# L'agroécologie, un nouveau cadre pour revisiter les concepts de l'écotoxicologie ?

Christian Mougin, Mickael Hedde, Isabelle Lamy, Céline Pelosi, Olivier Crouzet

► To cite this version:

Christian Mougin, Mickael Hedde, Isabelle Lamy, Céline Pelosi, Olivier Crouzet. L'agroécologie, un nouveau cadre pour revisiter les concepts de l'écotoxicologie?. Forum Labo Agroécologie, Nov 2013, Versailles, France. hal-01606125

HAL Id: hal-01606125

https://hal.science/hal-01606125v1

Submitted on 6 Jun 2020

HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.

L'archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destinée au dépôt et à la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
émanant des établissements d'enseignement et de
recherche français ou étrangers, des laboratoires
publics ou privés.

<figure><img src="image_1.png" /></figure>

Distributed under a Creative Commons CC BY-SA 4.0 - Attribution - ShareAlike - International
License
<figure><img src="image_2.png" /></figure>

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

INRA
SCIENCE & IMPACT

# L'agroécologie, un nouveau cadre pour revisiter les concepts de l'écotoxicologie ?

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

Christian Mougin, Mickael Hedde, Isabelle Lamy, Céline Pelosi, Olivier Crouzet et coll.

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

21/11/2013
<figure><img src="image_6.png" /></figure>

# L'évolution du cadre conceptuel

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

<figure><img src="image_8.png" /></figure>

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

<figure><img src="image_10.png" /></figure>

<figure><img src="image_11.png" /></figure>
# L'écotoxicologie

* Fin des années 60 : prise de conscience de l'ampleur et de la gravité de la pollution de l'écosphère

* Intensification des recherches consacrées aux problèmes de pollution des milieux naturels

* Mise en place d'une subdivision au sein des sciences écologiques, l'écotoxicologie (Truhaut, 1969, Stockholm)

► L'écotoxicologie est un champ interdisciplinaire à l'interface de l'écologie et de la toxicologie, qui étudie le comportement et les effets directs, indirects et différés de composés chimiques « polluants » sur le vivant, des cellules aux écosystèmes

► L'écotoxicologie intègre également le devenir et le transfert des contaminants dans les différents compartiments de l'environnement

<figure><img src="image_12.png" /></figure>
# Des principes fondateurs

* Les idées initiales que les effets biologiques étaient universels, et que des tests monospécifiques permettaient d'évaluer les impacts, ont été admises

* L'écotoxicologie s'est alors imposée dans les règles commerciales, pour les procédures d'évaluation de certains produits chimiques avant leur mise sur le marché (OCDE, Reach...)

* Elle a conduit à l'émission de lignes directrices pour l'essai des produits chimiques

* Des valeurs de référence (EC50, NOEL...) sont fournies aux évaluateurs du risque
<figure><img src="image_13.png" /></figure>

ELSEVIER

Contents lists available at SciVerse ScienceDirect

Soil Biology & Biochemistry

journal homepage: www.elsevier.com/locate/soilbio

<figure><img src="image_14.png" /></figure>

Assessing impacts of copper on soil enzyme activities in regard to their natural spatiotemporal variation under long-term different land uses

Jérémie D. Lebrun a,b,*, Isabelle Trinsoutrot-Gattin a, Marthe Vinceslas-Akpa c, Caroline Bailleul a,
Agathe Brault b, Christian Mougin b, Karine Laval a

► Des questionnements sont actuellement posés sur la pertinence et l'interprétation des réponses de nombreux biomarqueurs et bioindicateurs, lors de leur utilisation à la parcelle

<figure><img src="image_15.png" /></figure>

<footnote>a ESITPA, Laboratoire BioSol, 3 rue du Tronquet, 76134 Mont-Saint-Aignan cedex, France</footnote>

<footnote>b INRA, UR 251 Physico-chimie et Ecotoxicologie des Sols d'Agrosystèmes Contaminés, RD-10, 78026 Versailles cedex, France</footnote>

