Caractérisation de l'exposition des écosystèmes aquatiques à des produits phytosanitaires : spéciation, biodisponibilité et toxicité.<br />Exemple du cuivre dans les eaux de ruissellement<br />de parcelles viticoles (Roujan, Hérault, France).

Abstract

Thèse en cotutelle (Université de Genève, mention interdisciplinaire / Université Montpellier 1, sciences de l'eau dans l'environnement continental).Auteur actuellement chercheur à l'IRSN ([email protected]).Diffuse pollution due to the application of pesticides is often blamed for groundwater and surface water pollution. In vine growing, copper is still largely used as a fungicide, associated with organic pesticides. The Mediterranean climate leads to runoff and erosion of agricultural fields, favourising the transfer of the pollutants towards surface water. Runoff waters ofvineyards were taken and analysed for the study of speciation, bioavailability and toxicity of copper. The purpose of the methodology was to characterise the exposure to copper compared to the other pesticides used in vines treatment. Toxic effects of copper under controlled conditions and in the samples was evaluated on aquatic organisms (bacteria Vibrio fischeri, algae Pseudokirchneriella subcapitata) and allowed us to validate the observed effect with free-ion concentrations. The primary producers being a privileged target within the framework of the contamination by copper, effects on Pseudokirchneriella subcapitata were evaluated at various levels (growth, membrane integrity, photosynthetic activity, esterasicactivity) in order to improve the comprehension of the toxicity mechanisms. Test results indicate that growth inhibition is the most sensitive endpoint. The observed effects are interpreted according to the chemical speciation of copper in water : physicochemicalcharacterisation and size fractionation (suspended matter, colloids), modelling of chemical speciation (MINEQL+), evaluation of the potential of mobilisation of the copper from particles. The toxic effect of lipophilic metal complexes, which constitutes an exception to thefree ion activity model for bioavailability, was also studied under in vitro conditions. This combined approach (physicochemical characterisation and influence of the speciation of the pollutants on in vitro toxicity) allowed us to identify the parameters that determine transport and toxicity of copper in runoff waters : soil type, rain characteristics and the pesticideapplication (copper, arsenic, Diuron).Les pollutions diffuses d'origine agricole dues aux produits phytosanitaires sont souvent mises en cause dans la pollution des eaux de surface et des eaux souterraines. En viticulture, le cuivre est encore largement utilisé comme fongicide, associé à des pesticides organiques.Le climat méditerranéen favorise un ruissellement et une érosion des sols viticoles, les rendant très propices aux transferts des polluants vers les eaux de surface. Des eaux de ruissellement de parcelles viticoles ont été prélevées et analysées pour l'étude de la spéciation,la biodisponibilité et la toxicité du cuivre. La méthodologie adoptée a eu pour but de caractériser l'exposition au cuivre par rapport aux autres produits phytosanitaires issus du traitement des vignes. L'effet toxique in vitro du cuivre en conditions contrôlées et dans les eaux de ruissellement a été évalué sur des organismes aquatiques (bactérie Vibrio fischeri, algue Pseudokirchneriella subcapitata) et a permis de valider les effets observés par rapport aux concentrations en ion libre calculé. Les producteurs primaires étant une cible privilégiée dans le cadre de la contamination par le cuivre, l'effet sur Pseudokirchneriella subcapitata aété évalué à différents niveaux (croissance, intégrité membranaire, activité photosynthétique, activité estérasique) afin de mieux comprendre les mécanismes de toxicité mis en jeu, et a montré que la croissance est l'indicateur le plus sensible vis à vis de la toxicité du cuivre. Les effets observés ont été interprétés en fonction de la spéciation chimique du cuivre dans leseaux : caractérisation physico-chimique et fractionnement par taille (matières en suspension,colloïdes), modélisation de la spéciation (MINEQL+), évaluation du potentiel de mobilisation du cuivre de la fraction particulaire vers la fraction dissoute. Enfin, l'effet toxique des complexes métalliques lipophiles, qui constitue une exception au modèle de biodisponibilitéde l'ion libre, a été étudié en conditions contrôlées. Cette double approche (caractérisations physico-chimiques et influence de la spéciation des polluants sur la toxicité in vitro) a permis de déterminer les paramètres influents dans le transfert du cuivre et la toxicité dans les eauxde ruissellement : le type de sol des parcelles, les caractéristiques de la pluie et les types d'apports de produits phytosanitaires (cuivre, arsenic, Diuron)