Soutenance mémoire
Les éléments métalliques sont sous différentes formes, toujours présents au sein de l’environnement. A l’état de traces, ils sont nécessaire voir indispensables aux êtres vivants. A concentration élevée, en revanche, ils présentent une toxicité plus au moins grave. La présence de métaux dans l’environnement résulte de causes naturelles et des activités humaines. Ils posent un problème réel, car ils s’accumulent et ne sont pas biodégradables.
L’utilisation des métaux lourds pour le besoin du développement industriel entraine un accroissement de la dissémination des résidus toxiques dans l’environnement. Chaque année des milliers de tonnes de métaux lourds se dispersent dans l’environnement. La pollution industrielle provenant des usines de production de l’activité humaine tels que les matières organiques et graisses (industries agroalimentaires), les produits chimiques divers (industries chimiques), les matières radioactives (centrales nucléaires, traitement des déchets radioactifs) et la métallurgie, les déchets miniers et les terrils industriels sont une source particulièrement importante de pollution par le zinc, le plomb et le cadmium (Huynh, 2009; Alayat et al., 2014). En effet l’Algérie a accumulé « un retard » dans la gestion des déchets industriels et spéciaux dangereux (produits phytosanitaires, huiles usagées contenues dans des appareils électriques etc.), elle est ainsi confrontée à la production et au stockage d’une quantité « notable » de déchets industriels avec une production de 2,5 millions de tonnes/an et un stockage de 4,5 millions de tonnes, dont les déchets spéciaux dangereux atteignent les 325.100 tonnes/an (Bourrelier et al., 1998).
Certaines pratiques agricoles sont aussi à l’origine de l’introduction de métaux lourds dans le sol. Les produits destinés à améliorer les propriétés physico-chimiques du sol sont souvent plus riches en métaux lourds que le sol lui-même citons les engrais, les composts et les boues de station d’épuration (Alayat et al., 2014). Le rôle des pratiques industrielles et agricoles dans la contamination des sols doit être pris en compte : cela concerne une grande partie du territoire. Leur accumulation et leur transfert constituent donc un risque pour la santé humaine via la contamination de la chaîne alimentaire, mais aussi pour le milieu naturel dans son ensemble (Bourrelier et al., 1998). La préservation des écosystèmes est donc une des préoccupations majeures au niveau mondial. Pour évaluer la qualité des écosystèmes, les recherches actuelles sont axées principalement sur la détection précoce de signes traduisant des altérations plutôt que sur la réalisation d’un état des lieux trop tardif (Viard-La Rocca, 2004 ; Moumeni et al., 2016; Atailia et al., 2016). Dans cette optique, l’écotoxicologie revêt une importance primordiale : elle s’intéresse particulièrement aux interactions entre les produits chimiques présents dans l’environnement et le biotope et englobe plusieurs domaines dont la toxicologie, l’écologie appliquée, la chimie environnementale, mais aussi la mise au point de bioindicateurs (Viard-La Rocca , 2004), dont le rôle principal dans les études de biomonitoring est de fournir une réponse précoce à des effets délétères sur les systèmes biologiques et d’estimer les effets biologiques dus à des contaminants (Lam et Gray., 2003).
La présence de métaux constitue un stress majeur susceptible de perturber les grandes fonctions physiologiques des animaux (Labrot et al., 1996 ;Brulle, 2008). Les invertébrés du sol sont considérés comme de bons indicateurs de la qualité du sol (Lokke et Van Gestel, 1998; Greig-Smith et al., 1992) et certains d’entre eux, particulièrement les vers de terre, présentent un intérêt particulier, car ils peuvent être exposés aux contaminants par différentes voies (phase aqueuse, phase vapeur et ingestion de la phase solide). Certaines espèces sont ubiquistes et représentatives de la faune indigène tout en étant faciles à élever au laboratoire. Ces organismes considérés comme prioritaire en écotoxicologie (Spurgeon et al., 2003a) sont souvent fortement affectés par la pollution métallique. Par conséquent, l’exposition métallique de certains Annélides Oligochètes pourrait engendrer des modifications exploitables permettant de dresser un état des lieux et de mesurer les risques provoqués par la présence de métaux polluants dans le sol (Brulle et al., 2007).
L’étude des effets induits par les contaminants chimiques au niveau des organismes repose sur l’utilisation des marqueurs biologiques, ou biomarqueurs, une notion née au début des années 1980 (Michel, 2012). Les biomarqueurs sont des indices sensibles à la fois de la biodisponibilité d’un polluant et des réponses biologiques précoces. Ainsi, l’utilisation simultanée de plusieurs biomarqueurs pris à différents niveaux d’organisation biologique (moléculaire, cellulaire, tissulaire, physiologique) chez diverses espèces apparait comme l’approche la plus satisfaisante pour le diagnostic des effets des polluants sur les individus (Lagadic et al., 1997; Brulle et al., 2007).
