Pollution des eaux : une nouvelle génération de bioindicateurs à l’échelle microbienne

L’écotoxicologie appliquée aux communautés aquatiques microbiennes ouvre de nouvelles perspectives dans le champ de l’évaluation de la qualité des milieux aquatiques. 2 équipes d’Irstea se sont spécialisées dans cette discipline en émergence et ont développé une méthode originale qui permet de relier le degré d’exposition aux effets sur les communautés microbiennes ; une méthode actuellement testée dans le cadre du plan Ecophyto 2.

L’écotoxicologie microbienne est une discipline émergente, née au début des années 2000. Ses contours ? Etudier les effets de pollutions chimiques sur les communautés microbiennes et le rôle des microorganismes dans la dynamique des polluants (transfert, dégradation, transformation, etc.). Une discipline à l’interface entre l’écologie microbienne et  l’écotoxicologie, à laquelle se frotte des équipes scientifiques d’Irstea depuis plus de 10 ans.

Suivre les effets des toxiques

Jusqu’à présent, les recherches menées portaient essentiellement sur l’étude des changements dans les communautés microbiennes vivant dans les biofilms (couches visqueuses et glissantes à la surface des cailloux au fond des rivières constituées majoritairement de micro-algues) au contact de polluants, tels que des pesticides et des métaux.

A partir de 2010, et afin d’élargir l’éventail des toxiques étudiés, les chercheurs se sont intéressés à d’autres compartiments aquatiques, comme les litières végétales immergées, riches en champignons et donc sensibles aux fongicides (substance conçue notamment pour éliminer ou limiter le développement des champignons parasites des végétaux), ou encore les sédiments où s’accumulent certaines molécules comme les PCB.

Afin de suivre les effets des toxiques, les chercheurs ont développé différentes approches pour étudier à la fois :

  • les changements structurels des communautés microbiennes provoqués dans des biofilms par des pollutions toxiques en évaluant leur impact sur la biodiversité au sein de populations de  diatomées et de bactéries,
  • et les conséquences fonctionnelles sur leur capacité à effectuer la photosynthèse ou à contribuer aux cycles biogéochimiques [1]. et aux récyclages des nutriments.

Pour aller plus loin et se placer dans des conditions environnementales proches de la réalité, les biologistes ont également développé des approches multi-stress. De récents travaux de thèse, respectivement encadrés par Stéphane Pesce et Soizic Morin aux centres Irstea de Lyon-Villeurbanne et de Bordeaux ont permis par exemple d’étudier l’influence de la température sur les effets du cuivre sur des biofilms, ou encore de la matière organique dissoute sur la toxicité des pesticides sur des micro-algues.

PICT, une méthode originale

En parallèle, des outils de surveillance ont été développés pour suivre l’évolution de la qualité des milieux aquatiques, et notamment la méthode PICT (Pollution Induced Community Tolerance). Elle consiste à détecter la présence d’une pollution et ses effets sur les communautés microbiennes naturelles en mesurant leur niveau de tolérance aux toxiques suspectés dans le milieu.

Une communauté exposée à un polluant voit sa structure évoluer au cours du temps. Les micro-organismes les plus sensibles disparaissent au profit des plus résistants ; on peut alors observer une chute de la diversité d’espèces présentes. La communauté résultante présente dans son ensemble un niveau de tolérance plus élevé que celle d’une communauté semblable n’ayant jamais été exposée ; une tolérance mesurable via des tests biologiques de toxicité réalisés en laboratoire sur différentes fonctions (activité respiratoire, activité photosynthétique, etc.) et qui renseigne donc sur le degré de pollution des milieux.

Canaux © Irstea / B.Motte

"Grâce à la méthode PICT, nous mettons au point des outils pour évaluer les effets écologiques d’une pollution. Une avancée, car jusqu’à maintenant seuls les niveaux de pollution sont en général mesurés sans appréhender leur impact sur les communautés aquatiques naturelles."

Stéphane Pesce, chercheur en écotoxicologie microbienne à Irstea

 

Une méthode originale qui permet de bénéficier d’une approche temporelle de l’état du cours d’eau : il est en effet possible de déterminer si une pollution a eu lieu, grâce aux effets physiologiques et de structure qu’elle a induits et qui sont mesurés sur les microorganismes présents naturellement dans le milieu. Autre atout : la réponse relève d’un ensemble de populations et non d’une seule espèce, elle offre donc un meilleur reflet de la réalité environnementale.

Le caractère opérationnel de ce type d’approche réalisée dans des biofilms est actuellement évalué dans le cadre du plan Ecophyto 2 (2016-2018) pour suivre l’évolution de la qualité écologique des rivières dans un contexte de pollution aux pesticides. Un projet financé par l’Onema (2017-2018) va également permettre aux équipes de mettre en œuvre les approches PICT dans les sédiments, actuellement peu pris en compte dans les démarches d’évaluation de la qualité des milieux aquatiques.

 

Un nouveau réseau pour une discipline en émergence

Co-fondé en 2013 par Stéphane Pesce (Irstea) et Fabrice Martin-Laurent (Inra), le réseau d’écotoxicologie microbienne (EcotoxicoMic) a obtenu en avril 2015 le label RTP (réseau thématique pluridisciplinaire) auprès du CNRS avec le soutien d’Irstea et de la fondation Rovaltain.

A l’interface entre l’écologie microbienne et  l’écotoxicologie, 2 disciplines bien représentées en France, l’écotoxicologie microbienne était jusqu’à présent une discipline peu reconnue, regroupant une communauté éparpillée de chercheurs. Le réseau EcotoxicoMic a été mis en place afin de fédérer cette communauté et améliorer la visibilité de la discipline. Il rassemble aujourd’hui plus de 115 membres répartis dans 40 laboratoires de recherche publics français, 8 structures privées mais aussi plusieurs laboratoires étrangers (Canada, Suisse, Espagne et Mexique). 

A terme le réseau devrait contribuer à la définition d’objectifs scientifiques communs, à l’échelle nationale voire internationale. Pour l’heure, le RTP a organisé en mars 2016 les 3e journées d’écotoxicologie microbienne et un site internet a été créé. Le premier congrès international entièrement dédié à l’écotoxicologie microbienne sera organisé à Lyon en novembre 2017.

 

En savoir plus

[1] Processus de transport et de transformation cyclique d'un  composé chimique entre la géosphère, l'atmosphère, l'hydrosphère, le tout incluant la biosphère.