Academic literature on the topic 'Transfert trophique'

Une étude concernant le transfert du césium radioactif dans une chaîne trophique simplifiée d'eau douce, a été réalisée dans le cadre des Contrats (CCE) n° BI6-B-198-P et n° BI6-0245-P. Les objectifs étaient la connaissance de la radioécologie du fleuve Tejo (Tage) et le comportement du césium radioactif dans un écosystème naturel. Dans le présent document, sont présentées l'accumulation par voies différentes et la rétention du 134Cs par Daphnia magna Straus (Crustacea, Cladocera). L'accumulation directe à partir de l'eau du fleuve contaminée avec du 134Cs, a été effectuée avec une concentration initiale, approximative de 10 Bq ml-1. Le facteur de concentration (FC), rapporté au poids frais des daphnies, a évolué selon la fonction : FC(t) = 57,4 (1 - e-0,275t), avec le temps (t) en jours. L'élimination du radionucléide est exprimée par la fonction de rétention : R(t) = 8,5e-12,211 t + 91,5e-0.441t, qui indique donc deux périodes biologiques, Tb1 = 0,06 jour et Tb2 =1,6 jours. Quand la contamination de D. magna se réalise à partir de la nourriture (Selenastrum capricornutum) contaminée au 134Cs,le facteur de transfert trophique suit la fonction : F T (t) = 5, 1 (1 - e-0,245t). Dans ce cas, le processus de rétention est représenté par une fonction exponentielle à un seul terme : R(t) . 100 e-0,410t et correspond donc à une seule période biologique, Tb = 1,7 jour. La contamination simultanée par les deux vecteurs semble montrer que la voie de contamination la plus importante est le transfert à partir de l'eau. Etant donné que la concentration cellulaire et la concentration en 134Cs de la microalgue S. capricorrrutum étaient approximativement stabilisées, la nourriture n'a été responsable que de 28,5 ± 8,3 % de la concentration du radionucléide dans D. magna. En ce qui concerne l'étude de la rétention, on observe que, pour la contamination par l'eau, la période biologique la plus courte doit correspondre à une désorption au niveau des surfaces, tandis que la période la plus longue doit correspondre à l'élimination du 134Cs assimilé. La rétention consécutive à la fixation par l'ingestion de nourriture contaminé, conduit à une seule période biologique, qui ressemble beaucoup à la période longue du premier cas.

Cet article discute des aspects chimiques et physiologiques du devenir des composés organométalliques chez les organismes aquatiques et est basé sur les résultats de travaux ayant porté sur la pharmacocinétique et l'organotropisme du tributylétain (TBT) et du méthylmercure (MeHg) ingérés avec la nourriture chez deux prédateurs benthiques : la plie canadienne (Hippoglossoides platessoides) et le crabe des neiges (Chionoecetes opilio). Les principales observations ont été les suivantes; - 1o l'efficacité d'assimilation (EA) du MeHg est élevée (ca. 90 %) et il est lentement (t0.95 " 40 d) et uniformément distribué dans l'organisme de la plie et du crabe, - 2o la demie-vie biologique du MeHg est beaucoup plus longue que celle du TBT (t0.5 " 600 d et 50 d, respectivement), et ce pour les deux espèces, - 3o la plie canadienne assimile moins efficacement le TBT que le crabe des neiges (EA=47 % et 92 %, respectivement), - 4o le TBT est rapidement (t0.95=7 d) et uniformément distribué dans l'organisme de la plie canadienne, alors que chez le crabe des neiges une faible fraction de la dose de TBT administrée avec la nourriture est retrouvée dans les tissus autres que l'hépatopancréas. Certaines de ces observations peuvent être conciliées en tenant compte des propriétés physiques et chimiques du TBT et du MeHg, tels que l'encombrement stérique, la stabilité en milieu biologique, et l'affinité pour certains ligands biologiques. Cependant, des facteurs physiologiques doivent être invoqués pour concilier d'autres observations, comme l'étendue et la vitesse de la distribution du TBT chez la plie canadienne comparativement au crabe des neiges. Par exemple, bien que le TBT soit métabolisé au niveau hépatique chez les deux espèces, la structure du système dans lequel le TBT est distribué diffère fondamentalement. Ainsi, chez la plie canadienne, une importante proportion du TBT absorbé est distribuée à l'ensemble de l'organisme sans être capté par le foie, site de métabolisation, alors que chez le crabe la totalité du TBT absorbé doit d'abord traverser le site de métabolisation, l'hépatopancréas, avant d'être distribué au reste de l'organisme. Dans ce dernier cas, ceci peut avoir pour résultat de limiter le transfert du TBT vers les tissus autres que l'hépatopancréas. Ces résultats montrent que les facteurs ayant une influence dominante sur le transfert trophique et le devenir des organométaux chez les prédateurs benthiques peuvent différer selon le composé considéré; du fait de sa stabilité, le devenir du MeHg semble être presqu'exclusivement contrôlé par ses propriétés chimiques, alors que dans le cas du TBT ce sont les 'propriétés physiologiques' des organismes considérés qui ont une plus grande influence sur son devenir.

