommages importants non réparables 3

Dommages réparables 2

Stress 1

Ok

Réparation

Compensation Non compensation Homéostasie

AFFAIBLISSEMENT

Mort

Mal

adie

Santé

DE

STA

BIL

ISA

TIO

N



Les techniques biologiques d’évaluation peuvent être utilisées pour caractériser l’état

physiologique des organismes dans chacun des 3 niveaux de stress. Les indicateurs de niveau

1 sont les plus sensibles et les plus précoces.

DES BIOINDICATEURS REPRESENTATIFS DE CHAQUE NIVEAU DE STRESS

NIVEAU 1

NIVEAU 2

NIVEAU 3

TRES SENSIBLE

MOYENNEMENT

SENSIBLE

PEU SENSIBLE

Enzymes de détoxication Histopathologies Paramètres de la population

Dommages à l’ADN Immunologie Paramètres de la

communauté

Métabolites dans la bile Energie Altération du sex-ratio

Enzymes anti-oxydantes Indices de condition Altération du régime

alimentaire

Paramètres sanguins Croissance Relations entre les niveaux

trophiques

Protéines de stress Reproduction

Parallèlement à l’application de techniques d’évaluation de la qualité globale du milieu, une

batterie de biomarqueurs peut être déployée de manière à tenir compte de la nature complexe

de la contamination.

Contaminants Sources Biomarqueurs potentiels Hydrocarbures et pétroles Puits de pétrole, industrie

du pétrole, trafic maritime, accidents

CYP1A, Métabolites des HAP

Métaux lourds Extraction de minerais, métallurgie, agriculture

MT, HSP, Marqueurs de stress oxydants

Pesticides Agriculture, industries, zones de loisirs

CYP1A, AChE, HSP, GST, Vitellogenine

Organochlorés Activité industrielle, transformateurs, combustion, déchets toxiques, etc.

CYP1A, HSP, GST, Vitellogenine, Stress oxydant

Hydrocarbures polyaromatiques

Métallurgie, combustion CYP1A, HSP, GST, Métabolites des HAP, dommages à l’ADN

TBT Peintures antifouling, ports, etc.

Imposex

Alkyl phénols Détergents industriels, plastiques, etc.

Vitellogenine



Aucune de ces approches ne se suffit à elle-même pour fournir des informations fiables et

complètes sur l'état de l'environnement. Il est aujourd'hui admis que c'est de l'association de

ces différentes approches biologiques couplées avec des mesures de paramètres physico-

chimiques que dépend une évaluation pertinente de la qualité de l'environnement marin.

L’illustration suivante montre comment pourraient s’articuler les différentes méthodes

d’évaluation.



Parmi les approches biologiques d’évaluation de la qualité du milieu marin, on peut

considérer que les marqueurs non spécifiques, fournissant des renseignements sur la santé

globale de l’organisme, et les indicateurs écologiques peuvent être utilisés comme systèmes

d’alarme. Pour identifier les sources de contamination, deux voies sont possibles:

• Les marqueurs spécifiques représentent à la fois un moyen de mesure des effets au niveau

infra-individuel, et une méthode d’identification de la contamination, peu précise, mais

relativement peu onéreuse.

• Les dosages de contaminants dans des organismes aquatiques donnent une image

beaucoup plus précise des niveaux de contamination du compartiment biologique, mais

nécessitent des moyens financiers et matériels beaucoup plus importants.



3. ETAT DE L’ART DE LA BIOEVALUATION

3.1. UTILISATION DE BIOACCUMULATEURS COMME SUPPORT

D’ANALYSE CHIMIQUE

Tous les types de contaminants sont détectables dans la matière vivante. Les bioindicateurs

idéaux doivent répondre à plusieurs critères de sélection :

_ Etre des espèces opportunistes, tolérantes faces aux perturbations de

l'environnement.

_ Etre sédentaires et abondants sur les sites à étudier.

_ Etre faciles à récolter et à identifier.

_ Accumuler et non pas réguler les contaminants.

Avant de les employer, on doit bien connaître les cinétiques d'accumulation, et en particulier

maîtriser les facteurs influençant sur l'absorption ou l'élimination des contaminants

(température et salinité de l'eau, métabolisme de l'organisme utilisé).

Une question que l'on peut se poser est : "indicateurs de quoi". En effet, les polluants

occupent tous les compartiments du milieu marin : l'eau, les sédiments, le compartiment

biologique. Du mode de vie de l'organisme dépend l'image qu'il va donner de la

contamination. Une algue est susceptible d’accumuler les polluants sous forme dissoute et va

intégrer une tendance générale de contamination du milieu. Parmi les filtreurs, les bivalves

sont les organismes sentinelles les plus évidents. Le mode de fonctionnement de ces

organismes est bien connu, et leur emploi comme organisme sentinelle est internationalement

admis. Généralement, ils reflètent bien les niveaux de contamination observés dans l'eau ou

les sédiments, mais leur mode de vie leur confère une plus grande capacité à mesurer des

phénomènes relativement courts et marqués, plutôt que de grandes tendances spatiales ou

temporelles. Parmi les inconvénients de l’utilisation des bivalves dans les réseaux de

surveillance, on peut citer leur durée de vie trop courte, et leur métabolisme fluctuant qui peut

influencer l'accumulation des contaminants.

