Des vers de terre (L. terrestris) ont creusé des galeries dans une terre jaune et ont déposé les turricules correspondants à cette activité dans la litière superficielle opérant ainsi le mélange des matières minérales et des débris végétaux superficiels.Vue prise en terrarium au laboratoire. © FAYOLLE Léon

L’écotoxicologie des sols revisitée à l’aune de l’agroécologie

Vers de nouveaux indicateurs biologiques en écotoxicologie du sol

Nécessaires pour compléter les outils disponibles et renseigner sur les modifications des écosystèmes du sol, les indicateurs biologiques sont au cœur des préoccupations de l’écotoxicologie.

Par Catherine Foucaud-Scheunemann
Mis à jour le 31/07/2014
Publié le 03/07/2014

Lumbricus terrestris. © Inra, Céline Pelosi
Lumbricus terrestris © Inra, Céline Pelosi

Couche superficielle de la croûte terrestre, le sol est un écosystème vivant qui abrite une faune et une flore d’une grande diversité. C’est aussi un milieu d'interface (atmosphère, sous-sol) et de flux (eau, gaz, matières) dont le fonctionnement influence notamment la production agricole. C’est encore une ressource, diversifiée dans l'espace et sensible à des dégradations parfois irréversibles.

 Dans ce contexte complexe, l’introduction d’un composé chimique est susceptible de perturber les fonctions environnementales du sol, au nombre desquelles on compte, par exemple, le maintien de la biodiversité, la détoxication des contaminants et la dynamique des matières organiques.

Evaluer les risques de l’exposition des organismes aux substances chimiques polluantes tout en intégrant les conséquences des pratiques culturales susceptibles de la moduler, passe par le développement d’indicateurs biologiques (ou bioindicateurs) pertinents et fiables qui doivent être à même de caractériser l’état et le fonctionnement d’un écosystème. Une gageure à laquelle travaillent d’arrache-pied les scientifiques de l’Inra.

 Evaluer les impacts écotoxicologiques des métaux lourds sur les organismes du sol

De nombreuses surfaces agricoles ont des passifs environnementaux tels qu’il n’est pas possible de les cultiver à des fins alimentaires. Elles sont cependant potentiellement utilisables à des fins non‐alimentaires.

C’est le cas de la plaine de Pierrelaye (95), à l’ouest de Paris, qui couvre un espace de plus de 20 km2 historiquement dévolu au maraîchage. Au siècle précédent, elle a accueilli pendant de nombreuses décennies les eaux usées non traitées de Paris dont les épandages ont contribué à polluer les sols en métaux lourds - zinc, plomb, cuivre et cadmium

L’analyse de la composante biologique de ces sols a montré que la diversité taxonomique des macro-invertébrés qu’ils abritent est peu affectée par la teneur en métaux lourds, contrairement à leur abondance qui diminue. Par contre, tous les individus ne sont pas égaux car les impacts dépendent de la voie d’exposition aux métaux. Les animaux géophages, qui ingèrent les polluants sont plus touchés que les individus exposés par contact aux polluants, comme les vers de terre ou les limaces.

 Vers de terre, pas tous égaux face aux pesticides

La réduction de l´usage des pesticides est une composante essentielle des objectifs de durabilité des pratiques agricoles. Si la diminution de tels traitements se traduit globalement par l’augmentation du nombre de vers de terre dans les champs, toutes les espèces ne réagissent pas de la même manière : Allolobophora chlorotica est moins sensible que Lumbricus terrestris ou L. castaneus. D’autre part, tous les traitements par les pesticides ne produisent pas le même effet : les insecticides ont plus d’incidence sur les vers de terre que les herbicides ou les fongicides.

 Alors que l’évaluation des risques liés aux pesticides réside principalement en la mesure des effets sur les organismes, il conviendrait d’évaluer aussi leurs effets sur les fonctions écologiques réalisées par les organismes. Ainsi, les vers de terre en consommant le sol participent grandement à l’agrégation et la stabilisation des sols. Il a été démontré qu’un test simple estimant la production de turricules est pertinent et permet de mettre en lumière la diminution d’activité des vers de terre sous l’influence de certains pesticides.

 Le renouveau des indicateurs biologiques

Ces résultats éclairent d’un jour nouveau la façon dont il convient d’appréhender le devenir et l’impact des substances chimiques polluantes dans les sols. Mieux qu’une seule espèce qui ne permet pas de détecter les perturbations liées à leur présence et d’en mesurer les effets, il conviendrait de privilégier un ensemble d’organismes fonctionnellement différents, situés à différents niveaux trophiques et couvrant plusieurs types d’habitats. Définir bioindicateurs et biomarqueurs, qui peuvent être associés, représente un véritable challenge pour l’écotoxicologie.

 Si l’évaluation globale de l’état d’un milieu passe par la définition d’indicateurs biologiques pertinents, ceux-ci devraient idéalement :

  • être connus scientifiquement (par exemple la biologie et l’écologie des bioindicateurs doivent être maîtrisées : alimentation, voies d'exposition aux polluants, reproduction, place dans le réseau trophique…) ;
  • pouvoir rendre compte notamment des méthodes de gestion et des différents types de pollution des sols ;
  • être liés ou corrélés à des fonctions de l'écosystème ;
  • intégrer des propriétés ou des processus physiques, chimiques et biologiques du sol ;
  • présenter des qualités de mesure (précision, fiabilité, robustesse) ;
  • être validé (connaître l’amplitude des réponses liées aux variations naturelles) ;
  • être facile à utiliser et peu cher (échantillonnage et détermination).

 Au-delà, l’agroécologie révèle de nouveaux enjeux pour les recherches en écotoxicologie afin de mieux appréhender le comportement et les effets des composés chimiques sur le vivant : prendre en compte la biodisponibilité des micropolluants au travers de leur spéciation, ainsi que les effets des substances en mélange comme sources de stress multiples qui s’adressent à des populations plutôt qu’à des organismes isolés… ; intégrer dans la réflexion les bénéfices que les êtres humains tirent du fonctionnement des écosystèmes, c’est à dire des services écosystémiques, et revoir les processus d’homologation des substances chimiques en phase avec le lien structure/fonctionnement des agrosystèmes.

Références

- Hedde M. et al. 2013. Responses of soil macroinvertebrate communities to Miscanthus cropping in different trace metal contaminated soils. Biomass and Bioenergy 55:122.

- Pelosi C. et al. 2013. Reduction of pesticide use can increase earthworm populations in wheat crops in a European temperate region. Agriculture, Ecosystems and Environment 181: 223.

- Hedde M. et al. 2012. Functional traits of soil invertebrates as indicators for exposure to soil disturbance. Environmental Pollution 164: 59.

Capowiez Y. et al. 2010. Earthworm cast production as a new behavioural biomarker for toxicity testing. Environmental Pollution 158: 388.

Des programmes de recherche dévolus aux organismes du sol

  • Betsi - Traits fonctionnels, biologiques et écologiques, d’invertébrés du sol. Liens espèces/facteurs environnementaux. Réponse des organismes du sol aux facteurs environnementaux et développement de bio-indicateurs. Coordination : Mickael Hedde (Inra Versailles-Grignon) 
  • Resacor - Reconversion des sols agricoles contaminés. Coordination : Isabelle Lamy (Inra Versailles-Grignon) 
  • BIO2 - Bioindicateurs de qualité des sols – réunit de nombreux partenaires dont l’Inra (Dijon, Provence-Alpes Côte d’Azur, Rennes et Versailles-Grignon).