# Écotoxicologie des sols : vieux concepts pour de nouvelles approches ?

Christian Mougin, Juliette Fabure

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Christian Mougin, Juliette Fabure. Écotoxicologie des sols: vieux concepts pour de nouvelles approches?. Ecotoxicologie, des communautés au fonctionnement des écosystèmes, volume 2, ISTE Editions, 382 p., 2017, Collection Système Terre Environnement - Série Ecotoxicologie, 9-781-78405-315-4. hal-01640971

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Table des matières

Introduction .................................................. 15
Thierry CAQUET

Chapitre 1. Réponse structurelle et fonctionnelle des communautés microbiennes hétérotrophes benthiques aux contaminants : quelle conséquence pour le fonctionnement de l'écosystème ? ........................................ 27
Stéphane PESCE, Émilie LYAUTEY et Arnaud FOULQUIER

1.1. Introduction : importance écologique des communautés microbiennes hétérotrophes benthiques ........................................ 27

1.2. Comment appréhender la réponse structurelle et fonctionnelle des communautés microbiennes hétérotrophes benthiques aux contaminants ? .................................................. 30

1.2.1. Paramètres fonctionnels ........................................ 31

1.2.1.1. Production de biomasse et croissance. .......................... 31

1.2.1.2. Respiration aérobie et anaérobie. ............................ 32

1.2.1.3. Activités enzymatiques ........................................ 32

1.2.2. Paramètres structurels ........................................ 33

1.3. Comment évaluer in situ l'impact des contaminants sur les communautés microbiennes hétérotrophes benthiques ? .................... 34

1.4. Comment évaluer les conséquences de la réponse des communautés microbiennes benthiques aux contaminants sur le fonctionnement des écosystèmes aquatiques ? ........................................ 39
1.5. Conclusion .................................................... 41

1.6. Bibliographie .................................................... 42

Chapitre 2. Les cyanobactéries toxiques : quels impacts sur le fonctionnement des écosystèmes aquatiques ? .................... 51

Cécile BERNARD et Arnaud CATHERINE

2.1. Introduction. .................................................... 51

2.2. Les cyanobactéries – caractéristiques .......................... 52

2.3. Les toxines des cyanobactéries .................................. 54

2.3.1. Les hépatotoxines. ........................................ 54

2.3.1.1. Les microcystines (MCs) .................................. 54

2.3.1.2. Les nodularines (NODs) .................................. 55

2.3.1.3. La cylindrospermopsine et ses dérivés (CYNs) ............ 56

2.3.2. Les neurotoxines ................................................ 56

2.3.2.1. Les anatoxines (ANTX-a) : .................................. 56

2.3.2.2. Les saxitoxines et dérivés (STXs) .......................... 57

2.3.2.3. La β-N-methylamino-L-alanine (BMAA) et ses isomères .................................................... 58

2.3.3. Les dermatotoxines. ............................................ 58

2.4. Capacités adaptatives des cyanobactéries, proliférations et production de toxines .................................................... 58

2.5. Les effets des cyanobactéries et des cyanotoxines sur le fonctionnement des écosystèmes .................................... 62

2.5.1. Impacts des efflorescences de cyanobactéries sur l'environnement physico-chimique des écosystèmes aquatiques et conséquences sur le compartiment biotique. ........................ 62

2.5.1.1. Impacts de la modification de la transparence de l'eau ........................ 62

2.5.1.2. Impacts de la modification des paramètres chimiques de l'eau. .................................................... 63

2.5.2. Impacts des efflorescences de cyanobactéries sur les réseaux trophiques .................................................... 64

2.5.3. Effets des toxines de cyanobactéries sur les communautés aquatiques .................................................... 65

2.5.3.1. Effets des cyanobactéries sur les communautés de bactéries hétérotrophes et le microbiome. ........................ 65

2.6. Conclusion .................................................... 69

2.7. Bibliographie .................................................... 69
Chapitre 3. Les microalgues et cyanobactéries édaphiques : écologie et rôles en bioindication 79

Olivier CROUZET et Annette BÉRARD

3.1. Introduction : les communautés microbiennes photosynthétiques des sols, trop peu étudiées et pourtant un outil de bioindication prometteur 79

3.2. Méthodologie et outils d'étude 80

3.2.1. Échantillonnage dans les sols 81

3.2.2. Méthodes et descripteurs des communautés 81

3.2.2.1. Les méthodes de culture et d'isolement 81

3.2.2.2. L'observation directe par microscopie 82

3.2.2.3. Les méthodes biochimiques 82

3.2.2.4. Les méthodes moléculaires 83

3.2.2.5. Les méthodes d'imagerie 83

3.3. État des lieux de l'écologie des microalgues et cyanobactéries édaphiques 84