<footnote>c Université de Rouen, UFR des Sciences et Techniques, Laboratoire Ecodiv, Place Emile Blondel, 76821 Mont-Saint-Aignan cedex, France</footnote>
# Un besoin d'interdisciplinarité : PESSAC

<figure><img src="image_16.png" /></figure>

Relier « **devenir** » et « **impact** » et faire le lien avec le fonctionnement du sol

## (Δ) pratiques culturales

## (Δ) Fonctions environnementales

## Modélisation

- détoxication des (micro)-polluants

- maintien de la biodiversité

- dynamique de la matière organique
# Le programme RESACOR

## - Reconversion agricole de sols contaminés

<figure><img src="image_17.png" /></figure>

* Forte diminution de la densité des animaux dans les sols

* Peu d'effet sur l'activité de la macrofaune de surface

* Peu d'effet sur la diversité taxonomique

► Contamination « historique », systèmes probablement stables sous ce régime de contrainte

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

Fig 1. Relationships (mean ± SEM; n = 4) between indices of macro-invertebrate community structure and soil contamination level in agricultural plots of the Pierre-laye wastewater irrigation area (France). A, density of soil and litter dwelling invertebrates; B, abundance-activity of invertebrates at soil surface; C, overall diversity of invertebrates. Different letters indicated statistical differences (p < 0.05).
# Le programme RESACOR

In situ

<figure><img src="image_19.png" /><figcaption>Fig. 2. Relationships (mean ± SEM; n = 4) between mean proportion of soft-body (open bars) and geophage (black bars) individuals in macro-invertebrate community (mT) and soil contamination level in agricultural plots of the Pierrelaye wastewater irrigation area (France). For each data series, different letters indicated statistical differences (p < 0.05).</figcaption></figure>

Gradient de contamination

* Faible diminution du nombre d'individus à corps mou

* Forte diminution du nombre d'individus géophages

► L'exposition par ingestion est supérieure à l'exposition par contact

En microcosme

<figure><img src="image_20.png" /></figure>

* Diminution de l'activité catalase chez le ver de terre

* Augmentation du stress oxydant

► Des effets également visibles Au niveau métabolique
# Diminuer les traitements pesticides pour augmenter les populations de vers de terre dans les champs cultivés

► **Etablir une relation statistique** entre un **indicateur de pression** (Indice de Fréquence de Traitement phytosanitaire - IFT) et un **indicateur d'impact** (densité de 3 espèces de vers de terre vivant en contact avec la surface du sol)

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

<table><thead><tr><th>TFI</th><th>Earthworm species</th><th>Effet IFT</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="3">Herbicide</td><td><i>L. castaneus</i></td><td>-1.17 (0.19)</td></tr><tr><td><i>L. terrestris</i></td><td>-0.64 (0.11)</td></tr><tr><td><i>A. chlorotica</i></td><td>-0.38 (0.04)</td></tr><tr><td rowspan="3">Insecticide</td><td><i>L. castaneus</i></td><td>-2.14 (0.44)</td></tr><tr><td><i>L. terrestris</i></td><td>-0.84 (0.22)</td></tr><tr><td><i>A. chlorotica</i></td><td>-0.56 (0.09)</td></tr><tr><td rowspan="3">Fungicide</td><td><i>L. castaneus</i></td><td>-1.82 (0.37)</td></tr><tr><td><i>L. terrestris</i></td><td>-0.36 (0.16)</td></tr><tr><td><i>A. chlorotica</i></td><td>-0.33 (0.07)</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_22.png" /></figure>

<figure><img src="image_23.png" /></figure>

<figure><img src="image_24.png" /></figure>

► **Différences entre espèces et entre traitements**

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

<figure><img src="image_26.png" /></figure>
# Des voies d'évolution

**Améliorer l'étude des expositions**
(biodisponibilité, interactions, SIG...)

**Développer une évaluation des dangers écologiquement pertinente**
 procédures d'essai et modèles plus réalistes ; échelles
 spatio-temporelles, paysages...)