Pour pallier aux limites d’utilisation des populations sauvages de bivalves, l’IFREMER et

l’Agence de l’Eau RMC ont développé un programme de transplantation de moules en

Méditerranée. Les campagnes de 1996 et 1998 ont permis l’élaboration et la validation des



« stations artificielles de moules » à l’échelle d’une façade maritime. Ce nouveau concept

est aujourd’hui prêt à être intégré dans les systèmes d’évaluation de la qualité des eaux

littorales.

Les spongiaires sont aussi des filtreurs actif, mais utilisent une plus large gamme de

particules que les mollusques bivalves. Leur régime alimentaire est composé majoritairement

de bactéries de moins de 2 µm mais aussi de matières organiques dissoutes. Les spongiaires

peuvent donc refléter les niveaux de contamination, à la fois des compartiments dissous et

particulaires. Plusieurs exemples ont montré le potentiel de ces organismes comme

indicateurs écologiques, bioaccumulateurs de polluants et matrice de recherche de marqueurs

biochimiques. Compte tenu de leur large distribution géographique et bathymétrique, de leur

faible niveau de différentiation tissulaire, de leur capacité à capter à la fois du dissous et du

particulaire, ces organismes peuvent apporter des informations complémentaires des bivalves

et peut-être pallier à certaines de leurs limites (Perez, 2000a et b).

D'autres organismes intervenant à un niveau plus avancé du réseau trophique peuvent aussi

jouer un rôle dans l'évaluation de la qualité de l'environnement. Ce rôle peut être joué par

d'autres filtreurs, utilisant du phyto- ou du zooplancton pour se nourrir (cnidaires et crustacés

cirripèdes) ou par des organismes brouteurs, racleurs, prédateurs, nécrophages (échinodermes,

vers polychètes, crustacés décapodes, poissons, etc.). On a alors une bio-concentration de la

pollution dans les échelons supérieurs du réseau trophique. Les questions que l’on se pose

alors doivent être : (i) veut-on déterminer précocement les niveaux de contamination à l’aide

de « pièges à particules biologiques » ? (ii) veut-on avoir une idée de l’impact de cette

contamination sur l’ensemble du réseau trophique ?

De notre point de vue, les organismes sentinelles doivent être utilisés pour déterminer le plus

tôt possible une contamination. Mesurer les niveaux de contamination d’organismes situés à

des échelons élevés des réseaux trophiques n’a d’intérêt que pour des raisons de santé

publique ou pour contribuer à l’étude de l’impact de la pollution sur l’ensemble d’un

écosystème.

Dans l’optique d’une couverture globale des sources de contaminants de l’environnement,

trois groupes d’organismes sont recommandables pour une intégration à court ou moyen

terme dans un système d’évaluation de la qualité du milieu marin :



Les végétaux : algues et phanérogames marines

Ο sources dissoutes de contaminants

Les invertébrés filtreurs : bivalves et spongiaires

Ο sources particulaires et dissoutes de contaminants.

Les détritivores : vers polychètes et crustacés

Ο contaminants accumulés dans les sédiments.



Caractère opérationnel

Moules (Mytilus sp.), poissons (Gadus morhua, Limanda limanda, Platichtys flesus, callionymus lyra), mammifères marins (lard de différentes espèces dont Tursiops truncatus)

Moules (Mytilus sp.), poissons (Gadus morhua, Limanda limanda, Platichtys flesus, callionymus lyra), mammifères marins (autopsie de différentes espèces dont Tursiops truncatus)

Moules (Mytilus sp.), poissons (différentes espèces commerciales, dont Mullus barbatus et Serranus sp.), mammifères marins (autopsie de différentes espèces dont Tursiops truncatus)

1 : applicable 2 : à développer 3 : prometteur 4 : à rechercher

Moules, huîtres, poissons (Limanda limanda, Platichtys flesus, Callionymus lyra)

Moules (Mytilus galloprovincialis)

Spongiaires (Spongia officinalis, Suberites domoncula), poissons (Mullus barbatus, Serranus sp.)

