# La contamination chimique des sols : conséquences écotoxicologiques et sanitaires

Christian Mougin

► To cite this version:

Christian Mougin. La contamination chimique des sols : conséquences écotoxicologiques et sanitaires.
" Toxicologie Environnementale et Agroalimentaire dans l'Espace Francophone ", Association pour la
Recherche en Toxicologie (ARET). FRA., Nov 2009, Sousse, Tunisie. hal-02813324

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Submitted on 4 Mar 2023

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Public Domain
# La contamination chimique des sols : conséquences écotoxicologiques et sanitaires

Christian Mougin et coll.

mougin@versailles.inra.fr

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# Un contexte nouveau

* Les enjeux actuels de l'agriculture

- Globalisation des préoccupations sanitaires et environnementales

- Sécurité alimentaire

- Gestion durable des ressources naturelles, dont le sol

- Prix de l'énergie, renouvellement de la chimie

* Le Grenelle de l'Environnement

- Préserver les milieux et la biodiversité

- Ecotoxicologie, toxicologie de l'environnement

► Renforcer les recherches sur les interactions sols/contaminants chimiques (PESSAC)
# Les sols cultivés, des écosystèmes complexes

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# Une évolution sous l'action d'une double contrainte

## 1-Des contaminations multiples

- Apports directs : pesticides

- Valorisation des produits résiduaires organiques : EDCs

- Retombées atmosphériques : ETMs + ...

CHAINES TROPHIQUES

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PLANTE

ORGANISMES

HORIZON CULTIVE

AIR

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## 2-Des usages et pratiques qui évoluent

- Type d'occupation

- Techniques culturales (simplifiées)

- Urbain et péri-urbain

- Péri-industriel

EAUX

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HORIZONS PROFONDS
# Propriétés physico-chimiques (pH, MO)

42 Parcelles, 80 ans, intrants

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Arvalis, 30 ans, pratiques

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* L'acidification des sols est modulée par les intrants organo-minéraux et les pratiques (biodisponibilité des contaminants, propriétés biologiques)
# Caractéristiques de la contamination

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Site de Pierrelaye :
100 ans d'eaux
usées de Paris

1 - 1,5 kg/m³

15 000 tonnes

Teneurs totales ≠ formes actives
# Evolution des propriétés biologiques

## ANR Resacor, faune

## Arvalis : activité microbiologique

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### ► Un effet contrasté des techniques culturales
# La valorisation agricole des PRO

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# Boues / composts / lisiers...

* Un intérêt évident pour le maintien du statut organo-minéral du sol

* Mais peu de connaissances sur le devenir et les impacts de composés autres que métaux et organiques persistants

- Peu d'études intégrées

- Des doses d'apport souvent sans réalisme agronomique

- Des difficultés analytiques

* Plusieurs programmes lancés à l'INRA (ADEME, INSU, ANR...)

- Pesticides / EDC / hormones / antibiotiques...

- Procédé de traitement / dynamique / impacts
# Le cas des pesticides dans les boues d'épuration

<table><thead><tr><th rowspan="2"></th><th colspan="2">Teneur des boues (mg/kg MS)</th><th colspan="2">Quantité maximale apportée au sol**</th></tr><tr><th>moyenne</th><th>maximale*</th><th>mg/m²</th><th>mg/kg</th></tr></thead><tbody><tr><td><strong>CTO contenus dans les boues</strong></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nonylphénol%</td><td>112</td><td>207</td><td>620</td><td>4,1</td></tr><tr><td>Fluoranthène</td><td>0,53</td><td>5</td><td>7,5$</td><td>0,05</td></tr><tr><td>Pesticides organochlorés</td><td>0,02 - 2,8</td><td>0,2 - 570</td><td>0,6 - 1710</td><td>0,004 - 11,4</td></tr><tr><td><strong>Glyphosate / AMPA</strong></td><td>1 / 12</td><td>2,2 / 29</td><td>6,6 / 87</td><td>0,04 / 0,6</td></tr><tr><td><strong>Diuron</strong></td><td>0,026</td><td>0,07</td><td>0,21</td><td>0,001</td></tr><tr><td><strong>Pesticide à usage agricole</strong><br>(100 g matière active/ha)</td><td></td><td></td><td>10</td><td>0,07</td></tr></tbody></table>

► Des concentrations en glyphosate et AMPA importantes
Pas de triazines quantifiées
Un challenge analytique

<footnote>* valeurs maximales mesurées ou règlementées</footnote>

<footnote>** hypothèse de pire cas : épandage de 30 T boue sèche.ha⁻¹</footnote>
# Dynamique des contaminants radiomarqués

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## Boues contaminées (mg/kg) dans les sols)

