# La pollution du sol et ses conséquences sur la faune épigée et endogée

Christian Mougin

Directeur de recherche INRA
Membre correspondant, section 5

Avec le concours de
Olivier Crouzet, Fabrice Martin-Laurent, Colette Bertrand, Clémentine Fritsch, Céline Pélosi
# Les points abordés

* Eléments d'introduction

* La contamination des sols

* Les effets : études au laboratoire

* Les effets : études à la parcelle

* Quelques pistes pour la recherche

* Eléments de conclusion
Un partage de définitions

* L'écotoxicologie est la science devant faire l'intégration de la toxicologie et de l'écologie, dont les objectifs sont de comprendre et prédire les effets de contaminants sur les communautés naturelles, pour des régimes d'exposition réalistes d'un point de vue environnemental (Chapman, 2002)

* Un sol est dit **pollué** quand il contient un ou plusieurs composé(s) chimique(s) susceptible(s) de causer des **altérations biologiques, physiques et/ou chimiques**

* Les produits de protection des plantes (« pesticides ») comprennent des substances actives dans des préparations commerciales. Intrinsèquement, ils présentent un danger.
# Biodiversité : la 6ème extinction de masse (IPBES)

LETTER

Nature 2014

doi:10.1038/nature13531

Declines in insectivorous birds are associated with
high neonicotinoid concentrations

Caspar A. Hallmann¹,², Ruud P. B. Foppen²,³, Chris A. M. van Turnhout², Hans de Kroon¹ & Eelke Jongejans¹

+

## WHERE HAVE ALL THE INSECTS GONE?

Surveys in German nature reserves point to a dramatic decline in insect biomass. Key members of ecosystems may be slipping away

By Gretchen Vogel, in Krefeld, Germany

Science 2017

=

Europe

Politis 2019

Désintoxiquer
l'agriculture

Quelle situation
pour les sols et leurs
habitants ?
# Les organismes du sol

<table><thead><tr><th>Types</th><th>Types d'organismes</th><th>Abondance</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="3">Microflore</td><td>Bactéries</td><td>10<sup>8</sup> à 10<sup>9</sup> / g de sol</td></tr><tr><td>Champignons</td><td>10<sup>4</sup> à 10<sup>6</sup> / g de sol</td></tr><tr><td>Algues</td><td>10<sup>2</sup> à 10<sup>4</sup> / g de sol</td></tr><tr><td rowspan="2">Microfaune<br>(< 0,2 mm)</td><td>Protozoaires</td><td>10<sup>8</sup> à 50<sup>8</sup> / m<sup>2</sup></td></tr><tr><td>Nématodes</td><td>10<sup>6</sup> à 20<sup>6</sup> / m<sup>2</sup></td></tr><tr><td rowspan="3">Mésofaune<br>(0,2 - 4 mm)</td><td>Microarthropodes &lt; 1 mm</td><td></td></tr><tr><td>- collemboles</td><td>20<sup>3</sup> à 500<sup>3</sup> / m<sup>2</sup></td></tr><tr><td>- acariens</td><td>20<sup>3</sup> à 500<sup>3</sup> / m<sup>2</sup></td></tr><tr><td></td><td>Enchytréides</td><td>10<sup>4</sup> à 50<sup>4</sup> / m<sup>2</sup></td></tr><tr><td rowspan="3">Macrofaune<br>(4 - 80 mm)</td><td>Lombriciens</td><td>50 à 400 / m<sup>2</sup></td></tr><tr><td>Mollusques</td><td>10 à 10<sup>2</sup> / m<sup>2</sup></td></tr><tr><td>Arthropodes &gt; 1 mm</td><td>10<sup>3</sup> à 10<sup>4</sup> / m<sup>2</sup></td></tr></tbody></table>

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

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+ **mégafaune** : taupes, crapauds et serpents

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Prairie permanente : **260 millions d'individus au m² = 1,5 t ha⁻¹**
+ **diversité** très importante. Ex. 10⁴ génotypes microbiens/g de sol
La contamination des sols
Les pesticides et leurs usages évoluent

* De nouvelles molécules pour une diminution de leur rémanence et de leurs effets non-intentionnels :

- Physicochimie : architecture moléculaire souvent moins récalcitrante

- Biologie : connaissance du mode d'action, amélioration de la sélectivité et de l'efficacité, diminution des doses d'utilisation

* Des **interdictions d'usage** : organochlorés (1973), chlordécone (1994), triazines et diuron (2003) et néonicotinoïdes (2018), mais dérogations...