Etude bibliographique sur les Métaux lourds
Les activités urbaines, industrielles et agricoles sont responsables d’une contamination croissante des sols et de l’eau par les ions métalliques. Les êtres vivants sont exposés à ces éléments dont le potentiel toxique est indéniable. les métaux lourds sont parmi les contaminants majeurs de l’environnement, posent de sérieux problèmes écologiques, tant par le caractère ubiquiste de leur présence au sein de la biosphère que par leur forte rémanence, leur transfert potentiel vers les organismes vivants et leur toxicité élevée (Kabata-Pendias et al., 2007; Atailia et al., 2016). A ce jour, aucune fonction métabolique connue ne requiert à certains métaux lourds, qui présentent une importante toxicité, même à faible dose, pour les animaux et les plantes (Remon, 2006). Leur accumulation dans les différents compartiments des écosystèmes, génère par conséquent un risque non négligeable pour les équilibres écologiques et la santé publique (Brulle et al., 2007; Alayat et al., 2014). L’importance des invertébrés dans la structure des communautés et le fonctionnement des écosystèmes terrestres et aquatiques justifie l’intérêt d’étendre les recherches et les procédures écotoxicologiques à ces groupes d’animaux (Ramade, 1992). Les approches actuelles tendent à étudier les interactions entre les contaminants et une grande diversité d’organismes animaux afin d’évaluer l’impact des contaminants sur l’ensemble des communautés animales. Cet objectif implique l’élargissement de l’éventail taxonomique et écologique (niveau trophique) classiquement étudié et la prise en compte dans les études d’écotoxicologie d’autres groupes d’invertébrés tels que les vers de terre (Cœurdassier et al., 2001). Le suivi en tandem espèce bioindicatrices-biomarqueurs conduit ainsi à une vision intégrée de l’impact du stress chimique sur les écosystèmes (Dupuy, 2012; Moumeni et al., 2016). Il est donc nécessaire de disposer d’indicateurs de perturbation de l’environnement à travers des organismes ou un ensemble d’organismes que l’on utilise comme sentinelles en étudiant les modifications physiologiques, biochimiques et écologiques qui les affectent. (Sanchez et Tarazona ; 2002; Brown et al., 2004; Moumeni et al., 2016). Ces êtres vivants très sensibles aux contaminants présentent l’intérêt de se prêter plus facilement que l’homme aux études des effets des polluants et permettent de mettre en évidence des pollutions chroniques ou brutales (Grara et al., 2011; Zeriri et al., 2012; Aït Hamlet et al., 2013).
Définition des « métaux lourds »
La définition des « métaux lourds » est encore indécise et controversée. Habituellement, on définit comme « métaux lourds », les éléments métalliques naturels, métaux ou dans certains cas métalloïdes (environ 65 éléments ceux dont la densité relative est supérieure à 5. Il existe cependant de nombreuses publications faisant mention de l’aluminium (lequel n’est pas « lourd ») ou même le sélénium (lequel n’est pas un métal). Loin de cette controverse de chimistes, il est plus judicieux pour les biologistes d’utiliser un autre type de classification (Nieboer et Richardson ; 1980) basée sur des propriétés chimiques, les propriétés des acides de Lewis. La théorie de Pearson (Pearson, 1963; Migeon, 2009) permet de classer les métaux en fonction de leurs affinités et donc de leur faculté de liaison soit avec l’oxygène (Classe A) soit avec les ligands porteurs d’azote ou de soufre (classe B). Entre les deux, on trouvera les métaux de classe intermédiaire (borderline) qui présentent des caractéristiques propres aux deux classes. Cette distinction reflète davantage la facilité des métaux à traverser les membranes cellulaires, à être stockés au sein de granules de détoxication ou à être complexés à des protéines fixatrices de métaux.