Mét

aux

lour

ds spongiaires, vers polychètes, crustacés (espèces à identifier)

Algues (Enteromorpha spp, Ascophyllum nodosum, Fucus spp)

Phanérogames (Posidonia oceanica)

Algues, vers polychètes, crustacés (espèces à déterminer)

Algues (Ascopyllum nodosum, Fucus vesiculosus)

Phanérogames (Posidonia oceanica)

Algues (espèces à déterminer)

Rad

io-é

lém

ents

O

rgan

o-m

étal

lique

s PC

B, D

DT

et

mét

abol

ites,

pest

icid

es

Moules (Mytilus sp.), poissons (différentes espèces commerciales, dont Mullus barbatus et Serranus sp.), mammifères marins (lard de différentes espèces dont Tursiops truncatus)

Spongiaires, vers polychètes, crustacés (espèces à identifier)

Hyd

roca

rbur

es (d

ont P

AH

et

mét

abol

ites)

Spongiaires, vers polychètes (espèces à identifier)

4 3 2 1

BIOACCUMULATEURS DE CONTAMINANTS MANCHE & ATLANTIQUE MEDITERRANEE

TBT – moules MeHg et TBT – poissons



3.2. EVALUATION ECOLOGIQUE DE LA QUALITE D’UN ENVIRONNEMENT

MARIN

Ces techniques paraissent moins onéreuses que l’analyse de contaminants dans la matière

vivante. Cependant, l’évaluation de la qualité par l’utilisation de bioindicateurs écologiques

demande souvent, et quels que soient les groupes d’organismes étudiés, des moyens en

personnels et en temps importants. Généralement, ces études nécessitent l’intervention de

naturalistes et écologues spécialistes pour les déterminations. Le temps passé sur le terrain est

également très important.

La majorité des grands groupes d’organismes marins a été utilisée pour des caractérisations

écologiques de la qualité de l’environnement. De nombreuses études de structure des

peuplements en rapport avec une perturbation anthropique ont identifié des espèces ou

groupes d’espèces particulièrement informatifs sur la qualité du milieu. Cependant peu

d’indices écologiques sont aujourd’hui opérationnels. Les démarches de simplification de

l’outil écologique pour l’évaluation de la qualité sont peu nombreuses, et mériteraient donc

amplement d’être encouragées.

A ce jour, la majorité des approches simplifiées s’adressent aux peuplements de substrats

meubles. Parmi les techniques les plus opérationnelles, deux sont particulièrement

intéressantes :

• L'indice trophique (IT) de Word (1990), développé pour évaluer l'impact de la pollution

organique sur les milieux côtiers californiens et repris pour une application en milieux

côtiers britanniques (Codling et Ashley, 1992) apparaît comme le plus opérationnel. L'IT

fait aujourd'hui l'objet d'une adaptation au contexte méditerranéen. Il a déjà été appliqué

avec succès à l'impact de l'émissaire de la station d'épuration de Toulon au cap Sicié

(champ proche) et à la qualité des fonds du golfe d'Aigues Mortes (champ moyen) où il

permet de mettre en évidence des gradients d'enrichissement organique. Cet indice peut

être considéré aujourd'hui comme opérationnel. Son adaptation à une zone donnée

suppose simplement d'attribuer les espèces rencontrées à un groupe trophique. Cet indice

est probablement mieux adapté à l’étude de gradients prononcés qu’à des études en

champs moyen ou lointain1.

1 Champ proche = zone présentant un gradient de pollution très prononcé dont on peut clairement identifier la source ; champ moyen = zone sous influence de plusieurs sources de pollution ; champ lointain = zone dont le niveau de pollution correspond au bruit de fond.



• Le travail sur les foraminifères du LEBIM : malgré leur petite taille, ces protozoaires

benthiques peuvent être de bons candidats pour l’évaluation de la qualité des substrats

meubles. Certaines espèces sont considérées comme cosmopolites, et le groupe est bien

représenté dans toutes les aires géographiques. Cette approche peut s’avérer très utile en

milieu portuaire et estuarien ; elle est d’ailleurs régulièrement employée sur la façade

Atlantique. Un indice appelé « indice de confinement » (Debenay, 1995) est opérationnel

en milieu tropical et nécessiterait une adaptation pour être appliquée en aires tempérées.

En substrats durs, plusieurs approches ont été développées, sans être par la suite normalisées :

• L’indice IAP de Bellan (1980, 1984) utilisant les Polychètes, appliqué à de nombreuses

reprises sur le littoral français, et principalement sur le champ proche ;

• L’indice amphipodes de Bellan-Santini (1981) mis au point en Méditerranée,

• L’indice IP proposé par Belsher (1979) pour les macroalgues en Méditerranée.

La simplification structurale des peuplements de macroalgues de milieux pollués permet

d'envisager l'étude de ce degré d'altération pour la caractérisation de la qualité du milieu.

Quelques voies de recherche sont envisageables et prometteuses : le suivi de la stratification

des peuplements algaux en fonction du degré de perturbation, l'inventaire des peuplements

d'un étage littoral donné pour un classement en catégories diversement altérées le long d'un

littoral. Ces méthodes en privilégiant les aspects structuraux des peuplements

(indépendemment de la composition spécifique), permettent d'envisager la mise au point d'un

outil généralisable à différentes façades maritimes.

Une démarche similaire est en cours dans le cadre d’un programme national sur les

bioindicateurs de substrats durs, et concerne les grands bryozoaires « ascophores dressés ».