Dans le cadre de travaux sur le rôle des échinodermes dans le cycle biogéochimique de certains métaux traces en milieu côtier, une étude de l'accumulation et de la rétention d'espèces chimiques du mercure a été menée avec l'étoile de mer Leptasterias polaris sur une période de 40 jours. Les étoiles de mer ont été divisées en deux groupes et nourries avec des moules contaminées soit au méthylmercure (MeHg) (14 mg.kg-1), soit au mercure inorganique (13 mg.kg-1). Les résultats montrent une vitesse d'accumulation dans le système digestif de 0,22 mg.kg-1.j-1 pour le Hg inorganique et 0,17 mg.kg-1.j-1 pour le MeHg. Ces vitesses sont 10 à 15 fois moins importantes dans les gonades et l'endosquelette. Pour le Hg inorganique, la charge relative dans les différents organes analysés se fixe après quelques jours et demeure stable jusqu'à la fin de l'expérience. Pour le MeHg, au contraire, cette charge relative passe progressivement du système digestif vers les gonades et l'exosquelette tout au long de l'expérience. Le pourcentage de rétention (%) demeure constant pour le Hg inorganique (51 ± 13%) mais il augmente régulièrement pour le MeHg, atteignant 90-95% vers la fin de l'exposition. L'application d'un modèle cinétique simple, basé sur un processus d'échange ionique, a permis de calculer des constantes de vitesse d'échange entre le digestat et le tissu digestif. Le MeHg s'échange plus vite entre la solution et les sites, mais semble mettre un peu plus de temps à voyager jusqu'aux organes de bioaccumulation. En conclusion, l'étoile L. polaris, par sa taille, sa longévité et sa grande efficacité à digérer tout ce qui est ingéré, semble en mesure de jouer un rôle important à la fois dans la séquestration du MeHg et la remise en solution du Hg inorganique.

Avec l'objectif de mieux connaître le comportement du césium radioactif et son transfert dans un écosystème naturel d'eau douce, une étude concernant une chaîne trophique du fleuve Tejo a été conduite dans le cadre du contrat (CCE) n° B16-0245-P et aussi du contrat (CCE) n° B16-B-198-P. Ce document présente l'étude de l'interaction eau-producteur primaire, Selenastrum capricomufum Printz, algue planctonique unicellulaire, en présence du 134Cs. Les essais de contamination de la microalgue ont été conduits en utilisant des cultures en milieu confiné et en phase de stabilisation de la croissance. Quand la composition chimique de l'eau de Fratel n'est pas modifiée, sauf en ce qui est de l'addition du radioélément, le facteur de concentration évalué est de (1,6 ±0,2)103 (rapporté au poids sec). Par ailleurs, quand il y a un enrichissement en plusieurs cations par l'addition d'un milieu nutritif, le facteur de concentration baisse à (1,5 ± 0,2)102. Dans tous les cas l'équilibre est atteint dans les premières 24 h. L'étude de la rétention a été réalisée en repiquant des microalgues, préalablement contaminées, dans l'eau du fleuve non radioactive et en les maintenant soit en milieu confiné, soit en milieu renouvelé une seule fois au bout d'un jour, ou plusieurs fois au cours de l'expérience. Comme les résultats obtenus dans ces trois conditions sont semblables, un modèle général exprimant la variation du pourcentage de rétention a pu étre établi : R (t) = 76,7 e-45,0 t + 20,1 e-1,28 t (t exprimé en jours) ce modèle met en évidence l'existence de deux périodes biologiques, respectivement Tb1 = 0,015 jours et Tb2 = 0,54 jours. Compte tenu de la dilution biologique due à la prolifération des algues unicellulaires au cours des expériences, la cinétique de désorption permet de faire l'hypothèse que le 134Cs est d'une part adsorbé sur les surfaces et d'autre part absorbé dans les cellules.

L’omniprésence des microplastiques (MP) représente une nouvelle pression environnementale agissant sur les écosystèmes d’eau douce et une meilleure compréhension de la dynamique de cette pollution est nécessaire. Dans nos études portant sur le bassin versant de la Garonne (sud-ouest de la France), les changements spatiaux et temporels de la pollution en MP (gamme de taille allant de 700 μm à 5 mm) ont été analysés dans l’eau et le sédiment. De plus, la consommation de ces particules par les poissons et les macro-invertébrés a été quantifiée. La majorité des MP échantillonnés était composée de trois principaux types de polymères : le polyéthylène, le polystyrène et le polypropylène. La concentration de MP variait fortement à la fois dans l’espace et dans le temps en fonction de l’urbanisation et des conditions hydrologiques, respectivement. Des concentrations plus élevées avec des particules de MP plus petites ont été observées pendant les périodes estivales avec de plus faibles débits. Lors des épisodes de crue, la concentration de MP a globalement augmenté et cette augmentation était plus importante dans le site situé en aval de Toulouse. L’occurrence de la consommation de MP par les macro-invertébrés et les poissons a été démontrée et liée à des niches trophiques individuelles qui ont été quantifiées à l’aide d’analyses d’isotopes stables (δ13C et δ15N). La quantité de MP ingérés était différente entre les macro-invertébrés et les poissons et n’était pas directement corrélée à la pollution de MP dans l’eau et dans les sédiments. La contamination augmentait avec la taille des organismes et avait tendance à augmenter avec la position trophique des macro-invertébrés. Chez les poissons, l’origine des ressources consommées affectait significativement le nombre de MP ingérés. Ces résultats suggèrent l’absence de bioaccumulation des MP de cette gamme de taille et la prédominance d’une consommation directe, très probablement accidentelle. La quantification des risques induits par la pollution en MP dans les écosystèmes d’eau douce est désormais nécessaire, en appréhendant cette pollution comme une forme de stress multiple en raison du comportement particulier de ces particules, de leur toxicité intrinsèque et des interactions potentielles avec d’autres contaminants environnementaux.