* Une évaluation des risques (pré et post AMM) lourde mais perfectible (OPECST)

* Une large gamme de pesticides utilisés en France : 325 substances actives et 2340 spécialités commerciales (EU pesticide database et E-Phy)

* Des tonnages utilisés qui augmentent malgré Ecophyto(s) : 73000 T et 2,7 kg/ha (CGDD 2018) : + 12 % en 2014-2016 par rapport à 2009-2011
Une présence des pesticides dans tous les milieux

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# Dégradation ou stabilisation ?

## ❖ Dégradation et stabilisation

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Mamy et al., Chemosphere, 2016

## ❖ Impact des résidus végétaux

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* Une fraction ± importante du pesticide apporté se stabilise dans le sol au cours du temps

* La répartition dégradation/stabilisation est variable
# La gestion du passé

## Le lindane en métropole

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Source : Gis Sol, RMQS, 2013. Traitements : SOeS, 2013

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## Le chlordécone aux Antilles

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## La contamination des sols est durable
Les effets : études au laboratoire
# Effets sur les communautés de cyanobactéries

## ❖ Mésotrione (M) et Callisto (C) à 1, 10 et 100 x Dose Agronomique

<figure><img src="image_16.png" /><figcaption>* Indice de diversité</figcaption></figure>

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* Traités : 1 DA : pas d'effet, 10 et 100 DA : effet négatif sur la diversité

* Traités : effets plus intenses de la préparation commerciale
# Une adaptation de la microflore

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## Biodégradation accélérée de l'oxamyl

* Hypothèse : acquisition ou augmentation de la capacité de dégradation

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* La minéralisation de l'oxamyl est importante

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* L'abondance relative des microorganismes dégradant l'oxamyl est concomitante à la cinétique de minéralisation du nématicide

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* Le sol s'adapte à la dégradation du nématicide
# Une adaptation de la microflore

## ❖ PICT (Pollution-Induced Community Tolerance)

Blanck et al., 1988; Baath et al., 1992

1. **Echantillons prélevés** au champ présentant différents niveaux/passifs de contaminations pressions de sélection

Non contaminé

Contaminé

**Hypothèse:** modification des communautés microbiennes

2. **Analyses au laboratoire** des réponses effet – dose d'une activité ou un processus microbien

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Acquisition de tolérance
# Une adaptation de la microflore

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PICT (Pollution-Induced Community Tolerance) : exemple de l'isoproturon

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BIOLOGIQUE

Gradient de contaminant : Dose agronomique IPU

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CONVENTIONNEL

Incubation sur 14 jours

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EC₅₀ Bio < EC₅₀ Conv

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## Acquisition de tolérance à l'IPU dans le SdC conventionnel
# Effets de fongicides sur les annélides

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## Le Cuprafor

(oxychlorure de cuivre)

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## Le Swing Gold

(dimoxytrobine + époxiconazole)

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

* Pas de mortalité durant les 14 jours d'exposition

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* Perte significative de biomasse pour les 2 espèces exposées

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* Vers de terre plus sensibles que les enchytréides

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* Impact sur la production de cocons de *A. caliginosa* à la DA

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

* Pas d'effet sur le poids des cocons
Les effets : études à la parcelle
# Effet des fongicides sur les annélides (densité)

* Cuprafor (C), Swing Gold (D) et mélange (M) à 1 et 10 x Dose Agronomique

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

■ Enchytréides

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

■ Vers de terre

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* Pas de différence significative entre les traitements sur la densité d'animaux

* Une différence sur les métriques de diversité pour les VdT à D10 et M (épigés et anéciques)
# Effet des fongicides sur les annélides (activité)

