L’écosystème désigne l’ensemble formé par une association ou communauté d’êtres vivants (ou biocénose) et son environnement biologique, géologique, édaphique, hydrologique, climatique, etc. Les éléments constituants un écosystème développent un réseau d’échange d’énergie et de matière permettant le maintien et le développement de la vie (Fischesser et Dupuis-Tate, 2007). La structure des écosystèmes, qui inclut la biodiversité, aussi les interactions inter-spécifiques et les facteurs abiotiques, influence le fonctionnement des écosystèmes, notamment la biomasse, la production, la stabilité et la résistance des écosystèmes aux invasions biologiques (Thévenot, 2013).
La totalité des écosystèmes de la planète sont désormais affectés d’une façon ou d’une autre par le développement des sociétés et les rejets agricoles, urbains et industriels pouvant mener à de hauts niveau de pollution dans les écosystèmes marins côtiers (Smolders et al., 2003 ; De Jonge et al., 2013 ; Rao et al., 2007 ; Batista et al., 2014). Les rejets d’origine urbaine, agricole et industrielle altèrent les communautés et affectent les organismes qui les composent (Boening, 1999 ; Webb et al., 2002 ; Azzoni et al., 2005). Les zones portuaires, qui comptent parmi les régions côtières les plus polluées, menacent les communautés benthiques et pélagiques (Bulleri et Chapman, 2010). Au cours des dernières décennies les zones côtières ont été le théâtre d’un développement accéléré s’accompagnant inévitablement de répercussions sur l’environnement en général et sur le milieu marin en particulier. En effet, qu’il s’agisse de développement urbain, industriel, agricole ou touristique, l’activité humaine exerce une pression de plus en plus grande sur les milieux marins (Daby, 2006 ; Huang et al., 2007 ; Rao et al., 2007).
Pollution marine et contamination chimique par les métaux lourds
Le milieu marin, biotope particulièrement riche est caractérisé à la fois par une remarquable stabilité de ses propriétés fondamentales et une grande variabilité de ses microconstituants. L’eau de mer contient en solution des combinaisons de tous les éléments chimiques, mais seulement certains d’entre eux, au nombre de douze ont des concentrations égales ou supérieures au mg.L⁻¹ . Ces douze éléments majeurs interviennent pour 99,4% en masse du total de la croûte terrestre (O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, Ti, H, P et Mn par ordre d’abondance). Les éléments traces, au nombre de 68, ne représentent en masse que 0,6% du total, et sont à des concentrations inférieures à 10⁻⁶ M dans l’eau de mer (Miquel, 2001 ; Neff, 2002). Les définitions des métaux lourds sont multiples et dépendent du contexte dans lequel on se situe ainsi que de l’objectif de l’étude à réaliser. D’un point de vue purement scientifique et technique, les métaux lourds peuvent être également définis comme :
– tout métal ayant une densité supérieure à 5,
– tout métal ayant un numéro atomique élevé, en général supérieur à celui du sodium (Z=11),
– tout métal pouvant être toxique pour les systèmes biologiques.
Ces éléments sont engagés dans des réactions biochimiques et contribuent à l’équilibre du milieu marin. Mais l’apport de contaminants métalliques par l’intermédiaire des effluents industriels et de l’atmosphère, des fleuves et de leur estuaire, peut modifier la composition de l’eau de mer qui peut devenir toxique pour la flore et la faune. L’étude de l’interaction entre les contaminants et les barrières biologiques est d’un intérêt considérable pour la compréhension des phénomènes écotoxicologiques ; particulièrement la bioaccumulation et les transferts à travers les chaînes trophiques. Les processus impliqués sont très complexes et sont influencés par le contaminant (taille molécule, spéciation chimique, etc.), l’organisme récepteur (propriétés membranaires, composition chimique, processus actifs, etc.) et l’environnement intra et extracellulaire (température, pH, etc.).
Métaux en milieu marin
Un métal est un élément chimique, issu le plus souvent d’un minerai doté d’un éclat particulier, bon conducteur de chaleur et d’électricité, ayant des caractéristiques de dureté et de malléabilité, se combinant aisément avec d’autres éléments pour former des alliages utilisés par l’homme depuis l’antiquité. Si les métaux sont souvent indispensables au déroulement des processus biologiques (oligo-éléments), nombre d’entre eux peuvent s’avérer contaminants pour diverses formes de vie, lorsque leur concentration dépasse un seuil, luimême fonction de l’état physico-chimique (spéciation) de l’élément considéré. C’est le cas du fer (Fe), du cuivre (Cu), du zinc (Zn), du nickel (Ni), du cobalt (Co), du vanadium (V), du sélénium (Se), du molybdène (Mo), du manganèse (Mn), du chrome (Cr), de l’arsenic (As) et du titane (Ti) (Miquel, 2001). D’autres ne sont pas nécessaire à la vie, et peuvent être même préjudiciables comme le mercure (Hg), le plomb (Pb), le cadmium (Cd) et l’antimoine (Sb) (Chiffoleau et al., 2001). L’appellation « éléments en traces métalliques » (ETM) ou par extension « éléments traces », est communément utilisée pour désigner les éléments métalliques naturels, caractérisés par une masse volumique élevée, supérieure à 5 g.cm⁻³ .