Le copépode calanoïde Eurytemora affinis est un complexe d’espèces clés des réseaux trophiques estuariens. En dominant les communautés planctoniques dans la plupart des estuaires de l’hémisphère nord, E. affinis permet un transfert d’énergies vers les niveaux trophiques supérieurs. Il influence directement le recrutement des espèces de poissons et constitue une espèce clé des zones d’alevinage. E. affinis est en réalité un complexe d’espèces cryptiques composé de 6 clades morphologiquement similaires, mais possédant des histoires évolutives distinctes. Dans la zone de transition estuarienne du Saint-Laurent, 2 clades (Atlantique et Nord-Atlantique) sympatriques, spatialement ségrégués, dominent la communauté zooplanctonique. Chacun des 2 clades semble exploiter différents types d’habitats en fonction de sa tolérance physiologique à la salinité et à la disponibilité de nourriture. Nous discuterons des études récentes en mettant l’accent sur la répartition, la différenciation génétique, mais aussi l’écologique de ces espèces du complexe d’E. affinis afin de mieux comprendre leurs influences respectives sur le fonctionnement et la productivité de l’écosystème unique que représente la zone d’alevinage de l’estuaire du Saint-Laurent.

Par leur abondance et leur diversité taxonomique et fonctionnelle, les microorganismes jouent un rôle prépondérant dans les flux de matière et d'énergie au sein des écosystèmes aquatiques. Au cours de ces dernières années, les progrès réalisés au niveau des techniques d'identification, de dénombrement et de mesure d'activité métabolique, notamment en microscopie à épifluorescence et en biologie moléculaire, ont permis d'entrevoir l'extraordinaire diversité des microorganismes aquatiques, l'étendue de leurs conditions de vie et leurs abondances jusqu'alors largement sous-estimées. De plus, l'amélioration sensible des méthodes séparatives a permis de décrire, in situ, la composition biochimique des communautés et d'aborder les transferts de matière sous un angle qualitatif. L'ensemble des résultats disponibles laisse apparaître que les relations trophiques entre les microorganismes forment un véritable réseau à l'intérieur duquel la boucle microbienne permet le transfert, au moins en partie, de la production picoplanctonique vers les niveaux trophiques supérieurs. Ainsi, des progrès conséquents ont été réalisés quant à la compréhension du rôle des communautés bactériennes dans les flux de matière, y compris au niveau d'environnements particuliers (biofilms, milieux extrêmes). Par ailleurs, alors qu'il a été longtemps admis que la régulation des communautés bactériennes était essentiellement liée à la disponibilité ou à la qualité des substrats organiques, il apparaît maintenant que la limitation par les éléments nutritifs minéraux, la prédation des protistes phagotrophes et du métazooplancton et la lyse virale sont également des facteurs susceptibles d'intervenir significativement dans ce contrôle. Malgré ces progrès considérables dans le domaine de l'écologie microbienne, près de 90% des microorganismes présents dans l'environnement n'ont pas encore été décrits et la compréhension des relations entre les microorganismes et le fonctionnement des écosystèmes restent un enjeu majeur pour les années à venir.

En raison d’une utilisation croissante et massive, les nanoparticules manufacturées apparaissentcomme de potentiels contaminants émergents pour l’environnement, incluant notammentles écosystèmes aquatiques. Alors que le transfert trophique semble constituer unevoie d’exposition majeure pour les organismes, une connaissance lacunaire dans la littératurescientifique persiste, résultant pour partie des difficultés expérimentales inhérentes àce type d’exposition. Pour ce travail en conditions contrôlées de laboratoire, les nanoparticulesd’or (sphériques, 10 nm, fonctionnalisées aux PEG-amines), stables en solution, ontété choisies pour l’étude du transfert trophique et des impacts toxiques sur des organismesaquatiques. Ce continuum trophique considère la base des réseaux trophiques (biofilms naturels,algues), des niveaux intermédiaires (poissons brouteurs, bivalves suspensivores), jusqu’auxorganismes de haut de chaînes trophiques, avec l’anguille européenne. Avec des expositionsréalisées à de relatives faibles doses, ce travail tend à la représentativité environnementale.Des approches méthodologiques intégratives des niveaux subcellulaire à tissulaire(RT-qPCR, séquençage haut-débit, histologie) ont permis d’évaluer les impacts toxiques.Les résultats indiquent une importante capacité de rétention des nanoparticules par les biofilmsnaturels. À la suite d’une exposition de 21 jours, les dosages d’or révèlent un transfertdes biofilms aux poissons brouteurs, avec une distribution de l’or dans tous les organes. Deplus, ce transfert est associé à une réponse inflammatoire au regard des lésions histologiquesobservés dans les foies, rates et muscles des poissons exposés. Une chaîne alimentaire « naturelle» à trois maillons trophiques, impliquant algues - bivalves - anguilles européennes,atteste d’un transfert significatif jusqu’au poisson prédateur. Enfin, l’analyse du transcriptome,par une approche de séquençage haut-débit, des foies et cerveaux d’anguilles exposéesaux nanoparticules par nourriture enrichie, a permis de mettre en évidence une réponseconjointe à ces deux organes dans des processus biologiques associés au système immunitaireet sa régulation, dont des récepteurs NOD-like impliqués dans l’inflammasome.L’ensemble des résultats expérimentaux interpellent quant aux effets délétères à long-termequ’engendreraient les nanoparticules sur les écosystèmes aquatiques, illustrant par ailleursla propension de ces contaminants à être transférés dans les chaînes trophiques
Due to an increasing and massive use, engineered nanoparticles are raising as potentialemerging contaminants in the environment, including aquatic ecosystems. While trophictransfer appears to constitute a major exposure route for organisms, scientific literature hasdifficulties to respond to the questions raised to explore the range of the interactions existingbetween nanoparticles and living organisms at different scales from the trophic interactionsto the cellular impacts. This problem is partly due to experimental difficulties inherent tothis exposure type. For this work performed in controlled laboratory conditions, sphericalgold nanoparticles (10 nm, coated with PEG-amines, positively charged) were chosen tostudy the trophic transfer and toxic effects on aquatic organisms. Trophic chains concernedseveral trophic levels (up to three) with a variety of species considered : the basis of thetrophic web with natural biofilms or microalgae, intermediate levels with grazing fish orsuspensivorous bivalves, and up to top food chain organisms, with the European eel, a carnivorousfish.With relatively low doses for exposures, this work tends to represent environmentalconditions. Integrative methodological approaches from subcellular to tissue levels(RT-qPCR, RNA-sequencing, histology) were performed in order to assess toxic impacts.The results indicate a high retention capacity of nanoparticles by natural biofilms. Followinga 21-day exposure, gold quantifications reveal a transfer from biofilms to grazing fish, witha gold distribution in all organs. Moreover, this transfer is associated with an inflammatoryresponse according to the histological lesions observed in the liver, spleen and muscle ofexposed fish. A longer food chain, with three trophic levels involving microalgae - bivalves- European eels, is set up to give a better representation of the complexity of trophic interactionsin the aquatic environment. It shows a significant transfer to the predatory fish.Transcriptomic analyses, using the RNA-sequencing approach, for the liver and the brain ofexposed eels by nanoparticles’ enriched food, highlight a joint response for these two organsin the biological processes associated with the immune system and its regulation, includingNOD-like receptors involved in inflammasome.All the experimental results suggest long-term harmful effects that nanoparticles would generatein aquatic ecosystems, emphasizing the ability of these contaminants to be transferredthroughout trophic chains

