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Le biomoniteur Chaoborus: influence de la température et des variables biologiques sur la bioaccumulation du cadmium.

Croteau, Marie-Noële (2002). Le biomoniteur Chaoborus: influence de la température et des variables biologiques sur la bioaccumulation du cadmium. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 175 p.

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Résumé

Les activités industrielles ont contribué à disperser dans l'environnement lacustre d'importantes quantités de contaminants inorganiques comme le cuivre, le zinc, le plomb, le nickel et le cadmium. Ces métaux sont reconnus pour s'accumuler dans les organismes et provoquer des effets toxiques pouvant nuire tant à leur développement qu'à leur survie. La détermination du niveau de contamination en métaux des écosystèmes permet donc d'évaluer les risques qu'encourent les organismes exposés. Or, il s'avère possible d'estimer le niveau de contamination des systèmes lacustres en mesurant directement les concentrations de métal dans les organismes aquatiques. Dans le cas du Cd, l'accumulation de ce métal par les larves de l'insecte Chaoborus punctipennis peut être raisonnablement bien prédite par les concentrations de Cd libre dans le milieu en se basant sur le modèle théorique de l'ion libre et en prenant en considération la compétition entre les protons et les ions libres de Cd pour les sites d'absorption biologique. Afin de vérifier si les concentrations en Cd de ce biomoniteur reflétaient également les changements temporels survenus dans la qualité des eaux, nous avons mesuré les concentrations de ce métal sur un intervalle de 13 ans dans des lacs situés près de fonderies. Nos résultats ont montré que la réduction des concentrations en Cd dans l'eau de certains lacs s'était soldée par un accroissement des concentrations de Cd chez Chaoborus. Nous avons expliqué ces résultats contradictoires à la logique (i.e., l'amélioration de la qualité d'un milieu devrait se répercuter sur les organismes qui y vivent) par le fait que les diminutions marquées dans les concentrations de protons ont réduit la compétition entre les ions H⁺ et Cd²⁺ pour les sites d'absorption membranaire. Les organismes de ces lacs ont donc accumulé plus de Cd en dépit des concentrations relativement plus faibles de ce métal dans le milieu, ce qui suggère que les risques d'effets toxiques pourraient s'être accrus dans certains lacs se rétablissant de la contamination métallique. Dans un second projet, nous avons testé l'hypothèse selon laquelle les concentrations de Cd chez ce biomoniteur devaient être directement reliées aux concentrations en Cd de ses proies (les organismes zooplanctoniques) puisque la nourriture constitue la voie d'entrée majeure du Cd chez les larves de cet insecte prédateur. La vérification de cette hypothèse a nécessité l'échantillonnage et le dosage du Cd dans Chaoborus et ses proies potentielles provenant d'Me vaste série de lacs du Bouclier Canadien. Nos résultats ont montré que les concentrations de Cd mesurées dans ce prédateur n'étaient pas reliées aux concentrations de Cd retrouvées dans des assemblages de proies fractionnées (ou non) en regard de la taille des organismes présents. Les concentrations de Cd chez Chaoborus étaient par ailleurs significativement corrélées aux concentrations de Cd mesurées chez deux groupes majeurs de proies, i.e., les c1adocères et les copépodes. Conformément au modèle de l'ion libre, nous avons de plus démontré que les concentrations en Cd des proies de Chaoborus étaient significativement reliées aux concentrations en Cd libre du milieu. Nos résultats suggèrent qu'une fine résolution taxonomique des proies consommées par un prédateur, combinée à une connaissance approfondie des relations trophiques qui relient les organismes planctoniques entre eux, favoriseraient le développement de relations prédictives plus performantes. Il serait alors possible de relier efficacement les concentrations de métal retrouvées entre des organismes de niveaux trophiques divers et parvenir à les corréler aux concentrations de métal retrouvées dans le milieu aqueux. De plus, afin de faire la lumière sur les processus qui modulent l'accumulation de Cd chez les larves de cet insecte, nous avons exposé en laboratoire plusieurs espèces de Chaoborus à des quantités similaires de Cd contenues dans des proies naturellement contaminées. Au termes de ces expériences, nous