3.3.1. Abondance et diversité dans les sols 85

3.3.2. Contribution au fonctionnement physicochimique et biologique des sols 86

3.3.3. Effets des paramètres environnementaux 87

3.4. Effets des contaminants sur les communautés microbiennes photosynthétiques édaphiques 88

3.4.1. Les bioessais de toxicité utilisant les microalgues édaphiques 89

3.4.2. Effets des métaux 90

3.4.3. Effets des pesticides dans les sols agricoles 91

3.4.3.1. Effets directs des pesticides 92

3.4.3.2. Réponses des communautés aux pesticides 93

3.4.4. Influence de l'environnement sol sur les impacts des contaminants 95

3.5. Conclusion 97

3.6. Bibliographie 98

Chapitre 4. Les microorganismes phototrophes benthiques, outil d'évaluation des perturbations des milieux aquatiques 111

Bernard MONTUELLE et Agnès BOUCHEZ

4.1. Introduction 111

4.2. Les microorganismes photosynthétiques benthiques 112

4.2.1. Développement et structuration des biofilms naturels phototrophes 112
<table><tr><td>4.2.2. Les MOPB : diversité et fonctions</td><td>113</td></tr><tr><td>4.2.3. Principaux facteurs environnementaux contrôlant les MOPB</td><td>114</td></tr><tr><td>4.2.3.1. Lumière</td><td>114</td></tr><tr><td>4.2.3.2. Hydrodynamique</td><td>115</td></tr><tr><td>4.2.3.3. Nutriments</td><td>116</td></tr><tr><td>4.3. Les MOPB en tant qu'indicateurs de qualité</td><td>116</td></tr><tr><td>4.4. Sensibilité et réponses aux toxiques</td><td>119</td></tr><tr><td>4.5. Évaluation in situ à l'échelle des communautés</td><td>122</td></tr><tr><td>4.5.1. La diversité en tant que support de la tolérance des communautés de MOPB aux contaminants</td><td>122</td></tr><tr><td>4.5.2. Évaluation de risque</td><td>123</td></tr><tr><td>4.6. Conclusions</td><td>124</td></tr><tr><td>4.7. Bibliographie</td><td>125</td></tr></table>

## Chapitre 5. Effets des cyanotoxines sur les communautés zooplanctoniques en milieu lentique
Florence D. HULOT et Alexandra CERQUEIRA DE ARAUJO

<table><tr><td>5.1. Introduction</td><td>133</td></tr><tr><td>5.2. Interactions entre cyanobactéries et zooplancton dans le milieu aquatique</td><td>134</td></tr><tr><td>5.3. Effets des cyanobactéries sur le taux de croissance des populations zooplanctoniques</td><td>135</td></tr><tr><td>5.3.1. Cyanobactéries et cyanotoxines</td><td>135</td></tr><tr><td>5.3.2. Effets des cyanotoxines sur le taux de croissance des populations zooplanctoniques</td><td>136</td></tr><tr><td>5.3.3. Limites des études</td><td>138</td></tr><tr><td>5.4. Effets sublétaux des cyanobactéries sur les populations zooplanctoniques</td><td>139</td></tr><tr><td>5.4.1. Effets des cyanotoxines sur la mobilité et les déplacements</td><td>139</td></tr><tr><td>5.4.2. Effets des cyanotoxines sur des traits d'histoire de vie et la dynamique de population de Daphnia sp.</td><td>141</td></tr><tr><td>5.5. Influence des facteurs abiotiques sur la production de cyanotoxines et leurs effets</td><td>143</td></tr><tr><td>5.6. Développement de résistances et adaptation du zooplancton aux cyanotoxines</td><td>144</td></tr><tr><td>5.7. Conclusion</td><td>145</td></tr><tr><td>5.8. Bibliographie</td><td>146</td></tr></table>
Chapitre 6. Étude des effets des pesticides sur les communautés phytoplanctoniques marines. 149