En raison d’une utilisation croissante et massive, les nanoparticules manufacturées apparaissentcomme de potentiels contaminants émergents pour l’environnement, incluant notammentles écosystèmes aquatiques. Alors que le transfert trophique semble constituer unevoie d’exposition majeure pour les organismes, une connaissance lacunaire dans la littératurescientifique persiste, résultant pour partie des difficultés expérimentales inhérentes àce type d’exposition. Pour ce travail en conditions contrôlées de laboratoire, les nanoparticulesd’or (sphériques, 10 nm, fonctionnalisées aux PEG-amines), stables en solution, ontété choisies pour l’étude du transfert trophique et des impacts toxiques sur des organismesaquatiques. Ce continuum trophique considère la base des réseaux trophiques (biofilms naturels,algues), des niveaux intermédiaires (poissons brouteurs, bivalves suspensivores), jusqu’auxorganismes de haut de chaînes trophiques, avec l’anguille européenne. Avec des expositionsréalisées à de relatives faibles doses, ce travail tend à la représentativité environnementale.Des approches méthodologiques intégratives des niveaux subcellulaire à tissulaire(RT-qPCR, séquençage haut-débit, histologie) ont permis d’évaluer les impacts toxiques.Les résultats indiquent une importante capacité de rétention des nanoparticules par les biofilmsnaturels. À la suite d’une exposition de 21 jours, les dosages d’or révèlent un transfertdes biofilms aux poissons brouteurs, avec une distribution de l’or dans tous les organes. Deplus, ce transfert est associé à une réponse inflammatoire au regard des lésions histologiquesobservés dans les foies, rates et muscles des poissons exposés. Une chaîne alimentaire « naturelle» à trois maillons trophiques, impliquant algues - bivalves - anguilles européennes,atteste d’un transfert significatif jusqu’au poisson prédateur. Enfin, l’analyse du transcriptome,par une approche de séquençage haut-débit, des foies et cerveaux d’anguilles exposéesaux nanoparticules par nourriture enrichie, a permis de mettre en évidence une réponseconjointe à ces deux organes dans des processus biologiques associés au système immunitaireet sa régulation, dont des récepteurs NOD-like impliqués dans l’inflammasome.L’ensemble des résultats expérimentaux interpellent quant aux effets délétères à long-termequ’engendreraient les nanoparticules sur les écosystèmes aquatiques, illustrant par ailleursla propension de ces contaminants à être transférés dans les chaînes trophiques
Due to an increasing and massive use, engineered nanoparticles are raising as potentialemerging contaminants in the environment, including aquatic ecosystems. While trophictransfer appears to constitute a major exposure route for organisms, scientific literature hasdifficulties to respond to the questions raised to explore the range of the interactions existingbetween nanoparticles and living organisms at different scales from the trophic interactionsto the cellular impacts. This problem is partly due to experimental difficulties inherent tothis exposure type. For this work performed in controlled laboratory conditions, sphericalgold nanoparticles (10 nm, coated with PEG-amines, positively charged) were chosen tostudy the trophic transfer and toxic effects on aquatic organisms. Trophic chains concernedseveral trophic levels (up to three) with a variety of species considered : the basis of thetrophic web with natural biofilms or microalgae, intermediate levels with grazing fish orsuspensivorous bivalves, and up to top food chain organisms, with the European eel, a carnivorousfish.With relatively low doses for exposures, this work tends to represent environmentalconditions. Integrative methodological approaches from subcellular to tissue levels(RT-qPCR, RNA-sequencing, histology) were performed in order to assess toxic impacts.The results indicate a high retention capacity of nanoparticles by natural biofilms. Followinga 21-day exposure, gold quantifications reveal a transfer from biofilms to grazing fish, witha gold distribution in all organs. Moreover, this transfer is associated with an inflammatoryresponse according to the histological lesions observed in the liver, spleen and muscle ofexposed fish. A longer food chain, with three trophic levels involving microalgae - bivalves- European eels, is set up to give a better representation of the complexity of trophic interactionsin the aquatic environment. It shows a significant transfer to the predatory fish.Transcriptomic analyses, using the RNA-sequencing approach, for the liver and the brain ofexposed eels by nanoparticles’ enriched food, highlight a joint response for these two organsin the biological processes associated with the immune system and its regulation, includingNOD-like receptors involved in inflammasome.All the experimental results suggest long-term harmful effects that nanoparticles would generatein aquatic ecosystems, emphasizing the ability of these contaminants to be transferredthroughout trophic chains