Les poissons sont les organismes qui suscitent le plus grand intérêt des usagers de la mer. Ils

sont couramment employés pour des dosages de contaminants ou des mesures d’effets

biologiques. Cependant, leur utilisation pour une évaluation écologique de la qualité du milieu

marin n’est pas aisée, compte tenu de l’interaction de nombreux facteurs sur la composition

des peuplements (effort des pêches professionnelle et amateur, fréquentation, pollution,

facteurs physico-chimiques, migrations, etc.). A ce jour, aucune méthode d’évaluation par les

peuplements de poissons n’est opérationnelle.



Enfin, la valeur du patrimoine sous-marin est aujourd'hui intégrée dans la plupart des études

conduisant à la mise en place de schémas d'aménagement du littoral, de contrats de baies ou

d'observatoire du littoral. Pourtant les approches méthodologiques proposées conduisent

rarement au développement ou à l'utilisation de véritables outils standardisés d'évaluation puis

de suivi. Chaque équipe d'intervenants possède sa propre approche, basée la plupart du temps

sur des inventaires plus ou moins exhaustifs d’espèces remarquables et / ou déterminantes,

et excluant généralement une vision globale et intégrée de ce patrimoine. Il semble donc

nécessaire aujourd'hui d'établir les bases d'une véritable évaluation du patrimoine sous-marin,

en s’appuyant sur des outils fiables permettant le suivi de sa dégradation ou de sa restauration.

De la même manière, un certain nombre d’espèces sont suffisamment informatives pour

donner une image de la qualité du milieu où elles prospèrent. Il peut s’agir d’espèces

autochtones proliférantes dans des conditions trophiques particulières, ou d’espèces

allochtones invasives.



Le diagramme suivant présente la synthèse des approches écologiques les plus

opérationnelles.

4 3 2 1

APPROCHES ECOLOGIQUES MEDITERRANEE MANCHE & ATLANTIQUE

Phanérogames : Posidonia oceanica

Phanérogames : Zostera spp.

Vers polychètes : Capitella capitata, Malacoceros fuliginosa, Cirriformia tentaculata, Dorvillea rudolphii

Spongiaires : Cliona celata, Cliona viridis

Crustacés amphipodes : Jassa falcata, Podocerus variegatus

Macroalgues : Fucales, Ulvales

Crustacés copépodes : Acartia spp., Podon spp.

Espè

ces (

ou g

roup

es d

’esp

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) bi

oind

icat

rice

s

Indice Annélidien de Pollution (IAP)

Indice Trophique (IT)

Indice de confinement (IC, Foraminifères)

Phytoplancton

Indi

ces b

iotiq

ues

Zooplancton

Macro-échinodermes

Foraminifères

Spongiaires

Macroalgues

Bryozoaires

Gorgonaires Stru

ctur

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s peu

plem

ents

et d

es c

omm

unau

tés


Caractère opérationnel



3.3. MESURES DES EFFETS BIOLOGIQUES DES STRESS

ENVIRONNEMENTAUX

L’unité biologique du monde vivant rend possible l’utilisation des mêmes types de

biomarqueurs chez des organismes appartenant à des groupes taxonomiques très variés du

règne animal et végétal. La possibilité de mesurer des biomarqueurs qui remplissent des

fonctions similaires chez des organismes très différents donne en théorie accès à l’ensemble

des compartiments de la biosphère afin d’y déceler la présence de polluants et éventuellement

d’évaluer les effets de ces derniers sur les animaux et les végétaux.

Les biomarqueurs peuvent être classés selon deux approches (cf. fasc. 2) :

Les marqueurs d’exposition et les marqueurs d’effets,

Les marqueurs de qualité générale et les marqueurs spécifiques d’un contaminant.

Les marqueurs spécifiques offrent la possibilité d’une part d’identifier un type de

contamination et d’autre part de mesurer les effets de cette contamination sur les organismes.

De la même manière que les tests de toxicité, les marqueurs de qualité globale peuvent servir

de système d’alarme d’un organisme ou d’une population. Comme les tests de toxicité sub-

létale, ils peuvent donner, avec une meilleure sensibilité, une indication des effets de la

contamination.

Une bonne évaluation de la qualité par les biomarqueurs passe par la validation d’un certain

nombre d’entre eux. De nombreuses réunions d’experts ont lieu chaque année, et permettent

de valider régulièrement l’intérêt de nouvelles techniques. La plus récente s’est déroulée à

Copenhague en novembre 1998. Cette réunion a permis de valider les techniques les plus

prometteuses et a donné lieu à une proposition de programme d’application pilote du concept

de biomarqueurs. Ce programme sera proposé pour un financement européen dans le courant

de l’année 1999. Au niveau national aussi, certaines techniques vont faire l’objet d’une

application pilote dans le cadre du RNO. Seront étudiés durant deux années dans la moule :

Cytochrome P4501A (BaP hydroxylase), Acétylcholinestérase, Stabilité lysosomale, Adduits

à l’ADN, Indice de condition, Malformation des gonades, et système MXR.

Compte tenu des programmes d’intercalibration de ces méthodes en cours et des applications

pilotes à venir, les diagrammes qui suivent font la synthèse de ce qui pourrait être



opérationnel à court ou moyen terme. Autant que faire se peut, la distinction de niveau

d’opérationnalité des méthodes sera aussi faite en fonction de la façade maritime, et surtout

des modèles animaux utilisables (cf. fascicule 3).