Stéphane STACHOWSKI-HABERKORN et Sabine GUESDON

6.1. Introduction. 149

6.2. Le phytoplancton marin, un ensemble d'organismes d'intérêt majeur. 150

6.2.1. Généralités. 150

6.2.2. Notion de communauté phytoplanctonique. 151

6.3. Les pesticides en milieu côtier et estuarien. 151

6.3.1. Sources de contamination. 152

6.3.2. Mesure des pesticides dans le milieu. 152

6.3.3. Niveaux de concentration en pesticides dans le milieu côtier. 153

6.4. Impact des pesticides sur les communautés phytoplanctoniques. 154

6.4.1. Démarches expérimentales. 155

6.4.1.1. Transplantation et maintien de communautés en laboratoire : microcosmes indoor. 155

6.4.1.2. Microcosmes/mésocosmes in situ. 156

6.4.2. Indicateurs d'effets et exemples de résultats. 157

6.4.2.1. Descripteurs de structure des communautés. 158

6.4.2.2. Descripteurs de fonction des communautés. 163

6.5. Réflexion sur l'utilisation des communautés phytoplanctoniques marines en écotoxicologie. 165

6.6. Bibliographie. 167

Chapitre 7. Polluants et fonctionnement des sols. 171

Yvan CAPOWIEZ

7.1. Introduction. 171

7.1.1. Pollution des sols. 171

7.1.2. Le ver de terre comme bio-indicateur et source de biomarqueurs. 172

7.2. Effets d'un insecticide néonicotinoïde, l'imidaclopride, sur le comportement du ver de terre *Aporrectodea nocturna* – Une étude en conditions de laboratoire. 172

7.2.1. Comment observer et caractériser le comportement des vers de terre ? 173

7.2.2. L'imidaclopride modifie le comportement excavateur d*Aporrectodea nocturna*. 174

7.2.3. La modification du réseau de galeries a des répercussions sur l'aération des sols. 175

7.2.4. Conclusions et limites. 176
<table><tr><td>7.3. Effets de la pollution historique liée à une usine de recyclage des batteries sur les communautés de vers de terre et le fonctionnement du sol.</td><td>177</td></tr><tr><td>7.3.1. Caractérisation de la pollution historique.</td><td>177</td></tr><tr><td>7.3.2. Effets de cette pollution sur les communautés lombriciennes</td><td>178</td></tr><tr><td>7.3.3. Conséquences pour le fonctionnement in situ des sols</td><td>180</td></tr><tr><td>7.4. Conclusions et perspectives.</td><td>181</td></tr><tr><td>7.5. Bibliographie</td><td>182</td></tr></table>

## Chapitre 8. Les pesticides, la cause du déclin de l'abeille domestique ?
Iris EOUZAN, Lionel GARNERY, Télesphore SIME-NGANDO et David G. BIRON

<table><tr><td>8.1. Introduction.</td><td>185</td></tr><tr><td>8.2. L'abeille domestique et son histoire évolutif</td><td>186</td></tr><tr><td>8.3. Des populations d'A. mellifera en déclin</td><td>189</td></tr><tr><td>8.4. Les causes probables du déclin.</td><td>190</td></tr><tr><td>8.4.1. Les pesticides.</td><td>190</td></tr><tr><td>8.4.2. Les pathogènes.</td><td>191</td></tr><tr><td>8.4.2.1. Les virus</td><td>191</td></tr><tr><td>8.4.2.2. Les microsporidies</td><td>192</td></tr><tr><td>8.4.2.3. Les bactéries.</td><td>193</td></tr><tr><td>8.4.3. Les autres facteurs du déclin.</td><td>193</td></tr><tr><td>8.5. Un nouveau paradigme</td><td>194</td></tr><tr><td>8.6. Les pratiques apicoles et le déclin des populations d'A. mellifera.</td><td>196</td></tr><tr><td>8.7. Conclusion</td><td>197</td></tr><tr><td>8.8. Remerciements.</td><td>198</td></tr><tr><td>8.9. Bibliographie</td><td>198</td></tr></table>

## Chapitre 9. Interactions entre parasites et pollution dans un monde en mutation
Marta I. SANCHEZ, Iris EOUZAN, Antonia J. PAIS-COSTA et David G. BIRON

<table><tr><td>9.1. Introduction.</td><td>205</td></tr><tr><td>9.2. État de l'art des connaissances concernant les conséquences des interactions parasite/pollution sur la santé des organismes</td><td>207</td></tr><tr><td>9.2.1. Effet additif</td><td>207</td></tr><tr><td>9.2.2. Effet synergique.</td><td>207</td></tr><tr><td>9.2.3. Effet antagoniste</td><td>208</td></tr></table>
<table><tbody><tr><td>9.3. Comment les parasites peuvent-ils affecter le flux de polluants dans un écosystème ?</td><td>210</td></tr><tr><td>9.3.1. Un modèle d'étude : les artémies et leurs parasites, les cestodes</td><td>211</td></tr><tr><td>9.4. Utilisation du parasitisme pour évaluer la qualité d'un environnement</td><td>213</td></tr><tr><td>9.4.1. Utilisation des stades libres de parasites</td><td>214</td></tr><tr><td>9.4.2. Le suivi de changements dans les populations et les communautés de parasites</td><td>214</td></tr><tr><td>9.4.3. Les parasites comme indicateurs d'accumulation de pollution</td><td>215</td></tr><tr><td>9.5. La protéomique environnementale : une nouvelle approche pour l'étude des réponses aux stress environnementaux</td><td>217</td></tr><tr><td>9.6. Perspectives</td><td>217</td></tr><tr><td>9.7. Remerciements.</td><td>219</td></tr><tr><td>9.8. Bibliographie</td><td>219</td></tr></tbody></table>