Le transfert des éléments traces (l'argent, l'arsenic, le cadmium, le cuivre et le plomb) aux mollusques filtreurs a été étudié grâce à un modèle expérimental de chaîne trophique. Le premier maillon est représenté par du sédiment naturel et des microalgues: Skeletonema costatum, Tetraselmis suecica, et Haslea ostrearia, et le second par le mollusque filtreur l'huître Crassostrea gigas. La biodisponibilité des métaux au niveau du premier maillon, étudiée à l'aide d'essais in vitro (attaque enzymatique, changement de ph) montre, qu'à acidités comparables à celles du tube digestif des huîtres, une désorption se produit et son importance varie selon le métal. En effet, pour le sédiment de la baie de Bourgneuf, la biodisponibilité du cuivre est plus importante que celle de l'arsenic et du plomb, et s'est traduite par un transfert relativement élevé du cuivre à l'huître dans la chaine trophique expérimentale. Pour le sédiment de l'estuaire de la Loire, la biodisponibilité des métaux diffère selon les saisons et selon le métal testé. Ainsi la désorption du cuivre et surtout du cadmium est élevée. L'étude de compartimentation montre que chez les algues contaminées par des surcharges métalliques réalistes, les métaux sont principalement liés à la fraction insoluble, avec une faible proportion dans la fraction soluble thermosensible. La caractérisation des composés liant les métaux montre qu'ils sont de masse moléculaire élevée, surtout pour l'argent, et qu'ils diffèrent des phytochélatines. Pour les huîtres contaminées par le cadmium ou le cuivre, des protéines de type métallothionéine ont été mises en évidence. La bioaccumulation des métaux (Ag, Cd, Cu et Pb) par l'huître est beaucoup plus importante par voie directe que par voie particulaire. Toutefois, en considérant les quantités métalliques disponibles dans le milieu, la voie particulaire s'avère non négligeable. Les caractéristiques génétiques (diploïdie, triploïdie) n'ont pas eu d'influence sur la bioaccumulation des métaux chez les huîtres

Les écosystèmes côtiers présentent une forte production biologique, soutenue par une grande diversité de sources de matière organique particulaire (autochtones : phytoplancton, microphytobenthos, phanérogames marines, macroalgues, épiphytes ; allochtones : apports continentaux), pouvant contribuer à la production secondaire. La diversité de ces sources complexifie de manière considérable le fonctionnement écologique des systèmes côtiers — e.g. cycles biogéochimiques, réseaux trophiques — et en rend sa compréhension difficile.Une étude spatio-temporelle réalisée en 2009 dans le Bassin d’Arcachon, une lagune semi-fermée qui abrite le plus grand herbier à Zostera noltii d’Europe, a été menée afin d'estimer l’origine et la composition des matières organiques particulaire en suspension (MOPS) et sédimentaire (MOS) et d'appréhender le devenir des différentes sources de matière organique dans le réseau trophique macrobenthique. Cette approche quantitative a été effectuée principalement à l’aide des rapports isotopiques et élémentaires (δ15N, δ13C et C/N) et/ ou des acides grasA l’échelle annuelle et en moyenne pour les trois stations étudiées, la MOPS est composée principalement de phytoplancton (48 ± 2%) mais aussi de matériel continental (19 ± 4%) et de microphytobenthos (16 ± 2%), les macroalgues et les phanérogames ne contribuant que peu (8 ± 1% et 5 ± 1%, respectivement). Cette composition, qui présente une saisonnalité (faible contribution du phytoplancton en hiver au profit des apports continentaux), est principalement dépendante du climat (température) et de l’hydrodynamique / hydrodynamique sédimentaire (apports continentaux, remise en suspension du sédiment). A l’échelle annuelle et en moyenne pour les six stations ayant fait l’objet du suivi annuel, la MOS est composée principalement de sources benthiques (phanérogames : 23 ± 3% ; microphytobenthos : 19 ± 1% ; macroalgues : 19 ± 5%), mais également de matériel continental (27 ± 8%) et de phytoplancton (11 ± 2%). A l’échelle de l’écosystème (étude printanière) la composition de la MOS est similaire — avec toutefois une plus forte contribution du phytoplancton, au dépend de la matière continentale. Elle est géographiquement homogène, ce que semble favoriser l’hydrodynamique du bassin d’Arcachon associée à sa faible profondeur. La principale différence spatiale apparaît entre le sédiment subtidal (faible contribution des macrophytes au profit du matériel continental) et le sédiment de l’herbier intertidal. L’étude des voies de transfert trophique de la matière organique particulaire a mis en évidence une organisation trophique complexe avec l’existence de sous-groupes au sein des déposivores d’interface et des brouteurs. A l’échelle annuelle et à l’échelle du Bassin d’Arcachon, le microphytobenthos et les phanérogames (incluant leurs épiphytes) soutiennent 90% de la production macrozoobenthique. Cette production secondaire est principalement effectuée par les déposivores (60%). Une forte bactérivorie a été mise en évidence notamment chez les déposivores et chez le suspensivore invasif Crepidula fornicata. Les bactéries représentent ainsi un intermédiaire important dans le transfert de MOP des producteurs primaires vers les consommateurs primaires. Toutefois la pression trophique qu’exercent les consommateurs primaires de la macrofaune benthique sur les producteurs primaires est relativement modeste puisque le macrozoobenthos n’absorbe que 10% de la production primaire totale du système, ce qui rend cette dernière potentiellement disponible pour d’autres compartiments biologiques. Malgré cela l’herbier à Zostera noltii représente une ressource importante pour la macrofaune benthique. Dans le contexte de sa régression, une disparition de l’herbier engendrerait une diminution de la biomasse du macrozoobenthos
Abstract

