Toxicologie aquatique

Essais de toxicologie aquatique (essais) : les essais de toxicité sont utilisés pour fournir des données qualitatives et quantitatives sur les effets nocifs (délétères) d’un toxique sur les organismes aquatiques. Les tests de toxicité peuvent être utilisés pour évaluer le potentiel de dommages à un environnement aquatique et fournir une base de données qui peut être utilisée pour évaluer le risque associé à une situation pour un toxique spécifique. Les tests de toxicologie aquatique peuvent être effectués sur le terrain ou en laboratoire. Les expériences sur le terrain se réfèrent généralement à une exposition à plusieurs espèces et les expériences en laboratoire se réfèrent généralement à une exposition à une seule espèce. Une relation dose–réponse est le plus souvent utilisée avec une courbe sigmoïdale pour quantifier les effets toxiques à un point final ou à des critères d’effet sélectionnés (c.-à-d. la mort ou tout autre effet nocif pour l’organisme). La concentration est sur l’axe des abscisses et le pourcentage d’inhibition ou de réponse est sur l’axe des ordonnées.

Les critères d’effets, ou paramètres testés, peuvent inclure des effets létaux et sublétaux (voir Effets toxicologiques).

Il existe différents types d’essais de toxicité qui peuvent être effectués sur différentes espèces d’essai. Différentes espèces diffèrent par leur sensibilité aux produits chimiques, probablement en raison de différences d’accessibilité, de taux métabolique, de taux d’excrétion, de facteurs génétiques, de facteurs alimentaires, d’âge, de sexe, de santé et de niveau de stress de l’organisme. Les espèces d’essai standard courantes sont le méné à tête-de-boule (Pimephales promelas), les daphnidés (Daphnia magna, D. pulex, D. pulicaria, Ceriodaphnia dubia), la cécidomyie (Chironomus tentans, C. ruparius), la truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss), le vairon à tête de mouton (Cyprinodon variegatu), le poisson zèbre (Danio rerio), les mysidés (Mysidopsis), l’huître (Crassotreas), le scud (Hyalalla Azteca), la crevette herbacée (Palaemonetes pugio) et les moules (Mytilus galloprovincialis). Selon la définition de l’ASTM, ces espèces sont systématiquement sélectionnées en fonction de leur disponibilité, de leur importance commerciale, récréative et écologique, de leur utilisation réussie passée et de leur utilisation réglementaire.

Diverses méthodes d’essai normalisées acceptables ont été publiées. Certaines des agences les plus largement acceptées pour publier des méthodes sont: l’Association Américaine de Santé Publique, l’Agence américaine de Protection de l’Environnement (EPA), ASTM International, l’Organisation Internationale de normalisation, Environnement et Changement climatique Canada et l’Organisation de Coopération et de Développement économiques. Les tests standardisés offrent la possibilité de comparer les résultats entre les laboratoires.

Il existe de nombreux types de tests de toxicité largement acceptés dans la littérature scientifique et les agences de réglementation. Le type de test utilisé dépend de nombreux facteurs: Un organisme de réglementation particulier effectuant l’essai, les ressources disponibles, les caractéristiques physiques et chimiques de l’environnement, le type de toxique, les espèces d’essai disponibles, les essais en laboratoire par rapport aux essais sur le terrain, la sélection du point final et le temps et les ressources disponibles pour effectuer les essais sont quelques-uns des facteurs d’influence les plus courants sur la conception des essais.

Systèmes d’exposition

Les systèmes d’exposition sont quatre techniques générales auxquelles les organismes témoins et les organismes d’essai sont exposés pour traiter l’eau traitée et diluée ou les solutions d’essai.

  • Statique. Un test statique expose l’organisme dans de l’eau plate. Le toxique est ajouté à l’eau afin d’obtenir les concentrations correctes à tester. Les organismes témoins et d’essai sont placés dans les solutions d’essai et l’eau n’est pas changée pendant toute la durée de l’essai.
  • Recirculation. Un essai de recirculation expose l’organisme au toxique de la même manière que l’essai statique, sauf que les solutions d’essai sont pompées à travers un appareil (c.-à-d. un filtre) pour maintenir la qualité de l’eau, mais sans réduire la concentration du toxique dans l’eau. L’eau circule dans la chambre d’essai en continu, comme dans un aquarium aéré. Ce type de test est coûteux et on ne sait pas si le filtre ou l’aérateur a ou non un effet sur le toxique.
  • Renouvellement. Un test de renouvellement expose également l’organisme au toxique de la même manière que le test statique car il se trouve dans de l’eau plate. Cependant, dans un essai de renouvellement, la solution d’essai est renouvelée périodiquement (intervalles constants) en transférant l’organisme dans une chambre d’essai fraîche avec la même concentration de toxique.
  • Flux traversant. Un test par écoulement expose l’organisme au toxique avec un écoulement dans les chambres d’essai, puis hors des chambres d’essai. Le flux unique peut être intermittent ou continu. Une solution mère aux concentrations correctes de contaminant doit être préalablement préparée. Des pompes doseuses ou des diluateurs contrôleront le débit et le volume de la solution d’essai, et les proportions appropriées d’eau et de contaminant seront mélangées.

