RS2E sous-action 2.2.3
Axe 2 : Fonctionnement biogéochimique de l'estuaire de la Loire
Action 2.2 Qualité de l'eau et transfert de contaminants Christophe Brach-Papa
sous-action 2.2.3 Perturbateurs thyroïdiens Laurence Poirier
Prélèvements de sédiments sur une vasière intertidale (site de Paimboeuf) et déploiement de capteurs passifs. Crédits photos : Mickaël Couderc
Problématique
Les pressions anthropiques croissantes subies par les milieux naturels couplées aux préoccupations sociétales font émerger ces dernières années, la problématique des contaminants de type perturbateurs endocriniens ayant un effet sur le système thyroïdien chez l'Homme et la faune sauvage (Brucker-Davis 1998; Boas et al. 2009). De nombreuses catégories de substances sont aujourd'hui considérées comme des perturbateurs thyroïdiens (PT). Une majeure partie appartienne aux familles des polluants organiques persistants (PCB, dioxines, retardateurs de flamme bromés, pesticides organochlorés, alkylphénols, bisphénol A, phtalates, composés perfluorés, HAP) (Boas et al., 2009). Nombre de ces molécules, de par leurs propriétés lipophiles, sont très persistantes à la fois dans les organismes vivants et dans l'environnement. Elles s'accumulent ainsi dans les sédiments et dans les tissus végétaux et animaux, contaminant ainsi l'ensemble de la chaîne alimentaire jusqu'à l'Homme (Leatherland, 1998; Persky et al., 2001).
L'objectif de cette sous-action est d'estimer la qualité des compartiments sédimentaires et aquatiques de l'écosystème de la Loire en terme de contamination par les PT. En parallèle des travaux réalisés au sein de l'axe 3 concernant la caractérisation des flux de polluants transférés vers la Loire, cela permettra d'effectuer un diagnostic quantitatif des contaminants au sein de l'estuaire.
Méthode
D'avril 2011 à avril 2013, des prélèvements de sédiments ont été réalisés en surface en zone intertidale et/ou subtidale sur différents sites ateliers de l'estuaire, définis en fonction des caractéristiques des différentes stations d'épuration en eaux usées (figure 1).
Par ailleurs, des capteurs passifs ont par ailleurs permis d'appréhender la contamination de la colonne d'eau.
Des tests cellulaires ont alors permis de caractériser l'activité hormonale des composés issus des extraits sédimentaires.
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Figure 1 : Date et localisation des sites de prélèvement de sédiments et des capteurs passifs en Loire.
Applications et résultats
La figure 2 présente les résultats des tests cellulaires réalisés sur les échantillons de sédiments prélevés en vasières intertidales. Des activités similaires sont observées pour les sites s'échelonnant de Mindin à Bellevue Sud, avec des variations saisonnières notables pour quelques sites. Le site d'Ancenis est significativement plus actif avec des valeurs comprises entre 413 et 1065 ng éq. T4/g d'extrait en fonction de la saison (Kruskal-Wallis, p < 0,05). Une très forte activité a été notée au niveau du site de Bellevue Sud au printemps 2011 (4592 ng éq. T4/g d'extrait) pouvant traduire une contamination ponctuelle du milieu.
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Figure 2 : Activité des extraits de sédiments des vasières intertidales de Loire sur le test TTR binding assay.
Les résultats des tests cellulaires réalisés sur les échantillons de sédiments prélevés en zone subtidale sont présentés en figure 3. Les activités observées (comprises entre 78 et 225 ng éq. T4/g d'extrait) sont deux à trois fois plus faibles que celles mises en évidence pour les sédiments prélevés en vasières intertidales. Les activités les plus importantes sont observées pour les sites de Donges et Saint Nazaire. Le site d'Ancenis n'a pas été échantillonné en zone subtidale par manque de moyens de navigation permettant le prélèvement.
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Figure 3 : Activité des extraits de sédiments des vasières subtidales de Loire sur le test TTR binding assay.
Les capteurs passifs ont été placés sur les bouées du chenal en avril 2013 à Paimboeuf, Haut-Indre et Champtoceaux pendant 20 jours. Les forts courants mesurés sur cette période ont détruits 6 capteurs sur les 9 mis en place. Seuls les capteurs déployés sur le site d'Haute Indre ont pu être exploités. Les résultats sont présentés en figure 4. Aucune différence significative d'activité n'est observée entre les trois capteurs (Kruskal Wallis, p<0.05). Le niveau d'activité obtenu après 20 jours d'immersion est similaire à celui des sédiments prélevés en intertidale sur le même site.