* **Transformation (90 j)**

minéralisé : 20 % et diminue

extractible : stable ou diminue

stabilisé : augmente

* **Transfert vers la plantes**

< 0,05% QI : dépend de l'espèce

radis : 6 µg/g mais diminue après 15 jours

blé : 1 µg/g peu modifié pendant 45 jours

* **Caractérisation chimique des eaux de percolation (20 mm pluie à 45, 60 et 90 jours)**

<1 % QI : peu modifié (> 0,1 µg/L), boue chaulée X 2

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## Risque écotoxicologique et sanitaire ?
# Cas du diuron : vers des formes toxiques

## Profil CLHP d'extrait brut

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* Quel transfert, bioaccumulation des métabolites toxiques ?
# Impact écotoxicologique des contaminants

## 3 niveaux trophiques

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* **Décomposeurs**

diversité fonctionnelle microbienne
« litter bag » : pas d'effet

* **Producteurs : blé**

germination (%, délai) des végétaux
production de biomasse

- phytotoxicité des pesticides avec la boue chaulée à la DA

- phytotoxicité avec toutes les boues à forte dose

* **Consommateurs**

reproduction des collemboles : effet des pesticides
avec la boue chaulée

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**Evaluation de l'estrogénicité : lignées humaines MELN**

Des réponses déjà positives avec les boues sans pesticides

► **Des recherches complémentaires**
# Le développement de bioindicateurs

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# La diversité fonctionnelle des sols

* Quelques grands types d'indicateurs pris en compte

- Groupes fonctionnels : cycle de l'N

- Activités enzymatiques (hydrolases)

* Mais :

- Peu d'indicateurs microbiens disponibles

- Des résultats contradictoires pour le même produit

- Une variabilité spatiotemporelle au champ supérieure à l'effet des contaminants

- Des difficultés d'interprétation (≠ témoin/traité)

* Le programmes « Bioindicateurs » de l'ADEME

► Validation des indicateurs existants en situations multiplies
Développement de nouveaux bioindicateurs
# Hydrolases vs oxydo-réductases

## Cultures liquides de *T. versicolor* dopées avec du Cu (200 ppm)

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Témoin, dopée

► La réponse de la laccase est plus simple à interpréter
# Sensibilité et spécificité des réponses

## Cultures liquides de *T. versicolor* dopées avec le Cu (7 jours)

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* Les réponses sont sensibles dans les milieux peu complexants

* La LiP est exprimée spécifiquement en présence de Cu

* Les mécanismes moléculaires (induction) sont prouvés
# Généralisation des réponses

## Cultures liquides de 11 souches fongiques dopées avec le Cu et le Cd (10⁻³ M)

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closed symbol: significant
difference (p<0.05; n=3)

* Les oxidoréductases semblent systématiquement stimulées
# Conclusion : quels besoins de recherche ?

* Coupler les approches et disciplines

- Connaître les sols (structure, réactivité...)

- Identifier et quantifier les formes actives biodisponibles

- Développer des bioindicateurs

spéciation / biodisponibilité / exposition / bioaccumulation / réponses

* Maîtriser les changements d'échelle

- Comprendre (système simple) > généraliser (écosystème)

- Jeux de données (ORE)

* Prévoir les impacts

- Omiques dirigées

- Modélisation ?
Merci pour votre attention

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Congrès 2010, INRA Versailles, 31 mars-1er avril
# Les objectifs de l'unité PESSAC

## Au plan fondamental

D'identifier, de comprendre et de prévoir les perturbations* subies par l'écosystème sol en présence de polluant

* écart au fonctionnement d'un état de référence

D'expliciter dans la matrice sol les relations entre :
spéciation / biodisponibilité / exposition / bioaccumulation / réponses

## Au plan finalisé

De contribuer à l'évaluation écologique et écotoxicologique des sols cultivés, ainsi qu'à la proposition de pratiques durables de gestion

## Au plan méthodologique

De développer des outils, des méthodes d'évaluation et de prévision ...
adaptées à l'échelle d'étude : de la molécule à la parcelle
# Variabilité des activités enzymatiques microbiennes

Déshydrogénase

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Uréase

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* Un effet du Cu (200 ppm) variable selon l'activité

* Pour la déshydrogénase, l'effet du Cu est augmenté dans le sol préalablement tamisé

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# Antibiotiques et communautés microbiennes

## ANR SEST : DIPERPHA- Hormones et antibiotiques dans la « filière » lisiers

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# Variabilité des activités enzymatiques microbiennes

<figure><img src="image_38.png" /><figcaption>## Prairie</figcaption></figure>

<figure><img src="image_39.png" /><figcaption>## Uréase</figcaption></figure>

Culture : blé
# Connaissance des mécanismes

## Laccases de T. versicolor

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Un défi pour la recherche

Observer, comprendre et prévoir sur le long terme
l'impact de mélanges de contaminants chimiques
apportés en faibles doses sur :

- Le fonctionnement des sols (cycles, biodiversité)

- La contamination des ressources (eau, aliments)