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

* Cuprafor (C), Swing Gold (D) et mélange (M) à 1 et 10 x Dose Agronomique

## Bait Lamina - Principe de la méthode

### Mesure fonctionnelle de l'écosystème sol

* Activité biologique des organismes du sol mesurée par la dégradation de la matière organique

**Bait lamina strip**

* PVC

* 16 perforations

* 16 cm de longueur totale

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Centre Ecotox Suisse

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### Pas de différence significative entre les traitements sur l'activité d'alimentation
# Effet sur les insectes (morphologie)

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## ❖ Vergers en Bio (organic) ou gestion intégrée (IPM) : F. auricularia

### Poids

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### Morphométrie

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### Réserves énergétiques

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* Les pratiques de gestion des vergers peuvent conduire à des modifications des paramètres biochimiques et morphométriques chez les invertébrés, en fonction du sexe, avec des conséquences sur la dynamique des populations

* Et les traits fonctionnels ?
Quelques pistes pour la recherche
# Plus de pertinence agro-écologique

## Considérer le changement d'échelle biologique

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## Reconsidérer les espèces modèles (invertébrés et vertébrés)

- Jouent un rôle particulier dans l'écosystème, et ont une représentativité écologique

- Doivent permettre de dépasser le réductionnisme inhérent aux modèles classiques pour décrire des mécanismes universels

## Développer une écotoxicologie plus intégrative

- Observation *in natura* / expérimentation (manipulation de facteurs) / modélisation (intégration des connaissances et généralisation des résultats)

- Chaine pression / exposition / impact
# Proposer des espèces modèles représentatives des agrosystèmes

Store > Catalogue de normes > Explorer par ICS > 13 > 13.080 > 13.080.30 > ISO 11268-2:2012

ISO 11268-2:2012

Prévisualiser

Qualité du sol -- Effets des polluants vis-à-vis des vers de terre -- Partie 2: Détermination des effets sur la reproduction de Eisenia fetida/Eisenia andrei

Chemosphere 90 (2013) 895-900

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ELSEVIER

Contents lists available at SciVerse ScienceDirect

Chemosphere

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

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

## Review

Searching for a more sensitive earthworm species to be used in pesticide homologation tests – A meta-analysis

C. Pelosi a,*, S. Joimel b,c, D. Makowski d,e

Environmental Science and Pollution Research (2018) 25:33867-33881

https://doi.org/10.1007/s11356-018-2579-9

## ECOTOX, NEW QUESTIONS FOR TERRESTRIAL AND AQUATIC ECOTOXICOLOGY

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*Aporrectodea caliginosa*, a relevant earthworm species for a posteriori pesticide risk assessment: current knowledge and recommendations for culture and experimental design
Normaliser des méthodes de caractérisation biologique
(mesure, modélisation...) pour l'évaluation du risque

* ISO11263:2012 - Méthode pour extraire directement l'ADN d'échantillons de sol > en révision

* ISO21130:2018 - Mesure de l'activité enzymatique dans des échantillons de sol en utilisant des substrats colorimétriques

* ISO 11268-2:2012 - Effets des polluants sur les vers de terre - Partie 2 : Détermination des effets sur la reproduction d'Eisenia fetida/Eisenia Andrei > en révision

* ISO 18400-206:2017 - Échantillonnage - Partie 206: Lignes directrices pour la collecte, la manipulation et la conservation de sols destinés à l'évaluation de paramètres biologiques fonctionnels et structurels en laboratoire
Initiative en éco-toxicologie pour suivre, comprendre et réduire les impacts des pesticides dans les socio-agro-écosystèmes

❖ Les ambitions

* Promouvoir une recherche transversale et intégrée pour suivre, comprendre et atténuer les impacts environnementaux (et sanitaires) des pesticides et biocides,

* Analyser la chaine " pressions-expositions-impacts " en coordonnant et en intégrant l'observation et l'expérimentation in natura en écotoxicologie et toxicologie,

* Partager au sein des partenaires une culture commune autour de l'écotoxicologie.