Les isotopes stables du carbone et de l’azote ont été utilisés pour décrire l’architecture et le fonctionnement des réseaux trophiques benthiques de plusieurs environnements côtiers du Golfe du Lion: la baie de Banyuls-sur-Mer et les étangs de Lapalme (préservé), Salses-Leucate (marinisé) et Canet-St-Nazaire (eutrophisé). La matière organique sédimentée (MOS) semble invariablement constituer la base principale du réseau trophique dans tous les systèmes étudiés. En baie de Banyuls et à Canet, la MOS provient essentiellement du phytoplancton. A Salses et Lapalme, les macroalgues et les épiphytes des herbiers alimentent également le réseau trophique. La végétation terrestre peut contribuer sous une forme détritique au régime alimentaire de certaines catégories de consommateurs primaires. La structure du réseau trophique des étangs est davantage influencée par les apports continentaux que par les entrées marines. A Salses et Lapalme, les variations isotopiques des consommateurs suggèrent une importante plasticité trophique. A Canet, les données de 15N révèlent que le réseau trophique est très largement alimenté par de l’azote d’origine anthropique. Les quatre systèmes étudiés comprennent 3,7 à 4,3 niveaux trophiques.

Cette thèse a été menée pour développer une méthode d’analyse et de production des azaspiracides (AZA) à partir de cultures d’A. Spinosum. Elle a aussi eu pour objectif l’étude des facteurs environnementaux et nutritionnels influant sur la croissance et la production toxinique d’A. Spinosum. La mise en évidence du lien entre cet organisme et l'accumulation d’AZA dans les moules, ainsi que la clarification des processus d’accumulation, de détoxification et de biotransformation des AZA dans les moules a par ailleurs été réalisée. Les travaux réalisés sur l’analyse des AZA ont permis de définir une procédure d’analyse fiable qui limite notamment la formation d’artéfacts (esters méthyliques d’AZA). Cette étude a permis d’expliquer la formation des AZA méthylés, de déterminer leur structure et de proposer des solutions pour minimiser la formation de ces composés. Ce travail a aussi démontré la faisabilité d’une production durable d’AZA à partir de cultures d’A. Spinosum et a mis en évidence les principaux facteurs influant sur la croissance d’A. Spinosum et sur la production toxinique. Des expériences de contamination sur des moules ont ensuite été réalisées et ont démontré, pour la première fois, le lien directe entre A. Spinosum et l’accumulation des AZA par les moules. Cette accumulation des toxines est très rapide et atteint des concentrations en AZA qui se situent au-delà du seuil réglementaire après seulement 6 h d’exposition. Ces expériences ont aussi montré une rapide biotransformation des AZA dans les moules. Elles ont par ailleurs clarifié les cinétiques d’apparition des différents analogues d’AZA et ont montré que la détoxification des AZA est bi-phasique. Deux dernières études ont mis en évidence, d’une part, l’effet négatif d’A. Spinosum sur l’activité alimentaire des moules, et, d’autre part, la capacité des moules à accumuler les AZA présents dans le milieu sous formes dissoute ou particulaire
This study has been conducted in order to develop the analysis of AZAs and to produce AZAs from A. Spinosum culture. It also aimed at studying the effect of environmental and nutritional factors on growth and toxin production. The study also demonstrated a link between A. Spinosum and the accumulation of AZAs in shellfish, followed by the clarification of the processes of accumulation, detoxification and biotransformation of AZAs into mussels. A quantitative analysis of AZAs in A. Spinosum cultures was developed, and the formation and structure of the AZA methylated analogues was explained and minimised. This work also demonstrated the feasibility of a sustainable production of AZAs from A. Spinosum culture and highlighted the main factors influencing growth and toxin production of A. Spinosum. Using these results, mussel contaminations were performed and demonstrated for the first time the direct link between A. Spinosum and AZA accumulation into mussels. Furthermore, a rapid AZA accumulation above the regulatory limit was observed within 6 h of exposure. These experiments also highlighted the rapid biotransformation of AZA into analogues in shellfish and clarified their kinetics of appearance. Consequently, AZA biotransformation pathways were proposed for different AZA analogues. AZA detoxification was also studied and showed a detoxification with two compartments. Finally, two recent studies demonstrated the negative effect of A. Spinosum on the feeding activity of mussels as well as the ability of mussels to accumulate AZA from dissolved or particulate forms

Les poissons téléostéens accumulent les métaux au travers de différentes voies et il est actuellement bien établi que la nourriture joue un rôle majeur sur cette accumulation. Néanmoins de nombreuses lacunes persistent sur la variabilité du transfert trophique des métaux chez les poissons en fonction de leur contexte de vie. La présente recherche doctorale vise à caractériser l’influence de facteurs biologiques et environnementaux sur l’efficacité d’assimilation (AE) de métaux essentiels et non-essentiels chez les poissons. La détermination des AEs lors d’une série d’expériences en milieu contrôlé révèle que les facteurs biologiques, et notamment le type de nourriture ingéré, jouent un rôle prépondérant sur l’AE des métaux chez les poissons alors que les facteurs environnementaux (pH, température, salinité…) semblent n’avoir qu’une influence plus limitée. L’ensemble des travaux réalisés lors de cette thèse permet une meilleure compréhension du transfert trophique des métaux chez les poissons, et apporte ainsi de nouvelles connaissances dans les domaines de la nutrition et de l’écotoxicologie
Teleost fish accumulate metals through different pathways and It is now well established that food plays a major role in this accumulation. Nevertheless, there is still lack of knowledge on the variability of metal trophic transfer in fish in connection with their life context. The present doctoral research aims at characterizing the influence of biological and environmental factors on the assimilation efficiency (AE) of essential and non-essential metals in fish. AE determination during a series of experiment under controlled condition reveals that biological factors, in particular the type of food ingested, play a predominant role in metal AE in fish while environmental factors (pH, temperature, salinity ...) seem to have a limited influence. All the work carried out during this thesis allows a better understanding of the trophic transfer of metals in fish and, thus bring new knowledge in the field of fish nutrition and ecotoxicology

