Les services rendus par les écosystèmes aquatiques sont d’une importance capitale, qui conduit à une attente sociétale forte quant au maintien de leur qualité. Or ces milieux sont le réceptacle d’un grand nombre de substances contaminantes émises par les activités humaines. Les effluents issus des stations d’épuration se révèlent être une source majeure et chronique de pollution, en particulier par des molécules dites « émergentes », catégorie qui inclue les médicaments et dont les impacts sur l’environnement sont très mal connus.

Pour mieux appréhender les effets possibles de ces molécules contaminantes, un volet du projet européen de coopération INTERREG DIADeM (pour Développement d’une approche intégrée pour le diagnostic de la qualité des eaux de la Meuse) s’est attaché à étudier les effets d’un mélange de cinq molécules – le paracétamol (analgésique), l’irbesartan (antihypertenseur), le diclofénac (anti-inflammatoire), le naproxène (anti-inflammatoire) et la carbamazépine (neuroleptique) – sur différentes espèces, et tout particulièrement sur un mollusque bivalve très étudié en écotoxicologie aquatique : la moule zébrée ou dreissène (Dreissena polymorpha).

Un cocktail de médicaments toxique pour les organismes de nos rivières ?

Vue aérienne des 12 rivières artificielles © A. Geffard / The Conversation

Les rivières artificielles vues de près © A. Geffard / The Conversation

Tenir compte de la complexité d’un écosystème aquatique tout en contrôlant le facteur contaminant est impossible en rivière étant donné la présence de beaucoup d’autres molécules (hydrocarbures, métaux, pesticides…). Le consortium du projet a donc réalisé, entre octobre 2017 et octobre 2018, une expérimentation originale en créant des rivières artificielles (mésocosmes) afin de tester une gamme de concentrations représentatives des concentrations environnementales médianes ou de celles de rivières très contaminées.

Présents sur une plate-forme de l’Institut national de l’environnement industriel et des risques (INERIS), ces dispositifs permettent, après une phase de reconstruction des écosystèmes de 6 mois, d’étudier les effets des molécules dans un contexte d’exposition chronique (jusqu’à 6 mois) sur les organismes aquatiques.

À l’exception du paracétamol, les molécules étudiées sont retrouvées dans les tissus mous des dreissènes mais uniquement pour l’exposition aux concentrations les plus fortes (condition C) et ce, à partir de huit semaines d’exposition jusqu’à la fin de l’expérimentation, soit 23 semaines.

Concentration en Carbamazépine, Diclofénac, Irbésartan et Naproxène (celle du paracétamol est inférieure à la limite de détection) dans les tissus mous de la dreissène après 8, 16 ou 23 semaines d’exposition à la condition C (voir tableau 1) © A. Geffard / The Conversation

Ces résultats qui soulignent la capacité des contaminants à s’accumuler dans les organismes aquatiques. Mais peuvent-ils interagir avec les biomolécules constitutives du vivant et perturber des fonctions physiologiques ? Pour le savoir, les réponses de plusieurs marqueurs de processus biologiques tels que la reproduction, le métabolisme énergétique, l’immunité ou encore l’intégrité de l’ADN ont été relevées au cours de l’exposition à ces contaminants.

Reproduction inhibée, digestion stimulée

Après 8 semaines d’exposition, les organismes sont normalement en période de maturité maximale, celle au cours de laquelle ils émettent des gamètes (ovules et spermatozoïdes) dans le milieu. Ce schéma, classique du cycle de reproduction, est bien retrouvé chez les individus mâles exposés aux conditions témoin et A, avec 80 % des individus ayant émis leurs gamètes. Pour les organismes exposés aux plus fortes concentrations en médicaments, en revanche, on observe un retard dans le cycle avec un pourcentage important d’individus n’ayant pas émis de gamètes (pré-ponte), en particulier pour la condition C.