# Chapitre 10. Vertébrés terrestres et écotoxicologie du paysage.
Clémentine FRITSCH, Michael COEURDASSIER, Patrick GIRAUDOUX, Francis RAOUL et Renaud SCHEIFLER

<table><tbody><tr><td>10.1. Introduction</td><td>227</td></tr><tr><td>10.2. Vers une écotoxicologie du paysage</td><td>228</td></tr><tr><td>10.2.1. L'exposition aux contaminants est hétérogène dans l'espace</td><td>228</td></tr><tr><td>10.2.2. Le paysage est une mosaïque de taches d'occupation du sol, mais aussi un niveau d'organisation écologique.</td><td>229</td></tr><tr><td>10.2.3. Le paysage peut avoir un rôle sur les transferts et les effets des contaminants</td><td>229</td></tr><tr><td>10.2.4. Émergence de l'écotoxicologie du paysage.</td><td>231</td></tr><tr><td>10.3. Le site de Metaleurop Nord</td><td>232</td></tr><tr><td>10.4. Pollution et paysage en interaction modifient les communautés de petits mammifères.</td><td>234</td></tr><tr><td>10.5. Influence du paysage sur l'exposition des micromammifères aux métaux</td><td>240</td></tr><tr><td>10.6. Rôle du paysage dans le transfert de contaminants métalliques vers le merle noir</td><td>247</td></tr><tr><td>10.7. Conclusions et perspectives.</td><td>251</td></tr><tr><td>10.8. Remerciements</td><td>253</td></tr><tr><td>10.9. Bibliographie</td><td>253</td></tr></tbody></table>
Chapitre 11. Impacts des contaminants sur la structure et le fonctionnement des communautés de végétaux supérieurs 261

Lilian MARCHAND, Renaud JAUNATRE et Michel MENCH

<table><tbody><tr><td>11.1. La formation d'un pool régional d'espèces</td><td>266</td></tr><tr><td>11.2. La constitution d'un pool local par le filtre de la dispersion</td><td>266</td></tr><tr><td>11.3. Capacité des plantes à supporter les conditions environnementales abiotiques dont l'exposition aux contaminants</td><td>267</td></tr><tr><td>11.3.1. Imprégnation des végétaux.</td><td>268</td></tr><tr><td>11.3.2. Impacts – Perturbations physiologiques.</td><td>269</td></tr><tr><td>11.3.3. Effets des expositions à plusieurs xénobiotiques.</td><td>272</td></tr><tr><td>11.4 Effets indirects des contaminants – Impact sur les interactions biotiques au sein de la communauté</td><td>272</td></tr><tr><td>11.4.1. Compétition et facilitation sur un gradient de contamination</td><td>273</td></tr><tr><td>11.4.2. Cas d'augmentation de la diversité des communautés végétales</td><td>276</td></tr><tr><td>11.4.3. Interactions tri-trophiques.</td><td>277</td></tr><tr><td>11.5. Dynamique des communautés végétales en cas de contamination du milieu</td><td>278</td></tr><tr><td>11.5.1. Résistance et résilience</td><td>278</td></tr><tr><td>11.5.2. Restauration et réhabilitation écologique</td><td>280</td></tr><tr><td>11.6. Importance des traits dans la structure et le fonctionnement des communautés végétales</td><td>282</td></tr><tr><td>11.6.1. Traits fonctionnels</td><td>282</td></tr><tr><td>11.6.2. Diversité des espèces et fonctionnement de la communauté.</td><td>284</td></tr><tr><td>11.7. Conclusion.</td><td>285</td></tr><tr><td>11.8. Bibliographie</td><td>286</td></tr></tbody></table>

Chapitre 12. Écotoxicologie des sols : vieux concepts pour de nouvelles approches ? 301