Les utilisations des métaux sont multiples et très diversifiées, depuis les additifs de plomb dans les carburants jusqu’aux sels d’argent de l’industrie photographique, au nickel ou au cadmium des batteries d’accumulateurs, au zinc des gouttières ou au chrome des aciers inoxydables, au cuivre de l’industrie électrique ou à l’arsenic des produits phytosanitaires. Les sources de contamination le sont par conséquent aussi. Durant toutes les phases d’élaboration, d’utilisation et/ou de recyclage de ces produits, des métaux sont rejetés dans l’environnement, soit directement dans les eaux continentales ou marines, soit dans l’atmosphère transportés par les vents, associés aux aérosols avant de se déposer par voie sèche ou humide à la surface de la terre ou de l’océan. Ainsi, les métaux traces sont présents dans tous les compartiments de l’environnement, à la fois parce qu’ils sont naturellement présents (sources naturelles), ou parce que certaines activités de l’homme favorisent leur dispersion (source anthropique). Enfin, ils présentent un danger potentiel pour le consommateur de produits marins du fait de leur possibilité de concentration dans les espèces marines, de leur élimination difficile et de leur large répartition dans le milieu aquatique.
Métaux lourds en Méditerranée
Comme son nom l’indique, la Méditerranée est une mer semi-fermée, entourée de trois continents, les apports atmosphériques et telluriques sont donc importants. Sa superficie est de 2,5×10⁶ Km2 , alors que son bassin versant représente 1,8×10⁶ km2 . Le rapport des surfaces bassin versant sur mer est donc de 0,7 alors qu’il est de 0,3 pour l’océan mondial. Cet effet du bassin versant, reste toutefois inférieur à ce que subit la Mer Noire où le rapport des surfaces respectives atteint 4,4. Dans la vingtaine de pays riverains de la Méditerranée sont hébergés près de 400 millions d’habitants, dont 100 millions de résidents sur la zone côtière, recevant 120 millions de visiteurs par an. En conséquence, au lessivage naturel des sols et à l’érosion éolienne, s’ajoutent les apports (ou rejets) liés aux activités industrielles, agricoles et urbaines du bassin versant. De plus, les apports atmosphériques, inclus dans la circulation atmosphérique, peuvent venir de régions extérieures au bassin versant: Europe du Nord et régions sahariennes. Les premières mesures fiables d’éléments traces, réalisées en 1983, ont montré des profils verticaux très différents en Méditerranée de ceux mesurés dans les océans Atlantique et Pacifique (Ruiz-Pino et al., 1990 ; Ruiz-Pino et al., 1991). Dans ces deux océans, pour le zinc et le cadmium, par exemple, les profils verticaux s’apparentaient à ceux des éléments nutritifs ; à savoir de très faibles concentrations en surface et une augmentation progressive en profondeur. En Méditerranée, ces métaux traces sont plus concentrés dans les couches supérieures que dans les couches inférieures, où ils restent en quantité relativement stable. Ces profils particuliers en Méditerranée ont été interprétés par un état non stationnaire, les apports superficiels étant plus forts que le transfert vertical par l’activité biologique et les mouvements hydrologiques. Cette caractéristique a permis aux chercheurs d’analyser avec plus de facilité l’évolution de la concentration des métaux traces (Hg, Cd, Pb, Cu et Zn), provenant de l’atmosphère et des rivières : dus pour l’essentiel aux activités humaines. Les statistiques sur les niveaux moyens de contamination, à l’échelle des grandes façades du littoral pour les périodes 1979-1993 et 1993-1999 (RNO, 1974-2004) . Pour que ces statistiques soient représentatives d’un état moyen du littoral, un traitement d’élimination des valeurs extrêmes a été nécessaire. Sur une période plus récente, la comparaison des niveaux de contamination métallique trouvés dans le cadre des réseaux de surveillance le long du linéaire côtier français permettent d’observer les différences entre la Méditerranée (réseau RNO et réseau RINBIO l’Atlantique et la Manche (RNO, 1974-2004 ; Andral et Stanisiere, 1999 ; Andral et al., 2001) .
