Ecotoxicologie des Terres Rares dans les systèmes aquatiques – ECOTREE

ECOTREE est un projet multidisciplinaire, organisé en plusieurs tâches permettant de produire des résultats pour une compréhension générale des relations entre la présence et l’origine des ETRs dans les systèmes aquatiques, leur dynamique et forme chimique, les voies d’exposition des espèces aquatiques et leur impact environnemental
Une attention toute particulière sera donnée à la forme chimique des ETRs et à leur distribution entre les matières en suspension, les colloïdes et la phase dissoute de la colonne d’eau. Une approche multi-marqueur sera employée à différents niveaux de l’organisation biologique depuis les effets moléculaires, les effets individuels et populationnels jusqu’aux effets fonctionnels comme la consommation d’oxygène chez différentes espèces animales et végétales (Algues, Macrophytes, Daphnie, Bivalve, Poisson). L’importance des voies d’exposition sera vérifiée chez les organismes vivant testés pour contrôler un éventuel transfert des éléments dans la chaine alimentaire. Différent types d’études de bioaccumulation seront associées pour comprendre la localisation des ETRs dans les organismes vivants et comment leur bioaccumulation peut être reliée aux effets toxiques.

Pour étudier l’origine et la distribution des ETR, plusiuers campagnes de prélèvement ont été effectuées sur 30 sites sur la Moselle dont l’eau est utilisée pour la production d’eau potable dans la communauté du Grand Nancy. Tous les échantillons montrent des anomalies positives en gadolinium, utilisé comme agent contrastant dans les IRM ainsi que des anomalies positives en Eu et négatives en Ce sur certains sites. Ces anomalies en Gd et Eu sont aussi observées dans les eaux potables de Nancy. Les différentes campagnes effectuées sur la rivière Alzette au Luxembourg ont identifié également du Gd dans les phases dissoutes mais aussi du néodyme dans les phases particulaires et une influence des rejets de STEP dans le fractionnement des ETR.
Parmi tous les ETR testés au laboratoire, l’ytterbium semble montrer la plus forte toxicité en inhibant complétement le développement des oeufs de poisson (Danio rerio). Selon les espèces et l’ETR testés, la présente de matière organique peut abaisser cette toxicité par exemple celle du Gd vis-à-vis des algues et des daphnies. Par contre la viabilité des cellules de D. rerio est inversement corrélée à la concentration totale des ETR en mélange. A un niveau cellulaire, la présence plus importante de métallothionéines (MT) dans les glandes digestives /branchies des bivalves a confirmé l’importance de cet organe dans les processus de détoxication. Dans ce cas aussi la présence de MO affecte le niveau des MT indiquant l’importance de la spéciation des ETR dans leur action toxique

Les résultats d’ECOTREE apporteront de nouvelles connaissances manquantes sur les potentiels impacts environnementaux des ETRs sur les écosystèmes d’eau douce. Ils fourniront aux gestionnaires et décideurs des domaines concernés des informations sur la classification des dangers des matériaux contenant des ETRs ainsi qu’une évaluation du risque environnemental.

Depuis juin 2018, neuf conférences ont été présentées à des congrès internationaux et 2 à es congrès nationaux concernant la présente et la distribution des éléments terres rares dans l’environnement naturel et leur impact sur l’environnement aquatique. Deux conférences ont été présentées au grand public et deux actions majeures en éducation aux élèves ou formateurs d’enseignants ont été menées en association avec la main à la pâte

Les Éléments Terres Rares (ETRs) sont couramment utilisés dans les instruments de haute technologie et pour d’autres applications militaires et agricoles. Ces utilisations humaines perturbent le cycle biogéochimique des ETRs et des enrichissements anormaux en La, Ce, Nd, Sm et Gd sont actuellement détectables dans les systèmes aquatiques alors que les connaissances de leur écotoxicologie restent fragmentaires et sans consensus. En particulier, on ne sait pas si l’écotoxicité des ETRs varie d’une manière prévisible comme le font leurs propriétés atomiques. Un tel manque de consensus est critique en considérant que toutes les ETRs partagent un mécanisme d’action commun qui peut conduire à des effets potentiellement additifs néfastes sur les organismes vivants.
ECOTREE est un projet multidisciplinaire, organisé en plusieurs tâches permettant de produire des résultats pour une compréhension générale des relations entre la présence et l’origine des ETRs dans les systèmes aquatiques, leur écodynamique et spéciation, les voies d’exposition des espèces aquatiques et leur impact environnemental developpé dans une approche AOP.L’abondance des ETRs et leur origine seront étudiées dans différents systèmes aquatiques d’eau douce perturbés par les activités anthropiques afin de mieux les comprendre et de les reproduire au mieux en laboratoire. Une attention toute particulière sera donnée à la spéciation des ETRs et à leur fractionnement entre les matières en suspension, les colloïdes et la phase dissoute de la colonne d’eau. Afin d’identifier les mécanismes d’actions toxiques chez les organismes, nous ciblerons nos études sur 3 ETRs représentatifs de la série des lanthanides. Cette partie du projet fournira des informations cruciales sur les mécanismes sous-jacents aux effets écotoxiques des ETRs. Une approche multi-marqueur sera employée à différents niveaux de l’organisation biologique depuis les effets moléculaires (Daphnie, lignées cellulaires de Bivalve et Poisson), les effets individuel et populationnel (algues, macrophytes, Daphnie, Bivalve, Poisson) jusqu’aux effets fonctionnels comme la filtration chez les Bivalves ou la consommation d’oxygène pour toutes les espèces retenues. Une approche ‘omics’ plus complète intègrera les réponses biologiques étudiées aux différents niveaux et des approches de transcriptomique et de protéomique seront employées chez la Daphnie afin d’élucider plus largement les mécanismes d’action toxique. L’importance des voies d’exposition sera vérifiée pour les différents éléments sélectionnés et une attention particulière sera donnée à l’étude des mécanismes d’absorption en présence ou pas de colloïdes organiques modèles ou d’algues pour certains organismes qui permettront de contrôler un éventuel transfert trophique. Des études de bioaccumulation basées sur du fractionnement subcellulaire, l’utilisation d’isotopes stables et des analyses en synchrotron seront associées pour comprendre la localisation et la spéciation des ETRs et comment leur bioaccumulation peut être reliée aux effets toxiques.
Finalement, nous intégrerons les résultats de biodisponibilité, de bioaccumulation et d’effets en particulier d’écotoxicité dans le cadre d’une analyse du cycle de vie en utilisant le modèle de référence UseTox®. L’objectif est de développer de nouveaux facteurs de caractérisation pour les ETRs sélectionnés, représentatifs des éléments les plus utilisés actuellement dans l’économie. Ces facteurs permettront d’évaluer les impacts des ETRs présents dans les effluents en sortie de station d’épuration. Les résultats d’ECOTREE apporteront de nouvelles connaissances manquantes sur les potentiels impacts environnementaux des ETRs sur les écosystèmes dulçaquicoles. Ils fourniront aux gestionnaires et décideurs des domaines concernés des informations sur la classification des dangers des matériaux contenant des ETRs ainsi qu’une évaluation du risque environnemental.