**Améliorer les bases scientifiques de l'évaluation des risques**
(situation de stress multiple...)

**Prendre en compte des services écosystémiques** : les indicateurs
mesurés montrent-ils une amélioration des services rendus?

**En terme de socio-écosystèmes** : quelle volonté/acceptation
par les parties prenantes?

<figure><img src="image_27.png" /></figure>

<figure><img src="image_28.png" /></figure>
<figure><img src="image_29.png" /></figure>

# L'évolution des structures et des outils

<figure><img src="image_30.png" /></figure>

<figure><img src="image_31.png" /></figure>

<figure><img src="image_32.png" /></figure>

<figure><img src="image_33.png" /></figure>

<figure><img src="image_34.png" /></figure>
# En IdF : Le Labex BASC : Biodiversité, Agroécosystèmes, Société, Climat

<figure><img src="image_35.png" /></figure>

13 unités de recherche, 3 réseaux dont Ecotox

<figure><img src="image_36.png" /></figure>
# Les services fournis par les agroécosystèmes au cœur du projet de l'UMR ECOSYS

## Ecologie fonctionnelle et écotoxicologie des agroécosystèmes

<figure><img src="image_37.png" /></figure>

<figure><img src="image_38.png" /></figure>
# Outils / De nouveaux indicateurs : les microorganismes photosynthétiques du sol

<figure><img src="image_39.png" /></figure>

<figure><img src="image_40.png" /></figure>

## Pourquoi ces modèles ?

- Des réactions métaboliques proches de celles des plantes

- Dans les sols, les 1er biofilms exposés aux pesticides

- Des connaissances acquises pour le compartiment aquatique sur les effets directs et indirects des pesticides

<figure><img src="image_41.png" /></figure>

## Les microorganismes photosynthétiques du sol, une biodiversité méconnue

<figure><img src="image_42.png" /></figure>

Diatomées, chlorophyceae, xanthophyceae, eustigmatophyceae : microalgues eucaryotiques

<figure><img src="image_43.png" /></figure>

<figure><img src="image_44.png" /></figure>

<figure><img src="image_45.png" /></figure>

<figure><img src="image_46.png" /></figure>

<figure><img src="image_47.png" /></figure>

### Cyanobactéries

<figure><img src="image_48.png" /></figure>

<figure><img src="image_49.png" /></figure>

<figure><img src="image_50.png" /></figure>

<figure><img src="image_51.png" /></figure>

<figure><img src="image_52.png" /></figure>

INRA
SCIENCE & IMPACT

Christian Mougin et coll.
# Outils / ANAEE-S :
Analyse et expérimentation sur les
écosystèmes – Services

* Une très grande infrastructure de recherche des sciences du vivant

* Soutenue par le programme INBS 2011

* Co-dirigée par le CNRS et l'INRA

* Objectifs du projet :

- Rassembler dans un réseau les dispositifs expérimentaux, analytiques et de
modélisation majeurs dédiés à la compréhension des processus biologiques
des écosystèmes continentaux (aquatiques et terrestres)

- Offrir une gamme de services ouverts à la communauté scientifique
nationale et internationale, ainsi qu'à la R&D

<figure><img src="image_53.png" /></figure>

France

AnaEE

<figure><img src="image_54.png" /></figure>

http://www.anaee-s.fr

<figure><img src="image_55.png" /></figure>
# Organisation de l'infrastructure ANAEE-S

<figure><img src="image_56.png" /></figure>

18 partenaires (services)
# La plateforme Biochem-Env

http://www.biochemenv.fr

Fournir des compétences, des installations et des services de caractérisation biochimique des milieux naturels terrestres et aquatiques, ainsi que de la macrofaune associée

## Objectifs :

- Offrir des installations pour l'acquisition et la caractérisation des propriétés biochimiques des compartiments de l'environnement (activités enzymatiques, PLFAs, biomarqueurs...)

- Développer des référentiels et des outils d'interprétation des données multiples acquises sur les different sites (réseaux de surveillance nationaux, sites expérimentaux de longue durée...)

