Pesticide toxicity assessment using marine organisms from four trophic levels : micro-algae, echinoderm, bivalves and fish

L’objectif de ce travail de thèse vise à analyser les effets de quelques pesticides et d’un adjuvant sur des organismes marins, représentatifs de quatre niveaux trophiques, à savoir des micro-algues, un échinoderme, des bivalves et un poisson. L’analyse de la pollu-sensibilité est basée sur l’utilisation de différents bio-essais existants ou adaptés au contexte de cette étude.Les tests de toxicité ont permis d’évaluer la sensibilité de trois espèces phytoplanctoniques (Chaetoceros calcitrans, Isochrysis aff. Galbana et Tetraselmis suecica) vis-à-vis d’un fongicide l’époxiconazole (pur et en formulation commerciale Opus) et de l’adjuvant nonylphénol. D’une manière générale, la croissance de C. calcitrans et I. aff. Galbana s’avère plus sensible à l’action des contaminants étudiés. Ainsi, en utilisant pour C. calcitrans un milieu reproduisant les conditions naturelles du Golfe de Gabès, des valeurs de CE50 de 2 ,31 mg/L et 2,9 μg/l sont obtenues respectivement avec la substance active époxiconazole, et le produit formulé. Ces résultats montrent l’importance des adjuvants dans la toxicité et que les micro-algues peuvent être sensibles aux effets non-cibles d’un fongicide triazole.En outre, l’âge des cellules, les conditions d’éclairement et de composition des milieux de culture induisent des changements de sensibilité au fongicide, suggérant que la densité cellulaire est un paramètre important dans les tests de toxicité.L’analyse de quelques paramètres physiologiques montre que les contaminants utilisés induisent une augmentation du volume cellulaire, des échanges gazeux, de la teneur en pigments et en ATP. Il apparaît ainsi que les toxiques utilisés réduisent la vitesse de croissance, prolongeant le cycle cellulaire, sans affecter la production de nouveaux matériaux, nécessaires à la construction de nouvelles cellules.Par ailleurs, une étude réalisée en microcosmes lors d’un bloom de l’algue toxique Karenia selliformis dans le golfe de Gabès, montre que les différents contaminants chimiques (époxiconazole, chlorpyriphos-éthyl, nonylphénol) produisent des modifications drastiques de la structure des communautés phytoplanctoniques, fonction de la nature et de la concentration du contaminant.La toxicité des différents contaminants a été étudiée sur des animaux marins, aux stades embryo-larvaire (oursin, huître, palourde), métamorphose des larves (palourde) et survie des larves (turbot). Les résultats montrent que les larves du turbot sont les plus sensibles à l’action des contaminants avec des CE50 allant de 2,78 à 492 μg/L selon le toxique et que chez la palourde, la métamorphose est le stade le plus sensible parmi les trois stades de développement étudiés. Les contaminants utilisés produisent des anomalies du développement et des malformations embryonnaires qui peuvent induire une réduction de la production naturelle en agissant i) directement sur le développement embryo-larvaire et ii) indirectement sur la qualité et la biodisponibilité de l’aliment à travers la variation de la biomasse phytoplanctonique. Ces résultats soulignent la nécessité d’appliquer les toxiques à différents organismes marins présentant des organisations différentes pour apprécier pleinement leur impact.This work aims to study the effects of a few pesticides and one adjuvant on marine organisms, representatives of four trophic levels : micro-algae, echinoderm, bivalves and fish. Analysis of the pollu-sensitivity was based on the utilisation of existing bio-assays or adapted to this study.Phytotoxic assessments were conducted on three phytoplanktonic species (Chaetoceros calcitrans, Isochrysis aff. Galbana et Tetraselmis suecica) using the fungicide epoxiconazole and the adjuvant nonylphenol. Sensitivity to these toxicants of C. calcitrans and I. aff. Galbana was high. Thus, when C. calcitrans was grown in a medium simulating pre-winter conditions in Gabès Gulf, EC50 values were respectively, 2.31 mg/L and 2.9 μg/L for epoxiconazole active ingredient and epoxiconazole-formulated. These results questioned the use of ecotoxicological data obtained solely using active molecules of pesticides rather the complete formulation and show that non-target micro-algae may be affected by a triazole fungicide.Moreover, cell age, light and nutrient composition induced changes in epoxiconazole sensitivity, suggesting that cellular density is an important parameter in toxicity tests.Analysis of a few physiological parameters show that contaminants used in this study induce an increase of pigment content, ATP synthesis, and rates of oxygen exchanges while the cell volume enlarges. Consequently, the toxicants might reduce the growth rate, by a prolongation of the cell cycle without affecting the production of new material for the construction of new cells.Bioassays were conducted using microcosms during a bloom of the toxic algae Karenia selliformis in the Gulf of Gabès. The different toxicants (epoxiconazole, chlorpyrifos-éthyl, nonyphenol) produced drastic changes in the phytoplankton communities, depending on the type and concentration of the contaminant.Phytotoxic assessments were conducted on marine animal models, using different developmental stages: embryo-larval development (sea urchin, oyster, and clam), metamorphosis larvae (clam) and larvae survival (turbot). Results show that turbot larvae are most sensitive to the action of contaminants with EC50 values ranging from 2.78 to 492 μg/L depending on the toxic and that the metamorphosis is the stage the most sensitive of the three stages of development of clam studied.The pollutants produced developmental and embryonic abnormalities that might induce a reduction in the natural production by acting i) directly on the development of the marine organisms and ii) indirectly on the quality and bioavailability of food through the variation of phytoplankton biomass.These results underline the need to study pollutant effects on marine organisms having different organizations to evaluate their full impact