Caractère opérationnel Test Comète – moules et hépatocytes de poissons

Fragmentation de l’ADN - moules

Fragmentation de l’ADN – Spongiaires et autres invertébrés (identifier les meilleures espèces)

Stabilité des membranes lysosomales – moules et hépatocytes de poissons

Stabilité des membranes lysosomales – identifier de nouvelles espèces

Protéines de choc thermique – moules et autres invertébrés (espèces à identifier)

Système de résistance multixénobiotique – moules et autres invertébrés (espèces à identifier)

« Scope for Growth » - mollusques bivalves (moules, huîtres et autres)

Test « stress sur stress » - moules

Maladies cutanées – espèces commerciales, poissons plats (flet, limande, etc.)

Test de toxicité sub-létale (effluents et délais de dragages) –larves d’invertébrés (moules, huîtres, vers polychètes)

Gén

otox

ixité

C

ytot

oxic

ité

Prot

éine

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stre

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Mét

abol

ism

e

4 3 2 1

BIOMARQUEURS DE QUALITE GLOBALE

(TOUTE ZONE GEOGRAPHIQUE)




Caractère opérationnel Métallothionéines – poissons (Flet, limande, dragonnet, hépatocytes)

Métallothionéines – moules, huîtres

Métalloprotéines – autres invertébrés bioaccumulateurs

Adduits à l’ADN – poissons (morue, flet)

Adduits à l’ADN – moules

Cytochrome P450, EROD – poissons (limande, flet, plie, turbot, dragonnet, hépatocytes)

Acétylcholinestérase – poissons (limande, flet, dragonnet)

IMPOSEX – mollusque gastéropode (Nucella lapilus)

Mét

aux

lour

ds

Hyd

roca

rbur

es

pol

yaro

mat

ique

s

Métabolites des HAP dans la bile – poissons (morue, flet, turbot)

Cytochrome P450, BaPMO - moules

Autres activités enzymatiques du système MFO – poissons et invertébrés bioaccumulateurs

Org

anoc

hlor

és (P

CB

, DD

T)

Acétylcholinestérase – mollusques bivalves, crustacés

4 3 2 1

Pest

icid

es

Org

anom

étal

lique

s TB

T BIOMARQUEURS SPECIFIQUES

(MANCHE ET ATLANTIQUE) 1 : applicable 2 : à développer 3 : prometteur 4 : à rechercher



Caractère opérationnel Métallothionéines – poissons (rascasses, sars)

Métallothionéines – moules, hépatocytes de poissons

Métalloprotéines – autres invertébrés bioaccumulateurs

Adduits à l’ADN – poissons (rouget, serrans)

Adduits à l’ADN – moules

Cytochrome P450, EROD – poissons (rougets, serrans, hépatocytes)

Acétylcholinestérase – poissons (rougets, serrans)

IMPOSEX – mollusque gastéropode (espèces à déterminer)

Mét

aux

lour

ds

Hyd

roca

rbur

es

pol

yaro

mat

ique

s

Métabolites des HAP dans la bile – poissons (espèces à déterminer)

Cytochrome P450, BaPMO - moules

Autres activités enzymatiques du système MFO – poissons et invertébrés bioaccumulateurs

Org

anoc

hlor

és (P

CB

, DD

T)

Acétylcholinestérase – mollusques bivalves, crustacés (espèces à déterminer)

4 3 2 1

Pest

icid

es

Org

anom

étal

lique

s TB

T BIOMARQUEURS SPECIFIQUES

(MEDITERRANEE) 1 : applicable 2 : à développer 3 : prometteur 4 : à rechercher



4. RECOMMANDATIONS

4.1. CONCEPT D’UNE STRATEGIE IDEALE DE BIOSURVEILLANCE DE

QUALITE DU MILIEU MARIN

Tout ce qui a précédé avait pour objectif de réaliser un recensement des techniques

biologiques disponibles ou envisageables pour la création du SEQ littoral. A partir de cet état

des connaissances, une bonne stratégie de surveillance doit intéger le meilleur rapport

« qualité / prix ». Le dernier volet de cette étude consiste donc à présenter le concept d’une

stratégie idéale de biosurveillance. Compte tenu de tout ce qui a été énoncé précédemment,

cette stratégie doit se décomposer en plusieurs phases :

Phase 1 : Détection précoce d’une perturbation Cette phase doit impliquer les techniques les plus économiques et les plus globales possible.

L’observation dans le milieu d’espèces particulièrement indicatrices d’une perturbation

peut permettre de signaler un problème environnemental.

Des tests de toxicité sub-létale ou des marqueurs non spécifiques (génotoxicité,

cytotoxicité, protéines de stress, marqueurs de maladie) peuvent donner des signaux

d’alarme plus précoces.