- Rendre ses ressources disponibles pour la communauté scientifique et les décideurs

<figure><img src="image_57.png" /></figure>
<figure><img src="image_58.png" /></figure>

En conclusion

<figure><img src="image_59.png" /></figure>

<figure><img src="image_60.png" /></figure>

<figure><img src="image_61.png" /></figure>

<figure><img src="image_62.png" /></figure>

<figure><img src="image_63.png" /></figure>
# Ecotox/AE : un mariage de raison!

* L'interface entre sciences agronomiques, écologie, biodiversité, toxicologie et SHS se construit sur le centre

* Des bases solides sont déjà posées et des projets d'envergure sont à faire vivre

* De nouvelles opportunités se présentent :
  - Plan d'action conjoint entre l'INRA et Wageningen
  - Métaprogrammes
<figure><img src="image_64.png" /></figure>

Merci pour votre attention

<figure><img src="image_65.png" /></figure>

INRA
SCIENCE & IMPACT

Christian Mougin et coll.
# SOMMAIRE

<figure><img src="image_66.png" /></figure>

<figure><img src="image_67.png" /></figure>

Hedde et al (en prep)
Hedde et al (soumis)

<figure><img src="image_68.png" /></figure>

INRA
SCIENCE & IMPACT

Christian Mougin et coll.
# BASC : 13 unités de recherche, des partenaires privés

## Projets

- Dans quelle mesure une meilleure connaissance des interactions Biosphère-Atmosphère peut-elle aider à mieux gérer l'occupation des sols?

- Comprendre et améliorer la capacité d'adaptation des agroécosystèmes par la connaissance de la génétique et de l'évolution

- Gestion et augmentation de la biodiversité pour des socio-écosystèmes durables

- Vers un développement durable des agro-écosystèmes péri-urbains

- Modélisation multi-échelle dans les socio-écosystèmes : des concepts au développement d'outils couplés

## Réseaux

- Solfit : Sol : Fonctions, Impacts et Territoires

- Interactions Biotiques : rôle et impact sur la biodiversité et l'agriculture

- Ecotoxicologie
# Noeud 1 : plateformes expérimentales in vitro

## Node 1: Experimental in vitro platforms – TGIR Ecotrons CNRS

Coordination: Jacques Roy & Jean-François Le Galliard (CNRS)

Ecotron de Montpellier (UPS 3248)

Director: J. Roy (DR CNRS)

Access director: O. Ravel (IR CNRS)

1. Terrestrial macrocosms

2. Terrestrial mesocosms

3. Terrestrial microcosms

Ecotron IleDeFrance (UMS 3194)

Director: J.-F. Le Galliard (CR CNRS)

Access director: B. Verdier (IR CNRS)

4. Ecolab

5. Aquatic microcosms

> Manipulations des écosystèmes en milieu contrôlé

* **Accès à des macrocosmes terrestres**
  ECOLAB (13m³, 5m²), Montpellier (35m³, 5m²) (dont nouveaux dispositifs dédiés aux zones humides)

* **Accès à des mésocomes terrestres (1m³)**
  (ECOLAB et Montpellier)

* **Accès à des microcosmes terrestres et aquatiques**

<figure><img src="image_69.png" /></figure>

<figure><img src="image_70.png" /></figure>
# Noeud 2 : Dispositifs expérimentaux semi-naturels

## Node 2: Semi-natural experimental platforms

Coordination: Jean Clobert (CNRS) and Thierry Caquet (INRA)

Manipulation en milieu semi contrôlé :
manipulation sur les communautés et test d'approches théoriques

SEEM (UPS 3248)

Director: J. Clobert

Access director: O. Guillaume

CEREEP (UMS 3194)

Director: J.-F. Le Galliard

Access director: B. Decencière

U3E (UE 1036)

Director: T. Caquet

Access director: D. Azam

1. Métatron

2. Aquatic mesocosms

3. Aquatic macrocosms

<figure><img src="image_71.png" /></figure>

<figure><img src="image_72.png" /></figure>

<figure><img src="image_73.png" /></figure>

**Mésocosmes et macrocosmes aquatiques :**

- Planaqua → structure et fonction des populations

- Rennes → écotoxicologie

**METATRON :** système terrestre de chambres interconnectées

Ces dispositifs sont accompagnés de laboratoires adaptés pour la préparation et le suivi des expérimentations.