Types de testsEdit

Les tests aigus sont des tests d’exposition à court terme (heures ou jours) et utilisent généralement la létalité comme critère d’évaluation. Dans les expositions aiguës, les organismes entrent en contact avec des doses plus élevées du toxique en un seul événement ou en plusieurs événements sur une courte période de temps et produisent généralement des effets immédiats, en fonction du temps d’absorption du toxique. Ces tests sont généralement effectués sur des organismes pendant une période spécifique du cycle de vie de l’organisme et sont considérés comme des tests de cycle de vie partiel. Les tests aigus ne sont pas valides si la mortalité dans l’échantillon témoin est supérieure à 10%. Les résultats sont présentés en CE50, ou concentration qui affectera cinquante pour cent de la taille de l’échantillon.

Les tests chroniques sont des tests à long terme (semaines, mois, années), par rapport à la durée de vie de l’organisme testé (> 10% de la durée de vie), et utilisent généralement des paramètres sublétaux. Lors d’expositions chroniques, les organismes entrent en contact avec de faibles doses continues d’un toxique. Les expositions chroniques peuvent induire des effets sur une exposition aiguë, mais peuvent également entraîner des effets qui se développent lentement. Les tests chroniques sont généralement considérés comme des tests de cycle de vie complet et couvrent une période de génération entière ou un cycle de vie de reproduction (« œuf à œuf »). Les tests chroniques ne sont pas considérés comme valides si la mortalité dans l’échantillon témoin est supérieure à 20%. Ces résultats sont généralement rapportés en CSEO (Niveau d’effets observés nul) et en CMEO (Niveau d’effets observés le plus bas).

Les tests de stade précoce de la vie sont considérés comme des expositions subchroniques qui sont inférieures à un cycle de vie reproductif complet et comprennent une exposition aux stades précoces et sensibles de la vie d’un organisme. Ces expositions sont également appelées tests de stade critique de la vie, tests embryo-larvaires ou tests d’alevins. Les tests au stade précoce de la vie ne sont pas considérés comme valides si la mortalité dans l’échantillon témoin est supérieure à 30%.

Des essais sublétaux à court terme sont utilisés pour évaluer la toxicité des effluents pour les organismes aquatiques. Ces méthodes sont développées par l’EPA et ne se concentrent que sur les étapes de vie les plus sensibles. Les paramètres de ces tests comprennent les changements dans la croissance, la reproduction et la survie. Les CSEO, les CMEO et les CE50 sont rapportés dans ces essais.

Les essais de bioaccumulation sont des essais de toxicité qui peuvent être utilisés pour les produits chimiques hydrophobes qui peuvent s’accumuler dans les tissus adipeux des organismes aquatiques. Les toxiques à faible solubilité dans l’eau peuvent généralement être stockés dans le tissu adipeux en raison de la teneur élevée en lipides de ce tissu. Le stockage de ces substances toxiques dans l’organisme peut entraîner une toxicité cumulative. Les tests de bioaccumulation utilisent des facteurs de bioconcentration (FCC) pour prédire les concentrations de contaminants hydrophobes dans les organismes. Le FBC est le rapport entre la concentration moyenne de produit chimique d’essai accumulée dans les tissus de l’organisme d’essai (dans des conditions d’équilibre) et la concentration moyenne mesurée dans l’eau.

Les tests d’eau douce et les tests d’eau salée ont des méthodes standard différentes, en particulier celles définies par les agences de réglementation. Cependant, ces essais comprennent généralement un témoin (négatif et/ou positif), une série de dilution géométrique ou toute autre série de dilution logarithmique appropriée, des chambres d’essai et un nombre égal de répliques, et un organisme d’essai. Le temps d’exposition exact et la durée du test dépendront du type de test (aigu vs chronique) et du type d’organisme. La température, les paramètres de qualité de l’eau et la lumière dépendront des exigences du régulateur et du type d’organisme.

Aux États-Unis, de nombreux déverseurs d’eaux usées (usines, centrales électriques, raffineries, mines, usines municipales de traitement des eaux usées, par exemple) sont tenus d’effectuer des tests périodiques de toxicité de l’effluent entier (HUMIDE) dans le cadre du programme de permis national Pollutant Discharge Elimination System (NPDES), conformément à la Clean Water Act. Pour les installations rejetant en eau douce, l’effluent est utilisé pour effectuer des essais de toxicité multi-concentration statique-aiguë avec Ceriodaphnia dubia (puce d’eau) et Pimephales promelas (tête-de-boule), entre autres espèces. Les organismes d’essai sont exposés pendant 48 heures dans des conditions statiques avec cinq concentrations de l’effluent. L’écart majeur dans les essais de toxicité chronique à court terme des effluents et les essais de toxicité aiguë des effluents est que l’essai chronique à court terme dure sept jours et l’essai aigu dure 48 heures. Pour les rejets dans les eaux marines et estuariennes, les espèces expérimentales utilisées sont le méné à tête de mouton (Cyprinodon variegatus), le ménidia beryllina de l’intérieur des terres (Menidia beryllina), l’Americamysis bahia et l’oursin pourpre (Strongylocentrotus purpuratus).

Tests de sédimentmodifier

À un moment donné, la plupart des produits chimiques provenant de sources anthropiques et naturelles s’accumulent dans les sédiments. Pour cette raison, la toxicité des sédiments peut jouer un rôle majeur dans les effets biologiques néfastes observés chez les organismes aquatiques, en particulier ceux qui habitent les habitats benthiques. Une approche recommandée pour l’analyse des sédiments consiste à appliquer la Triade de la qualité des sédiments (SQT), qui consiste à examiner simultanément la chimie des sédiments, la toxicité et les modifications sur le terrain afin de recueillir des informations plus complètes. La collecte, la manipulation et le stockage des sédiments peuvent avoir un effet sur la biodisponibilité et, pour cette raison, des méthodes standard ont été développées à cet effet.

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