L’intérêt croissant de la société pour les terres rares, rassemblant 17 éléments métalliques aux propriétés uniques, exploitées dans les secteurs industriels, agricoles et médicaux, entraîne une augmentation des rejets dans l'environnement conduisant à des enrichissements dans les milieux aquatiques, notamment dans les estuaires, soumis à de fortes pressions anthropiques. L’objectif de cette thèse était d’étudier la répartition environnementale des terres rares dans les écosystèmes estuariens à travers l’étude de deux estuaires français fortement anthropisés aux degrés de contamination différents : l’estuaire de la Loire et l’estuaire de la Seine. L’étude des compartiments abiotiques a permis de démontrer que les terres rares sont principalement accumulées dans les phases solides des systèmes aquatiques naturels. Néanmoins, la phase dissoute correspond au compartiment le plus impacté par les apports anthropiques, avec des enrichissements en gadolinium rapportés dans les deux estuaires. L’étude du biote, qui s’est portée sur un grand nombre d’espèces issues de 5 phyla (algues, annélides, mollusques, crustacés et vertébrés) représentant les principaux niveaux d’un réseau trophique estuarien, a dévoilé une dilution trophique des terres rares au sein des deux estuaires. En effet, la bioaccumulation des terres rares est plus élevée dans les algues. Cependant, les enrichissements (notamment en gadolinium) sont plus importants chez les vertébrés. Les résultats ont démontré des concentrations totales en terres rares plus importantes dans l’estuaire de la Loire par rapport à celui de la Seine, probablement en raison d’un fond géogénique plus élevé. Par contre, la contamination anthropique en gadolinium plus importante rapportée dans l’estuaire de la Seine pourrait s’expliquer par la plus forte densité de population, impliquant un nombre plus important d’actes médicaux nécessitant des produits de contraste. Ainsi, l’estimation des transferts des compartiments abiotiques vers le biote et des transferts trophiques au sein du biote a permis de caractériser le devenir global des terres rares dans ces écosystèmes estuariens
The growing interest of society in rare earth elements, regrouping 17 metallic elements with unique properties and used in the industrial, agricultural and medical sectors, is leading to an increase of their release into the environment, resulting in enrichments in the aquatic media, particularly in estuaries, that are subject to strong anthropogenic pressures. The objective of this work was to study the environmental distribution of rare earth elements in estuarine ecosystems through the study of two highly anthropized French estuaries showing different levels of contamination: the Loire estuary and the Seine estuary. The study of abiotic compartments demonstrated rare earth elements are mainly accumulated in the solid phases of natural aquatic systems. However, the dissolved phase corresponds to the most impacted compartment by anthropogenic inputs with gadolinium enrichments reported in the two estuaries. The study of the biota, focusing on a large number of species from 5 phyla (algae, annelids, mollusks, crustaceans and vertebrates) representing the main levels of an estuarine food web, revealed a trophic dilution of rare earth elements within the two estuaries. Indeed, the bioaccumulation of rare earth elements is higher in algae. However, the enrichments (including gadolinium) are greater in vertebrates. These results demonstrated higher total rare earth element concentrations in the Loire estuary compared to the Seine estuary, probably due to a higher geogenic background. On the other hand, the higher anthropogenic gadolinium contamination reported in the Seine estuary could be explained by the higher population density, implying a higher number of medical procedures requiring contrast agents. Thus, the estimation of transfers from abiotic compartments to the biota and trophic transfers within the biota allowed to characterize the overall fate of rare earth elements in these estuarine ecosystems

Dans le cadre de l’évaluation du risque, des tests d’écotoxicité plus représentatifs de la réalité environnementale tenant compte de la complexité des écosystèmes doivent être développés. Malgré l’importance des microorganismes dans les écosystèmes et les processus fonctionnels associés, ceux-ci restent trop peu considérés dans les tests d’écotoxicité. Le principal objectif de cette thèse a donc été le développement d’un réseau trophique microbien modèle pour évaluer l’impact des contaminants sur les écosystèmes dulçaquicoles. Ce réseau est composé de rotifères (Brachionus calyciflorus, consommateurs primaires et secondaires) se nourrissant à la fois d’algues (Chlorella vulgaris, producteur primaire) et de protozoaires (Tetrahymena pyriformis, cilié bactérivore). Les protozoaires, associés à un consortium microbien nitrifiant produit au laboratoire, forment une boucle microbienne qui assure le lien trophique entre les bactéries et les métazoaires. Tous les organismes de ce réseau microbien sont en interaction les uns avec les autres de par des relations trophiques (proie-prédateur) et/ou de par les fonctions qu’ils assurent au sein de l’écosystème (production d’oxygène, production primaire, recyclage des nutriments). Le système est conditionné en volume de 4 ml et peut être suivi sur une durée d’au moins 28 jours sans renouvellement de milieu, permettant par exemple l’analyse de la résilience du système sur des temps longs. Afin d’évaluer au mieux les différents effets des polluants sur le réseau trophique, diverses méthodes analytiques ont été adaptées et testées sur ce système. Parmi elles, le suivi de la dynamique de population des rotifères s’est avéré être un paramètre probant pour évaluer de manière simple et rapide la réponse du réseau à des contaminants
In the framework of risk assessment, more environmentally realistic ecotoxicity tests taking complexity of ecosystems into account must be developed. Despite the importance of microorganisms in ecosystems and in their associated functional processes, this compartment is not enough taken into account in ecotoxicity assessment. The main objective of this thesis was the development of a model microbial food web to evaluate impact of contaminants on freshwater ecosystems. This network is composed of rotifers (Brachionus calyciflorus, primary and secondary consumers) that feed on both algae (Chlorella vulgaris, primary producer) and protozoa (Tetrahymena pyriformis, bacterivorous ciliate). A nitrifying microbial consortium produced in the laboratory associated with protozoa constitute a microbial loop that ensure trophic links between bacteria and metazoans. Organisms of the microbial network are in interaction by trophic relationships (prey-predator) and/or by functions they ensure within the ecosystem (oxygen production, primary production, nutrient recycling). The system can evolve into 4 ml over at least 28 days without medium renewing and, for example can allow to analyze the resilience of the system over a long period of time. In order to better evaluate different effects of pollutants on the food web, various analytical methods have been adapted and tested on this system. Among them, monitoring rotifer population dynamics was found to be a suitable parameter to evaluate the response of the miniaturized ecosystem to contaminants in a simple and fast way