<figure><img src="image_74.png" /></figure>
# Noeud 3 : dispositifs expérimentaux in-natura

## Node 3: Experimentation in natura

Coordination: André Chanzy (INRA) & Serge Aubert (CNRS)

Site d'observation et
d'expérimentation à long terme

### Grasslands and croplands

SOERE ACBB
Lautaret
Coord.: A. Chabbi

### Croplands and
Agro-ecosystems

SOERE PRO
Coord.: S. Houot

### Forests

SOERE F-ORE-T
Nouragues CNRS
Coord.: L. Saint-André

### Lakes

SOERE GLACPE
Coord.: B Montuelle

### Four sites

Access: 4 staff

### Three sites

Access: 3 staff

### Fourteen sites

Access: 14 staff

### One site

Access: 1 staff

<figure><img src="image_75.png" /></figure>

<figure><img src="image_76.png" /></figure>

<figure><img src="image_77.png" /></figure>

<figure><img src="image_78.png" /></figure>

* Accès à des parcelles expérimentales et aux infrastructures associées

* Accès aux dispositifs long terme : profiter de la différentiation des milieux et des données acquises

* Accès aux échantillons collectés au cours du temps

* Fourniture de données de référence

(21 sites couvrant une gamme d'écosystèmes : naturel à fortement anthropisé, tempéré et tropicaux)
# Noeud 4 : instruments partagés et plateformes analytiques

## Node 4: Analysis and instruments

Coordination: Lionel Ranjard & Laurent Lapchin (INRA)

Partage d'instruments innovants et développement de plateaux analytiques

### Shared instruments

Coord.: B. Zeller (BEF, INRA)

### Environmental microbiology platforms

Coord.: L. Ranjard (MSE, INRA)

### Mobile Laboratory

Coord: B Zeller(INRA)

### Instruments

Coord: K. Klump (INRA)

### Genetic-genomics "Genosol"

Coord: L. Ranjard (INRA)

### Biochemistry "BioChem-Env"

Coord: C. Mougin (INRA)

**Laboratoire mobile** 1) pour caractériser les sites (sol, végétation, eau) à des instants clés, 2) permettre des expériences ciblées dans le temps, 3) développer et partager des méthodologie innovantes :

* Signature COV des communautés microbiennes en utilisant PTR-MS (Proton Transfer Reaction-Mass spectroscopy (PTR-MS))

* Mesure en continu des isotope stable du CO2 (δ13C) The Cavity Ring-Down Spectroscopy (CRDS)

**Plateaux analytiques dédiés aux matrices environnementales** (Sol, sédiments, macrofaune...).

* GENOSOL : caractérisation de la biodiversité génétique microbienne des sols

* BIOCHEM-ENV : signature biochimique (activités enzymatiques, PLFAs, biomarqueurs...)
# Noeud 5 : bases de données et modélisation

- Faciliter la réalisation de BDD
- Faciliter l'accès aux données
- Développer des plateformes de modélisation

## Node 5: Data base and modeling

Coordination: C. Pichot (INRA) & Michel Loreau (CNRS)

### Data and metadata

Director: C. Pichot
INRA Eco-informatique

### Modelling platforms and interfacing

Director: F. Lafolie

<figure><img src="image_79.png" /></figure>

Development and supervision of tools: 20-30 permanent staff (INRA, CNRS, CIRAD)

* Centraliser et harmoniser l'accès aux données

* Assister le conception des BDD des expérimentations

* Lier les bases de données avec les plate-forme de modélisation

* Faciliter l'accès aux plateformes de modélisation et faciliter leur interoperabilité.
# SOMMAIRE

<figure><img src="image_80.png" /></figure>