Pourcentage des individus mâles aux différents stades de leur reproduction (maturation, pré-ponte ou post-ponte) © A. Geffard / The Conversation

Si ces résultats suggèrent que les médicaments utilisés ont un effet direct sur le processus de reproduction de la dreissène, ils semblent aussi montrer une réallocation de l’énergie vers des mécanismes de défense au détriment de la reproduction. Ils pourraient également révéler les conséquences d’un milieu de vie moins favorable quant à la disponibilité alimentaire (principalement du phytoplancton), laquelle peut aussi être impactée par de telles contaminations.

D’un point de vue énergétique, après 16 semaines d’exposition, on observe une augmentation de l’activité de la lipase – une enzyme digestive – chez les dreissènes exposées aux 3 concentrations. Dès lors, deux hypothèses sont possibles : soit le cocktail de médicaments a une influence directe sur l’enzyme (induction), soit une influence indirecte via un effet sur la ressource alimentaire. Le mollusque pourrait ainsi augmenter ses capacités digestives afin d’optimiser l’assimilation de nutriments issus de la digestion d’une nourriture devenue plus rare ou de moins bonne qualité.

Activité de la lipase chez des dreissènes exposées en mésocosme durant 8 et 16 semaines à un mélange de médicaments (voir Tableau 1) © A. Geffard / The Conversation

Les polluants réduisent l’immunité

En parallèle, le projet s’est également intéressé aux cellules assurant l’immunité chez les invertébrés : les hémocytes. L’intégrité de l’ADN de ces cellules a été évaluée par le test dit « des comètes » : si l’ADN est fragmenté, on observe une allure de comète, avec l’ADN intact dans la tête et les fragments dans la queue de la « comète » (« tail DNA »). À 8 et 23 semaines d’exposition, on observe une augmentation du pourcentage d’ADN dans la queue de comète, en particulier chez les organismes exposés à la condition C. Cela traduit un endommagement de l’ADN donc une génotoxicité de l’environnement sur les hémocytes de ces organismes.

De façon complémentaire, la capacité de phagocytose (internalisation de corps étrangers pour les détruire) des hémocytes peut être mesurée à l’aide de billes. Le nombre moyen de billes phagocytées par chaque hémocyte diminue ainsi après 8 semaines chez les dreissènes exposées aux conditions B et C, soulignant un effet de la contamination sur l’activité de ces cellules donc sur leur capacité de défense en cas de présence de micro-organismes dans l’eau.

Intégrité de l’ADN ( % de « tail DNA », test des comètes) des hémocytes de dreissènes exposées durant 8 et 23 semaines à un mélange de médicaments dans les mésocosomes (voir tableau 1) © A. Geffard / The Conversation

Figure 5 : nombre de billes phagocytées par hémocytes de dreissènes exposées durant 8 semaines à un mélange de médicaments dans les mésocosomes (voir tableau 1) © A. Geffard / The Conversation

Un modèle de surveillance écologique

L’ensemble de ces résultats permet de mieux appréhender les effets écotoxiques directs et indirects d’une contamination par les médicaments sur un organisme modèle. De tels effets apparaissent pour les plus fortes concentrations, représentatives de celles relevées dans de nombreuses régions du monde dont les rivières sont soumises à des fortes pressions anthropiques.

L’étude souligne également l’intérêt des mésocosmes et de leurs conditions proches de celles des écosystèmes naturels pour évaluer les effets des médicaments sur un environnement aquatique. Un tel outil laisse entrevoir les conséquences écotoxiques sur un milieu exposé pendant plusieurs mois à un cocktail de molécules contaminantes. Bref, d’approcher un certain réalisme environnemental.

Cette analyse a été rédigée par Alain Geffard, professeur de Sciences Exactes et Naturelles à l'Université de Reims Champagne-Ardenne. L’auteur remercie les personnes ayant contribué à ces travaux : M. Palos Ladeiro, O. Dedourge-Geffard, M. Bonnard (Université Reims Champagne Ardenne) ; S. Joachim, J.M. Porcher (INERIS) ; K. Nott S. Ronkart (SWDE) ; C. Robert (CERgroupe).
L’article original a été publié sur le site de The Conversation.