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Figure 4 : Activité des extraits de capteurs passifs comparée à celle des extraits sédimentaires sur le site de Haute-Indre
Dans une seconde étape, les contaminants organiques de type PT ont été quantifiés dans les extraits testés. Dans ce cadre, les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), les alkyphénols (AP), le bisphénol A, les polychlorobiphényles (PCB) et des polybromodiphényléthers (PBDE) ont été spécifiquement recherchés. Une analyse en composantes principales (ACP) a été conduite sur la totalité des données obtenues afin d'étudier l'influence des contaminants sur les résultats du test TTR (Figure 5). Cette analyse a été effectuée en utilisant les concentrations sédimentaires rapportées à la teneur en carbone organique total (COT). En effet, il a été montré une corrélation positive (R = 0,71, p < 0,0005, n = 30) entre le pourcentage de COT sédimentaire et les résultats du test TTR. Les polluants se stockant essentiellement dans les sédiments riches en matière organique, il a ainsi été réalisé une normalisation des résultats obtenus au test TTR par rapport au COT. Deux valeurs aberrantes ont été mises en évidence et exclus de l'analyse, par l'application du test de Grubbs : les résultats pour les sites de Bellevue Sud et d'Ancenis pendant le printemps 2011.
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Figure 5. Analyse en Composantes Principales mettant en jeu les concentrations en contaminants et les activités hormonales mesurées dans les extraits sédimentaires : (A) Cercle des corrélations des 2 premiers facteurs; (B) Projection des points de prélèvements (SN :Saint-Nazaire ; M : Mindin ; D : Donges ; P : Paimboeuf ; HI : Haute-Indre ; R : Rezé ; BS : Bellevue Sud ; A :Ancenis)
Le premier facteur représente 36,6% de la variance totale et le second 17%. Le premier facteur est positivement corrélé aux HAP alors que le second facteur aux PCB. L'activité TTR n'a pas vraiment de poids dans la construction des deux facteurs et donc dans la variance totale des résultats. Néanmoins, l'analyse des relations montre des corrélations avec quelques HAP (Nap, méthy, Fluo, B(ghi)per, 1-méthy, Chry, B(k)fla et B(b)fla) mais aussi avec le PCB 180. Il s'agirait d'effets exclusivement agonistes sur la TTR. Les sites les plus en aval, notamment Mindin et Donges apparaissent comme les plus contaminés en Nap et également les plus actifs lors du test TTR. Les autres sites ne se démarquent pas. Seul Ancenis apparaît comme caractérisé par une contamination importante en PBDE mais sans lien avec l'activité thyroïdienne observée pour cet extrait. Ces corrélations n'expliquent cependant pas la plupart des résultats en terme d'activité, notamment ceux obtenus au printemps pour le site de Bellevue Sud. Il est ainsi suggéré que l'analyse d'autres contaminants, appartenant aux classes des pesticides, des produits de soin et d'hygiène et des perfluorés, et réagissant au test TTR pourrait venir compléter les données existantes.
Références bibliographiques
Boas M, Main KM, Feldt-Rasmussen U. Environmental chemicals and thyroid function: an update. Curr Opin Endocrinol Diabetes Obes. 2009; 16(5): 385-391
Brucker-Davis F. Effects of environmental synthetic chemicals on thyroid function. Thyroid. 1998; 8: 827-856.
Leatherland JF. Changes in Thyroid Hormone Economy Following Consumption of Environmentally Contaminated Great Lakes Fish. Toxicol. Indust. Health. 1998; 14: 41-57.
Legler J, Cenijn PH, Malmberg T, Bergman Å, Brouwer A. Determination of the endocrine disrupting potency of hydroxylated PCBs and flame retardants with in vitro bioassays. Organohalog. Compd. 2002; 56: 53- 6.
Persky V, Turyk M, Anderson HA, Hanrahan LP, Falk C, Steenport DN, et al. The Effects of PCB Exposure and Fish Consumption on Endogenous Hormones. Environ. Health Perspect. 2001; 109.
Schreiber G, Southwell BR, Richardson SJ. Hormone delivery systems to the brain-transthyretin. Exp. Clin. Endocrinol. Diabetes. 1995; 103(2): 75- 80.