Phase 2 : Identification de la nature de la contamination Cette phase peut impliquer deux types d’approches complémentaires :

Des dosages de contaminants dans la matière vivante, relativement coûteux mais

permettant d’identifier de façon très précise la composition d’un complexe de

contaminants ;

Des recherches de marqueurs spécifiques, moins onéreux, mais moins précis que les

dosages chimiques, qui toutefois permettent aussi de mesurer les effets des contaminants

sur les organismes.

Phase 3 : Suivi à long terme de la qualité du milieu marin Cette phase fait appel à des mesures périodiques d’un certain nombre de paramètres qui

peuvent être écologiques (eg. réseau posidonie, suivi des peuplements benthiques), chimiques

(eg. RNO, Mussel Watch) ou biochimiques (à définir).



4.2. PROPOSITIONS D’UN SYSTEME D’EVALUATION DE LA QUALITE

La combinaison d’approches biologiques et le découpage en trois phases d’évaluation de la

qualité doivent être appliqués aux différents compartiments et plus particulièrement aux

champs proche (zone influencée par un rejet identifié), moyen (zone influencée par les

apports telluriques) et lointain (zone du large). Les schémas suivants présentent les

combinaisons réalisables sur les différentes façades maritimes françaises, en fonction du

caractère opérationnel d’une approche. Ils présentent à la fois les outils directement

intégrables dans le SEQ bio, et ceux qui pourraient l’être à court terme après la fin de

programmes de recherche en cours ou la réalisation de courtes études complémentaires.



4.3. BESOINS EN RECHERCHES COMPLEMENTAIRES

Malgré la disponibilité d’un panel conséquent de techniques d’évaluation, il existe

aujourd’hui peu de connaissances sur les liens entre les images apportées par ces différentes

approches. En particulier, il convient d’identifier les différentes étapes qui mènent de la

manifestation précoce d’un stress au niveau moléculaire à la modification globale d’une

population voire d’un écosystème. Les besoins présentés ci-dessous traduisent aussi des

manques dans la couverture des différents compartiments du milieu marin pour la réalisation

d’une grille de qualité complète.

APPROCHE ECOLOGIQUE

Un indice écologique basé les peuplements de la colonne d’eau (poissons)

Un indice écologique basé sur des peuplements de substrats durs

Des candidats

Macroalgues Bryozoaires

Ascidies Echinodermes

Standardisation d’un protocole d’évaluation de la valeur patrimoniale des fonds marins



DE NOUVEAUX BIOACCUMULATEURS

Validation de l’emploi des algues et des phanérogames comme accumulateurs de polluants dissous dans l’eau de mer

Des candidats

Crustacés (Carcinus maenas) Polychètes (Neanthes arenaeodentata, Nereis spp.)

Validation de l’emploi d’organismes détritivores ou suspensivores comme accumulateurs de polluants piégés dans les sédiments marins

Remarque : les espèces proposées sont d’une part très bien réparties sur l’ensemble du littoral français, et ont d’autre part fait l’objet de plusieurs études écotoxicologiques.

RECHERCHES DE BIOMARQUEURS

En général, valider l’emploi de mesures d’effets biologiques pour évaluer l’état de santé du compartiment biologique

Biomarqueurs dans les espèces de substrats meubles

Des méthodes pour travailler en milieu rocheux de l’infra- et du circalittoral

Recherche de biomarqueurs dans les spongiaires. Mise en évidence des processus de détoxication des polluants organiques et inorganiques (cytochrome P450, métallothionéines, etc.)

Processus d’apparition des nécroses chez les gorgonaires (e.g. marqueurs précoces de stress)

Biomarqueurs dans les bivalves et les poissons



4.4. PERSPECTIVES

L’ensemble de ces documents (fasc. 1 à 4) a présenté des techniques et des organismes qui ont

un rôle à jouer dans la création du SEQ littoral.

De même que le concept d’une espèce unique pour la surveillance de l’environnement marin a

été abandonné, une évaluation précise et globale de l’état santé de l’environnement marin

requiert plusieurs techniques, s’adressant à différents niveaux, de la molécule jusqu’à

l’écosystème. L’idéal serait de réussir à combiner ces différentes approches de manière à

mieux comprendre les mécanismes de perturbation voire de disparition des écosystèmes.

L’enjeu d’un tel système d’évaluation réside dans sa pérennité, la précocité et la sensibilité de

l’information qu’il donne. Avec l’optimisation des structures d’assainissement des eaux usées,

la qualité des milieux récepteurs s’améliore, mais les polluants encore présents sont de plus en

plus insidieux, et parfois véhiculés par des particules très fines. Il convient donc de mettre en

œuvre des outils offrant une bonne sensibilité face à ce type de pollution et de s’intéresser aux

effets qu’elle peut avoir.

Plusieurs outils permettant de mesurer les effets de la contamination sont aujourd’hui

disponibles pour un test à l’échelle du littoral. Les réseaux de surveillance employant des

techniques d’évaluation biologique de la qualité des milieux sont pour le moment très peu

nombreux dans le monde.

Un des problèmes à résoudre avant d’appliquer en routine de tels outils réside dans la

compréhension des liens existants entre les différents niveaux de perturbation. Exemple : liens entre l’affection d’une fonction enzymatique à la modification d’un comportement voire de la

composition d’un peuplement.