Origine de la contamination des sols par les métaux lourds
Contrairement aux contaminants organiques, la majorité des métaux lourds ne sont pas bio transformés et persistent dans l’environnement. Ils ont un temps de rémanence qui est de l’ordre de millions d’années, dans le sol. Les métaux lourds par leurs propriétés non biodégradables sont toxiques et responsables de nombreuses pathologies (Adriano, 2001). Par conséquent, la pollution par les métaux lourds a une certaine particularité qui est surtout son irréversibilité. Une fois les métaux dissipés dans la nature, il est impossible de les récupérer aisément.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre1: Synthèse bibliographique
1ère PARTIE : Etude bibliographique sur les Métaux lourds
1. Définition des « métaux lourds »
1.1. Origine de la contamination des sols par les métaux lourds
1.2. Mobilité et biodisponibilité des métaux lourds
2. Bioaccumulation et toxicité des métaux lourds
3. Molécules candidates
3.1. Zinc
3.1.1. Généralités
3.1.2. Utilisations
3.1.3. Propriétés
3.1.4. Le zinc dans le sol
a) Influence des paramètres physico-chimiques et des principaux constituants du sol sur la mobilité du zinc
b) Influence des micro-organismes sur la mobilité du zinc dans les sols
3.2. Cadmium
3.2.1. Caractéristiques Chimiques
3.2.2. Origines
3.2.3. Concentrations dans l’environnement et métrologie
3.2.4. Mobilité et biodisponibilité dans le Sol
3.2.5. Mobilité biodisponibilté et toxicité du cadmium chez l’homme
2ème PARTIE : Le stress oxydant
1. Les espèces oxygénées activées
2. Rôles des espèces réactives de l’oxygène dans les situations physiologiques
3. Le déséquilibre : origines et conséquences
4. Principales cibles biologiques des EOA
4.1. L’acide désoxyribonucléique ou AND
4.2. Les proteins
4.3. Les Lipides membranaires
4.4. Les Lipoprotéines
5. Les défenses antioxydantes
5.1. Systèmes de défense enzymatiques
5.1.1. Les superoxyde dismutases (SOD)
5.1.2. Les glutathion peroxydases (GPxs)
5.1.3. Le système thiorédoxine
5.2. Systèmes antioxydants non enzymatiques
5.2.1. Le glutathion et les protéines-thiols
5.2.2. Le Coenzyme Q10
5.3. Les oligoéléments
5.3.1. Le sélénium
5.3.2. Le cuivre
5.3.3. Le zinc
6. Notion de biomarqueurs
6.1. Les biomarqueurs d’exposition
6.2. Les biomarqueurs d’effet
6.3. Les biomarqueurs de sensibilité/susceptibilité
3ème PARTIE : Organisme à l’étude: le ver de terre Allolobophora caliginosa
1. Importance écologique
2. Biologie du ver de terre
3. Description morphologique
4. Anatomie interne
5. Description de l’espèce A. caliginosa et cycle de vie
6. Ver de terre et métaux lourds
7. Utilisation du ver de terre comme bioindicateur
Chapitre2: Etude des paramètres morphophysiologiques
1. Introduction
2. Matériel et méthodes
2.1. Région d’étude
2.2. Méthodes d’échantillonnage
2.3. Matériel biologique
2.3.1. Choix de l’espèce
2.3.2. Systématique du ver de terre
2.4. Matériel chimique
2.4.1. Protocole de contamination par le cadmium
2.4.2. Protocole de contamination par le zinc
2.4.3. Protocole de contamination par les mixtures
3. Méthodes
3.1. Conduite de l’essai
3.1.1. Conditions expérimentales
3.1.2. Dissection des vers de terre
3.2. Biomarqueurs physiologiques
3.2.1. Suivi du pourcentage de mortalité
3.2.2. Suivi du poids des vers de terre
3.3. Analyse statistique
4. Résultats
4.1. Evaluation du pourcentage de Mortalité
4.2. Evaluation du poids des vers de terre
5. Discussion
Chapitre 3: Etude du stress oxydant
1. Introduction
2. Matériel et méthodes
2.1. Dosage des protéines totales
2.2. Détermination du taux de glutathion (GSH)
2.3. Mesure de l’activité glutathion-S-transférase (GST)
2.4. Mesure de l’activité catalase (CAT)
2.5. Dosage du taux de malondialdéhyde (MDA)
3. Analyses statistiques
4. Résultats
4.1. Effet du PH
4.2. Effets du Cadmium, du Zinc et de leurs mixtures sur le métabolisme biochimique d’Allolobophora caliginosa
4.2.1. Effet sur l’évolution du taux de protéines totales
Effet du Cadmium
Effet du Zinc
Effet des mixtures de cadmium et de zinc
4.3. Effets du Cadmium, du Zinc et de leurs mixtures sur les indicateurs du stress oxydant
4.3.1. Effets sur l’évolution du taux de glutathion (GSH)
Effet du Cadmium
Effet du Zinc
Effet des mixtures de cadmium et de zinc
4.3.2. Effets sur l’évolution de l’activité glutathion S-transférase (GST)
Effet du Cadmium
Effet du Zinc
Effet des mixtures de cadmium et de zinc
4.3.3. Effets sur la variation de l’activité catalase (CAT)
Effet du Cadmium
Effet du Zinc
Effet des mixtures de cadmium et de zinc
4.3.4. Effets sur la variation de la concentration de malondialdéhyde (MDA)
Effet du Cadmium
Effet du Zinc
Effet des mixtures de cadmium et de zinc
5. Discussion
Chapitre 4: Etude histopathologique
1. Introduction
2. Matériel et méthodes
2.1. Préparation des échantillons
2.2. Microscopie optique
3. Résultats
4. Discussion
Conclusion générale