Christian MOUGIN et Juliette FABURÉ

<table><tbody><tr><td>12.1. Introduction</td><td>301</td></tr><tr><td>12.2. Une évolution nécessaire de l'écotoxicologie des sols.</td><td>302</td></tr><tr><td>12.2.1. Limites et verrous des approches traditionnelles de l'écotoxicologie</td><td>302</td></tr><tr><td>12.2.2. Un cadre conceptuel qui évolue</td><td>304</td></tr><tr><td>12.3. Les apports de l'écologie à l'écotoxicologie.</td><td>306</td></tr><tr><td>12.4. Et l'agroécologie ?</td><td>308</td></tr><tr><td>12.5. Vers de nouveaux outils et dispositifs dédiés</td><td>309</td></tr><tr><td>12.6. Un besoin de biomarqueurs et de bioindicateurs pertinents et validés.</td><td>312</td></tr></tbody></table>
<table><tr><td>12.7. Les approches omiques</td><td>314</td></tr><tr><td>12.8. L'enjeu de l'accès aux données et de leur organisation</td><td>316</td></tr><tr><td>12.9. Conclusions : des besoins de recherche</td><td>317</td></tr><tr><td>12.10. Remerciements</td><td>318</td></tr><tr><td>12.11. Bibliographie.</td><td>318</td></tr></table>

## Chapitre 13. L'étude des contaminants en microcosmes de laboratoire : de l'expérimentation à la modélisation

Bernard CLEMENT, Dominique LAMONICA, Sandrine CHARLES et Christelle LOPES

<table><tr><td>13.1. Introduction</td><td>323</td></tr><tr><td>13.2. L'évaluation des risques écotoxicologiques basée sur des essais sur communautés naturelles ou reconstituerées en microcosmes de laboratoire</td><td>325</td></tr><tr><td>13.2.1. Les différents types de microcosmes de laboratoire.</td><td>325</td></tr><tr><td>13.2.2. Le microcosme de Clément et al.</td><td>327</td></tr><tr><td>13.3. La modélisation : un outil pour l'étude des interactions en microcosme sous pression toxique.</td><td>328</td></tr><tr><td>13.3.1. Intérêt de la modélisation</td><td>328</td></tr><tr><td>13.3.2. Premiers travaux</td><td>329</td></tr><tr><td>13.3.3. Modélisation du sous-système algues-daphnies en l'absence de contaminant par une approche mécaniste.</td><td>330</td></tr><tr><td>13.3.4. Étude des interactions entre algues et lentilles d'eau en présence de cadmium</td><td>332</td></tr><tr><td>13.3.5. Conclusion</td><td>335</td></tr><tr><td>13.4. Conclusion générale</td><td>335</td></tr><tr><td>13.5. Bibliographie</td><td>336</td></tr></table>

## Chapitre 14. Cas d'étude : exposition des communautés aquatiques aux contaminants et fonctionnement des écosystèmes

Arnaud CATHERINE, Selma MALOUFI et Marc TROUSSELLIER

<table><tr><td>14.1. Vers une gestion intégrée des milieux aquatiques</td><td>339</td></tr><tr><td>14.1.1. Pressions anthropiques impactant les communautés aquatiques</td><td>339</td></tr><tr><td>14.1.2. Évolutions conceptuelles et réglementaires associées à la préservation des milieux aquatiques</td><td>340</td></tr><tr><td>14.1.3. Défis actuels : évolution et complexité des pressions, perception de la qualité des écosystèmes.</td><td>341</td></tr></table>
<table><tbody><tr><td>14.2. Les plans d'eau périurbains d'Île-de-France comme modèle d'étude</td><td>342</td></tr><tr><td>14.2.1. Une région contrastée</td><td>342</td></tr><tr><td>14.2.2. État des lieux de milieux aquatiques franciliens</td><td>343</td></tr><tr><td>14.3. Projets de recherches dédiés à l'étude des plans d'eau d'Île-de-France</td><td>346</td></tr><tr><td>14.4. Stratégie d'échantillonnage appliquée à l'étude des lacs et réservoirs</td><td>349</td></tr><tr><td>14.5. Apports de l'étude des plans d'eau franciliens</td><td>350</td></tr><tr><td>14.5.1. Le bassin versant comme intégrateur des pressions agissant sur les plans d'eau.</td><td>350</td></tr><tr><td>14.5.2. Quels impacts des pressions anthropiques sur la structure des communautés aquatiques et le fonctionnement des écosystèmes ?</td><td>355</td></tr><tr><td>14.6. Vers la prise en compte des multi-contaminations sur l'état et le fonctionnement des écosystèmes aquatiques.</td><td>361</td></tr><tr><td>14.7. Bibliographie</td><td>364</td></tr><tr><td>Liste des auteurs.</td><td>373</td></tr><tr><td>Index</td><td>377</td></tr></tbody></table>