avons mesuré des différences substantielles dans l'accumulation du Cd, i.e., les espèces de grande taille avaient en effet accumulé plus de Cd que les espèces de petite taille et ce, malgré un taux d'ingestion des proies similaires entre les quatre espèces. Afin de déterminer les causes de cette accumulation différentielle du Cd entre espèces, nous avons appliqué à nos données expérimentales un modèle de bioaccumulation théorique. Ce modèle a permis de comparer les espèces en regard de leurs constantes de taux de croissance et de perte de Cd, de leur efficacité d'assimilation du Cd et de leurs concentrations de Cd à l'état stationnaire. Les différences mesurées dans l'accumulation du Cd entre les espèces furent expliquées principalement par le fait que les espèces de petite taille assimilaient de leurs proies une proportion de Cd beaucoup plus faible (≈ 6%) que les espèces de grande taille (45% et 58%). En utilisant une procédure expérimentale similaire, nous avons réalisé de plus des expériences permettant de déterminer si les taux d'accumulation du Cd variaient selon la température d'exposition. Nos résultats ont montré que le taux d'accumulation du Cd augmentait en fonction de la température pour toutes les espèces puisque la température influençait la prise en charge du Cd mais non sa perte. Ces résultats suggèrent que les différences observées en milieu naturel dans les concentrations de Cd entre espèces coexistantes seraient attribuables non seulement au fait que les espèces diffèrent entre elles dans leur efficacité d'assimilation du Cd mais également dans leur régime alimentaire. De plus, la température d'exposition pourrait également être invoquée pour expliquer, du moins en partie, les variations dans les concentrations de Cd observées chez une même espèce de Chaoborus entre différents lacs, saisons, voire années. Nos résultats montrent en effet que des températures élevées stimuleraient l'ingestion des proies et augmenteraient l'assimilation du Cd chez la plupart des espèces, ce qui favoriserait ainsi sa bioaccumulation. En intégrant toutes ces informations, il est possible de spéculer qu'une espèce non migratrice telle C. americanus, qui passe l'essentiel de son temps dans les eaux chaudes de l'épilimnion durant l'été, devrait accumuler davantage de Cd que les larves d'espèces migratrices telles C. punctipennis et C. flavicans qui se confinent dans les sédiments ou l'hypolimnion anoxique durant le jour et ne migrent dans les eaux chaudes de l'épilimnion pour s'alimenter qu'à la nuit tombée. De plus, puisque la température d'exposition tout comme le type et la densité des proies présents dans un lac varient dans le temps (i.e., selon les saisons, les années), l'influence de la température sur ces variables pourrait être de nouveau (mais cette fois, indirectement) mise en cause pour expliquer les changements temporels (i.e., saisonniers et annuels) dans les concentrations de Cd observés chez une même espèce. Enfin, la récolte d'échantillons d'eau et de larves d'insecte provenant d'une dizaine de lacs situés le long d'un gradient de contamination en Cd et le dosage ultérieur du Cd et de la métallothionéine suggèrent que la présence de Chaoborus dans les lacs hautement contaminés en métaux traces pourrait être en partie attribuée à l'existence chez cet organisme d'un mécanisme de détoxification efficace impliquant des protéines apparentées à la métallothionéine (MT). Les niveaux de MT retrouvés chez Chaoborus se sont avérés en effet suffisants pour lier tout le Cd présent chez les larves de cet insecte de sorte que les risques de débordement cellulaire (spill-over), événement précurseur à l'apparition d'effets néfastes, apparaissent minimes chez les larves de cet insecte. Nous avons de plus montré que les niveaux de métallothionéine chez Chaoborus étaient directement reliés aux concentrations de Cd dans l'animal et dans l'eau. Ces résultats supportent donc l'utilisation de Chaoborus comme biomoniteur de la concentration en Cd des lacs.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Hare, Landis
Co-directeurs de mémoire/thèse: Tessier, André
Mots-clés libres: biomoniteur Chaoborus; température; variables biologiques; bioaccumulation; cadmium; larve; insecte
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 27 août 2013 15:03
Dernière modification: 12 nov. 2015 20:46
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1465

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