D’autre part, il existe un manque de connaissance fondamentale des référentiels pour la

majeur partie des outils biologiques recensés, résultant le plus souvent d’un manque de

connaissance des effets combinés que peuvent avoir les altéragènes entre eux ou avec d’autres

types de paramètres environnementaux. En milieu marin, la température, la salinité, la

turbidité, l’éclairement et l’hydrodynamisme sont probablement parmi les paramètres qui ont



un impact majeur sur les référentiels des outils biologiques envisageables dans le cadre d’un

réseau de surveillance.

Le caractère hautement technique ou spécifique de certaines de ces approches peut aussi en

partie expliquer le manque d’application d’outils biologiques. Mais la vulgarisation de ces

outils doit passer par des applications pilotes.

S’il veut donner la meilleure image possible de la qualité de l’environnement littoral, le SEQ

doit permettre aux approches biologiques les plus prometteuses de combler les déficits en

connaissance et de leur faire passer le cap de la haute technicité.



5. GLOSSAIRE

Acétylcholinestérase (AChE) : enzyme jouant un rôle primordial dans la transmission de

l’influx nerveux. De nombreux contaminants neurotoxiques peuvent être impliqués dans les

phénomène d’inhibition de cette enzyme.

Adduit à l’ADN : addition de produits à l’ADN provoquant des altérations structurales, et

provenant de la métabolisation de xénobiotiques en composés actifs susceptibles de se lier.

Altéragène : entité susceptible d’entraîner chez les organismes vivants une altération des

fonctions biologiques au niveau biochimique, cellulaire, histologique, individuel ou

biocénotique.

Apoptose : mortalité cellulaire brutale se distinguant du processus de nécrose par l’absence

apparente de phénomène déclenchant.

Bioaccumulation : accumulation par les organismes vivants de contaminants présents dans le

milieu ambiant.

Bioamplification (biomagnification) : concentration par les organismes vivants de

contaminants par des voies indirectes (nourriture, etc) jusqu’à des niveaux nettement

supérieurs au niveau de contamination du milieu physique (eau, sédiments)

Bioconcentration : capacité des organismes vivants à accumuler certains contaminants

directement à partir du milieu ambiant.

Bioévaluation : ensemble des procédures à fondements biologiques qui peuvent servir à

l’établissement de diagnostics écologiques.

Bioindicateur (= indicateur biologique) : organisme ou ensemble d’organismes qui, par

référence à des variables biochimiques, cytologiques, physiologiques, éthologiques ou

écologiques, permet, de façon pratique et sûre, de caractériser l’état d’un écosystème ou d’un

écocomplexe et de mettre en évidence aussi précocement que possible leurs modifications,

naturelles ou provoquées (Blandin, 1986).



Biosurveillance (= biomonitoring) : stratégie de surveillance de la qualité des milieux grâce

à des organismes vivants utilisés comme bioaccumulateurs, indicateurs écologiques ou

biomarqueurs.

Caging : méthode consistant à placer en milieu naturel des organismes vivants confinés en

cage de manière à réaliser par la suite des dosages de contaminants ou de biomarqueurs.

Carcinogène : qualifie tout facteur qui provoque le cancer et qui peut être de nature physique,

chimique, bactérienne ou virale.

Coenenchyme : chez les Gorgonaires, c’est le tissu vivant couvrant le squelette corné ou

calcaire. Il comprend notamment l’ensemble des polypes qui forment la colonie.

Cytochromes P450 : enzymes intervenant dans les processus de biotransformation, qui

catalysent l’oxydation et la fonctionnalisation des xénobiotiques. Certains sont inductibles par

des micropolluants de l’environnement, et peuvent être utilisés comme biomarqueurs

(CYP1A, en particulier).

Cytosol : synonyme de hyaloplasme. Milieu cellulaire où baignent tous les organites

cytoplasmiques.

Epiphyte : organisme animal ou végétal qui vit sur un végétal.

EROD : activité enzymatique (7-éthoxyrésorufine-O-déethylase) permettant de mesurer

l’induction du cytochrome P4501A1.

Etage littoral : espace vertical du domaine benthique où règnent des conditions relativement

homogènes auxquelles correspond un peuplement donné. Quelque soit la région du globe, on

rencontre un schéma d’étagement très constant et l’on distingue d’une manière générale :

- un étage supralittoral au dessus du niveau atteint par les hautes mers et les vagues mais

recevant les embruns,

- un étage médiolittoral soumis à une humectation périodique en raison des marées et des

vagues,



- un étage infralittoral toujours immergé ou ne connaissant pas d’émersion prolongée en tant

que phénomène habituel. Cet étage se termine lorsque disparaissent les végétaux photophiles

(algues ou phanérogames),

- un étage circalittoral où ne subsistent que des algues sciaphiles et défini essentiellement

par le peuplement animal. Cet étage s’étend sur le plateau continental.