Rôle biologique des ETMs
Les études portant sur le rôle et l’assimilation des éléments métalliques ont été réalisées majoritairement dans le but de comprendre l’impact des pollutions par les métaux sur les communautés marines. Les métaux peuvent avoir un rôle bénéfique pour la croissance, le métabolisme, ils sont appelés métaux essentiels, ce sont principalement le fer, le cuivre, le cobalt, le manganèse. En revanche, certains métaux n’ont pas de rôle biologique connu à ce jour, ce sont notamment le cadmium, le plomb et le mercure. le modèle d’accumulation de métaux traces d’un invertébré aquatique qui régule la concentration totale en métal du corps d’un métal essentiel en équilibrant l’absorption [U] avec l’excrétion [E]. Tout le métal est accumulé dans la composante [A] métaboliquement disponible, ellemême subdivisée en métal essentiel nécessaire aux fins métaboliques [AR] et excès de métal [AE] au-delà de cette exigence métabolique. Il existe une concentration seuil [AT] de métal métaboliquement disponible, au-dessus de laquelle le métal accumulé est toxique. Un exemple d’un tel modèle d’accumulation est celui du zinc dans le crustacé Palaemon elegans (Ranibow, 2007).
|
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : GÉNÉRALITÉS
1. Pollution marine et contamination chimique par les métaux lourds
1.1. Métaux lourds en milieu marin
1.2. Métaux lourds en Méditerranée
1.3. Rôle biologique des ETMs
1.4. Métabolisme des métaux chez les Mollusques
1.4.1. Bioconcentration
1.4.2. Bioaccumulation
1.4.3. Stockage et excrétion
2. Biomarqueurs : Outils pour évaluer la toxicité des polluants
2.1. Stress oxydant et systèmes de défenses antioxydants
2.2. Les protéines de fixation des métaux
3. Présentation de l’espèce bioindicatrice
3.1. Systématique, phylogénie et synonymie
3.2. Morphologie et anatomie
3.3. Distribution géographique
3.4. Alimentation
3.5. Reproduction et développement
3.6. Croissance et longévité
3.7. Intérêt écologique
4. Description de la zone d’étude et choix des stations
4.1. Golf d’Annaba
4.2. Baie de Chétaibi
4.3. Golf de Skikda
4.4. Baie de Collo
Chapitre II. MATÉRIEL ET MÉTHODES
1. Choix et localisation des stations
1.1. Station 1
1.2. Station 2
1.3. Station 3
1.4. Station témoin
2. Mesure des paramètres physico-chimiques de l’eau
3. Collecte et traitement des échantillons
3.1. Méthode de prélèvement
3.2. Traitement des échantillons au laboratoire
3.2.1. Tri
3.2.2. Identification
4.Etude de la faune associé
5. Indice écologique
5.1. Densité
5.2. Biomasse
5.3. Dominance
5.4. Indice de Shannon (H’)
5.5. Indice d’équitabilité (E)
6. Structure démographique
7. Morphométrie de Phorcus turbinatus
7.1. Caractères métriques
7.2. Comparaisons morphométriques
8. Sex-ratio
8.1. Taille à la première maturité sexuelle
9. Age et croissance
9.1. Coefficient de condition ou indice pondéral
10. Détermination de l’âge
11. Modélisation de la croissance
12. Dosage des métaux lourds
12.1. Choix des métaux étudiés
12.2. Préparation de l’échantillon
12.3. Techniques expérimentales
12.3.1. Appareillage et réactifs
12. 3.2. Préparation de verrerie et de plastique
12. 3.3. Prise d’essai
12. 3.3.1. Minéralisation de l’échantillon
12.4. Dosage des métaux lourds par la Spectroscopie d’absorption atomique à flamme et a four graphite
12.4.1.Techniques expérimentales
12.4.1.1. Appareillage et réactifs
12.4.1.2. Préparation des Solutions
12.4.1.3. Etalonnage
13. Analyses statistiques des données
14. Activités enzymatiques
14.1. Dosage de l’acétylcholinestérase (AChE)
14.2. Dosage du glutathion S-transférase (GST)
14.3.Dosage des protéines
14.4. Traitements statistiques
CHAPITRE III : RÉSULTATS
1. Caractéristiques physico-chimiques
2. Diversité spécifique des Trochidae
3. Faune invertébrée associée
4. Indices écologiques
4.1. Densité
4.2. Biomasse
4.3. Dominance
5. Structure et organisation
5.1. Variation des indices de diversité biologiques
5.2. Structure démographique
6. Morphologie
6.1. Morphométrie
7. Sex-ratio
7.1. Taille à la première maturité sexuelle
8. Age et croissance
8.1. Coefficient de condition ou indice pondéral
8.2. Age
8.3. Croissance
8.3.1. Croissance linéaire absolue
8.3.2. Croissance pondérale absolue
8.3.3. Croissance relative ou relation taille-poids
9. Variation des éléments métalliques dans la chaire de P. turbinatus
10. Réponses biochimiques du stress environnemental chez Phorcus turbinatus
CHAPITRE IV : DISCUSSION
1. Paramètres physico-chimiques de l’eau de mer
2. Richesse spécifique et faune invertébrée associé
3. Structure démographique de P. turbinatus
4. Morphométrie Sex-Ratio, Age et Croissance de P. turbinatus
5. Bioaccumulation des Métaux lourds dans la chaire de P. turbinatus
6. Activité biochimique (AChE & GST) dans la chaire de P. turbinatus
CONCLUSION