❖ Un projet scientifique et un réseau de sites

❖ Une plus-value en écotoxicologie apportée aux infrastructures de recherche RZA, OZCAR et AnaEE-France

❖ Une animation scientifique (AMIs...)

❖ Une implication dans la phytopharmacovigilance

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

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PING

# L'écotoxicologie du paysage

## RESistance of agricultural landSCAPES to pesticide transfers in soils and living organisms

## Pratiques agricoles, Interactions avec le paysage et exposition de la faune au Glyphosate : une approche écotoxicologique et socio-économique

### Evaluer l'impact des caractéristiques du paysage (composition et configuration) et des pratiques phytosanitaires sur la biodiversité et la résistance des paysages aux transferts de pesticides dans les sols et dans les organismes vivants

ECOSYS

CHRONO
ENVIRONNEMENT

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

Liberté • Égalité • Fraternité
RÉPUBLIQUE FRANÇAISE

Ministère
de l'Écologie,
du Développement
durable
et de l'Énergie

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PESTICIDES

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

Liberté • Égalité • Fraternité
RÉPUBLIQUE FRANÇAISE

MINISTÈRE
DE L'AGRICULTURE
DE L'AGROALIMENTAIRE
ET DE LA FORÉT

ÉCOPHYTO
RÉDUIRE ET AMÉLIORER
L'UTILISATION DES PHYTOS

Métaprogramme SMaCH

INRA
SCIENCE & IMPACT
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<figure><img src="image_64.png" /></figure>

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

Zones
Ateliers
LTSER FRANCE

Zones
Ateliers
PLAINE ET VAL DE SÈVRE

## 60 (2016) + 40 (2018) fenêtres 1km²

**3 gradients paysagers :**

* % éléments arborés

* % prairie

* % AB

* + calcul métriques
  agencement spatial

* Enquêtes pratiques

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

<figure><img src="image_74.png" /><figcaption>Haie / bosquet</figcaption></figure>

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

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<figure><img src="image_77.png" /></figure>
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<figure><img src="image_80.png" /></figure>

INSTITUT DES
SCIENCES
ANALYTIQUES

31 molécules recherchées

<figure><img src="image_81.png" /></figure>

n = 180

VERS DE
TERRE

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n = 155

CARABES

<figure><img src="image_83.png" /></figure>

n = 146

<figure><img src="image_84.png" /></figure>

LUXEMBOURG
INSTITUTE
OF HEALTH

RESEARCH DEDICATED TO LIFE

69 molécules recherchées

<figure><img src="image_85.png" /></figure>

n = 77

<figure><img src="image_86.png" /></figure>

MICRO-
MAMMIFÈRES

Au moins 1 molécule détectée dans

100% des échantillons
9 ± 4 molécules/éch.

92% des échantillons
4 ± 2 molécules/éch.

75% des échantillons
3 ± 2 molécules/éch.

100% des échantillons
32 ± 4 molécules/éch.

Principales molécules détectées - Insecticides, Herbicides, Fongicides
## Eléments de conclusion
* Beaucoup d'information « fragmentée » obtenue dans des conditions expérimentales « simples », ? peu de synthèses ou de méta-analyses !

* Pas de relation simple et systématique entre stresseurs (chimiques) et impacts biologiques : regarde-t-on les bons mécanismes (directs, indirects) et les bonnes concentrations (hormèse)

* Repenser l'écotoxicologie dans le contexte de l'agroécologie : associer écotoxicologues, agronomes, écologues

* Traiter la question cruciale des multi-expositions : expositions répétées, mélanges, stresseurs variés

* Mieux étudier la résistance et la résilience des communautés

* Développer pour les sols et leurs organismes les approches évoquées par Thierry

* Se placer dans un contexte de santé globale

* Pesticides, mais aussi diversité de contaminants : valorisation des MAFOR, plastiques...
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<figure><img src="image_88.png" /></figure>

Merci pour votre attention !

<figure><img src="image_89.png" /></figure>

Contact

christian.mougin@inra.fr