Génotoxicité : propriété d’un contaminant à altérer les molécules du patrimoine génétique

(ADN et ARN).

Heat Shock Protein (HSP) ou protéine de choc thermique : de la famille des protéines

inductibles par un stress (HSP, Ubiquitine, Métallothionéines, P-glycoprotéines du MXR,

etc.) présentes chez tous les organismes vivants (de la bactérie aux mammifères supérieurs) et

induites par des stress thermiques ou par des altéragènes (métaux, PCB, virus, parasite, etc.).

Hémolymphe : terme générique utilisé pour désigner le liquide du milieu intérieur (« sang »)

des invertébrés.

Hépatocarcinome : tumeur maligne du foie à structure épithéliale prédominante.

Hépatopancréas : glande digestive présente chez les mollusques.

Hyperplasie : augmentation du volume d’un tissu par multiplication cellulaire sans

changement de taille des cellules.

Imposex : apparition de caractères sexuels mâles (pénis) chez les femelles de mollusques

gastéropodes, induite par la contamination par le TBT.

Indicateur écologique : (voir BIOINDICATEUR), dans l’ensemble des indicateurs

biologiques, correspond soit à des populations, soit à des ensembles pluri-spécifiques. Il est

dans ces cas fait appel à des techniques propres à l’écologie.

Intertidal : de l’anglais « tide » (marée), désigne la zone de balancement des marées.



Lépidochronologie : technique permettant de donner un âge en années aux faisceaux de

Posidonia oceanica en utilisant les variations d’épaisseur des écailles (pétiole persistant des

feuilles).

Lymphocystis : Maladie virale reconnaissable par la présence de nodules sur le corps, les

nageoires et parfois dans la bouche des poissons.

Lysosome : organite cellulaire polymorphe des cellules animales et végétales. Les lysosomes

sont limités par une membrane lipoprotéique et contiennent des enzymes (hydrolases).

Métallothionéines : famille de protéines et d’oligopeptides de faible poids moléculaire et

riche en cystéine, susceptibles de se lier aux métaux. Elles se retrouvent dans tout le règne

animal et végétal et interviennent les processus de détoxification et de régulation au niveau

cellulaire.

MFO : « Mixed Function Oxidase system », système enzymatique microsomal intervenant

dans la transformation des xénobiotiques absorbés par l’organisme.

Micronoyaux : aberrations chromosomiques résultant de cassures ou de la désorganisation du

fuseau chromatique. Les micronoyaux séparés du noyau principal sont en fait des fragments

d’ADN.

MXR : Système de résistance multiple aux xénobiotiques, assimilés au système de résistance

multi-drogue des cellules cancéreuses humaines, conférant à la cellule la faculté de résister à

un large éventail de composés cytotoxiques. L’expression d’une P-glycoprotéine du système

MXR, responsable de l’expulsion des toxines exogènes, peut être utilisée comme

biomarqueur.

Neurotoxique : qualifie l’action d’une substance toxique agissant sur le système nerveux.

Nodule : terme général désignant des petites tumeurs sphérique.

Oncogène : gène qui après altération devient capable de transformer une cellule normale en

cellule tumorale.



Osmorégulation : régulation de la pression osmotique intérieure par échanges d’eau et de

sels minéraux avec le milieu extérieur.

Papillome : tumeur bénigne en forme de papille, se développant sur la peau ou les

muqueuses.

PCB : abréviation de Poly Chloro Biphényl. Famille d’Hydrocarbures halogénés largement

utilisé par l’industrie (lubrifiants, peintures, plastifiants, condensateurs, etc).

Photoautotrophe : organisme capable de subvenir à ses besoins métaboliques à partir de

sources de matières nutritives exclusivement minérales et en employant comme source

d’énergie le rayonnement solaire.

Prénéoplasie : processus de formation de tissu nouveau menant à l’apparition d’une tumeur.

Rhizome : tige des végétaux vasculaires, rampante et souvent enfoncée dans le substrat.

Stabilité lysosomale : Test visant à évaluer l’intégrité de la membrane des lysosomes de la

cellule.

Stress : ensemble de perturbations biologiques provoquées par une agression quelconque sur

un organisme et des réponses de celui-ci.

Subtidal : de l’anglais « tide » (marée), désigne la zone en dessous de la zone de balancement

des marées.

Test comète : Technique de mesure du niveau de fragmentation de l’ADN. Elle ne nécessite

pas au préalable d’extraction de l’ADN.

Test « Stress sur Stress » : temps de survie à l’air ; technique de mesure de l’état de stress

global d’un lot de moules.



Vitellogénine : lipoprotéine plasmatique, précurseur du vitellus de l’œuf. L’élévation du taux

plasmatique de cette protéine chez les mâles, constitue un biomarqueur sensible et spécifique

des substances « oestrogeno-mimétique ».

Xénobiotique : molécule non produite par les organismes vivants, provenant des activités

humaines, présente dans le milieu extérieur et susceptible d’être accumulée par ces

organismes et / ou d’y provoquer des altérations d’ordre, biologique, physiologique et

biochimique.

fascicule-4

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