Les activités humaines sont responsables de l’apport de nombreux micropolluants vers les systèmes aquatiques parmi lesquels les substances poly- et perfluoroalkylées (PFAS) ont été identifiées. Ces molécules sont utilisées depuis les années 1950 comme tensio-actifs dans de nombreuses applications industrielles et produits d’usage courant. Depuis deux décennies, certaines de ces substances, les acides perfluoroalkylés (PFAA) ont particulièrement attiré l’attention en raison de leur caractère ubiquiste et persistant dans l’environnement. Actuellement, il existe un réel manque de connaissance sur l’intégralité de la contamination environnementale par l’ensemble des PFAS. L’objectif global de ces travaux de thèse est de poursuivre les efforts menés depuis le début des années 2000 pour mieux comprendre la dynamique des PFAS depuis leurs sources en milieu urbain, leurs rejets dans les rivières et leur transfert trophique.La première partie consiste à optimiser une configuration de l’échantillonneur passif POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) pour l’analyse ultra-trace de 25 PFAS dans les eaux de surface. Dans un second temps, il est question d’identifier les sources en PFAS sur la métropole de Bordeaux. L’analyse de 30 PFAS dans les eaux usées collectées en raiseau d’assainissement tend à montrer l’importance des apports industriels par rapport aux rejets domestiques pour la quasi-totalité des PFAS étudiés. A noter que les eaux de ruissellement sont également vectrices de contamination en PFAS. La caractérisation des effluents d’entrée et de sortie des quatre principales stations d’épuration des eaux usées (STEU) de la métropole met en évidence une faible efficacité des filières de traitement. L’utilisation d’une approche d’analyse non ciblée par oxydation, la méthode TOP (Total Oxidizable Precursors) révèle des quantités non négligeables de précurseurs de PFAA aussi bien en réseau d’assainissement que dans les effluents de STEU. L’impact de l’exutoire collectant les eaux de ruissellement en provenance de l’aéroport et d’une portion du périphérique de Bordeaux sur les niveaux en PFAS d’une petite rivière périurbaine est également montré. Enfin, la dernière partie renseigne la bioamplification des PFAS en milieu lotique. L’évaluation des concentrations le long de 5 réseaux trophiques du bassin hydrographique Rhône-Méditerranée permet d’une part de confirmer la bioamplification du perfluorooctane sulfonate (PFOS) et des perfluoroalkyles carboxylates (PFCA) à chaîne longue, et d’autre part d’évaluer la variabilité spatiale des facteurs d’amplification trophique (TMF). Le caractère bioamplifiable de PFAS d’intérêt « plus émergent » tels que les 8:2 et 10:2 fluorotélomères sulfonates est mis en évidence dans une rivière localisée à la périphérie de Paris. L’application de la méthode TOP à différents maillons de cette chaîne trophique permet de soutenir l’hypothèse de l’implication de la biotransformation des précurseurs dans la bioamplification apparente des PFAA
Human activities are responsible for the release of multiple micropollutants into aquatic systems, such as poly- and perfluoroalkylated substances (PFASs). These molecules have been used since the 1950s as surfactants in many industrial applications and commonly used products. For two decades, some of these substances, perfluoroalkylated acids (PFAA), have generated a major concern due to their ubiquitous and persistent behavior in the environment. Currently, there is a real lack of knowledge about the full extent of environmental contamination by all PFASs. The overall objective of this thesis is to continue the efforts undertaken since the early 2000s to gain a better understanding of the dynamics of PFASs, from their sources in urban areas, their releases to aquatic systems, to their trophic transfer.The first part consisted in optimizing a configuration of the Polar Organic Chemical Integrative Sampler (POCIS) for the ultra-trace analysis of 25 PFASs in surface water. In a second time, the dynamics of the PFASs on the Bordeaux conurbation is studied. The analysis of 30 PFASs in wastewater collected in the sewerage network tends to show the importance of industrial inputs compared to domestic discharges for almost all the studied PFASs. Note that urban runoff is also a source of PFAS contamination. The characterization of the influents and effluents of the four main wastewater treatment plants (WWTP) in the metropolis shows a low efficiency of treatment channels. The use of a non-targeted analysis approach by oxidation, the TOP method (Total Oxidizable Precursors) reveals significant amounts of PFAA precursors in the sewerage network as well as in WWTP effluents. The impact of urban and airport storm water discharge on the contamination levels of a small peri-urban river has also been shown. The last part dealt with the biomagnification of PFASs in lotic systems. The evaluation of PFAS concentrations along 5 food webs from the Rhone-Mediterranean watershed enables to confirm the biomagnification of perfluorooctane sulfonate (PFOS) and long-chain perfluoroalkyl carboxylates (PFCA) and to evaluate the spatial variability of trophic magnification factors (TMF). The biomagnification character of PFASs of "more emerging" interest, such as the 8:2 and 10:2 fluorotelomer sulfonates, is observed in a river located on the outskirts of Paris. The application of the TOP method to different trophic levels supports the hypothesis of the involvement of the biotransformation of precursors in the apparent biomagnification of PFAAs