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Des indicateurs microbiens pour évaluer l’impact des pesticides

Des approches innovantes d’écotoxicité microbienne ont été développées et testées pour évaluer l’impact des pesticides sur les fonctions des sols et sédiments. A l’issue des travaux, trois nouvelles méthodologies ont vu le jour, standardisées ou pouvant l’être auprès de l’International Standard Organization (ISO).

indicateurs microbiens pour évaluer l’impact des pesticides © Fabrice MARTIN –LAURENT
Mis à jour le 17/04/2018
Publié le 28/03/2018

De nouveaux outils pour évaluer les fonctions écosystémiques remplies par les sols et les sédiments

Les populations microbiennes présentes dans les sols assurent différentes activités supportant des fonctions écosystémiques telles que la régulation du climat (stockage du C, rétention de l’eau…), la production primaire de biomasse, la filtration et l’épuration de l’eau …. De nombreuses études montrent que l’usage agricole des pesticides constitue une menace pour la diversité et l’activité microbienne des sols, conduisant à la détérioration de la qualité biologique et/ou chimique des compartiments environnementaux connectés aux parcelles agricoles tels que les cours d’eau. Les acteurs et gestionnaires du monde agricole sont démunis pour estimer l’impact de ces intrants sur les fonctions des sols notamment lors de la mise en place de nouvelles pratiques culturales privilégiant l’usage de produits faiblement dosés.
Les travaux menés par des chercheurs de l’INRA et d’IRSTEA* appartenant aux réseaux Ecotox (voir encadré) et EcotoxicoMic (voir encadré) s’inscrivent dans cette logique. Ils visent à proposer un ensemble de méthodes innovantes transférables vers de nombreux acteurs afin d’évaluer l’impact de pesticides sur la composante microbienne des sols et sédiments et sur les fonctions écosystémiques qu’elle accomplit.
L’EFSA, l’autorité européenne de sécurité des aliments reste très attentive au développement de telles méthodes. Elle a récemment proposé de les inclure dans l’évaluation environnementale des pesticides au cours du processus d’homologation de nouveaux produits phytosanitaires.

D’une méthodologie…

Les chercheurs se sont appuyés sur la méthode TYPOL développée à l’INRA pour choisir des pesticides représentatifs de leur diversité ainsi que de leurs produits de dégradation. La méthode est à la fois basée sur le comportement de ces molécules dans l’environnement (persistance et mobilité) et leurs propriétés moléculaires. Au total 68 pesticides ont été sélectionnés, testés et parmi eux trois ont été choisis pour conduire les tests écotoxicologiques sur les microorganismes du sol.
Deux grandes fonctions rendues par les microorganismes ont été étudiées. L’une est liée à leurs rôles dans la bonne réalisation des cycles biogéochimiques du carbone du phosphore et de l’azote. L’autre vise à évaluer la capacité d’épuration microbienne des sols et sédiments via leur activité de minéralisation des pesticides.
Par ailleurs l’abondance et la composition de la communauté microbienne a été évaluée à l’aide de techniques moléculaires basées sur l’extraction des acides nucléiques (ADN) des sols et des sédiments et leur amplification par réactions de polymérisation en chaînes (PCR).
L’impact de trois pesticides modèles appliqués seul ou en mélange a été déterminé en conduisant des expérimentations au laboratoire. Une étude d’impact a aussi été réalisée sur deux types de parcelles (vignoble et grandes cultures) en assurant des prélèvements à différents moments de l’année.

… A la mise en place de nouvelles normes internationales

Les travaux menés ont permis de proposer 3 nouvelles méthodes. Deux d’entre elles sont déjà normalisées et la troisième est en développement (voir encadré). Dans l’avenir, elles pourraient faire référence pour évaluer le risque écotoxicologique des pesticides en pré-homologation et en post-homologation. Ils ont également mis en évidence que les activités microbiennes du cycle de l’azote (e.g. nitrification) étaient sensibles aux pesticides comme l’avait suggéré l’EFSA dans une opinion scientifique publiée en 2016.
Plus généralement, elles pourraient être utiles aux professionnels en charge de la surveillance et de la gestion de l’environnement pour

  • Caractériser les contaminations en complément des méthodes de chimie analytique plus conventionnelles,
  • Evaluer les perturbations plus ou moins durables et ou réversibles de la structure des populations microbiennes,
  • Suivre les traitements pour la restauration des sites pollués.

*Ont aussi participé à ce travail : Stéphane Pesce (IRSTEA – Lyon), Pierre Benoit, Laure Mamy et Olivier Crouzet (INRA & AgroParisTech - Grignon)

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Fabrice MARTIN –LAURENT Unité Mixte de recherche Agroécologie (UMR 1347) sous tutelle de l’INRA, AgroSup Dijon et l’université de Bourgogne et Franche-Comté, 17 rue Sully, BP 86510, 21065 Dijon

Le réseau ECOTOX

Ecotox. © Inra
© Inra

Créé en 2009 et soutenu depuis par l’INRA, le réseau d’écotoxicologie terrestre et aquatique ECOTOX regroupe  une communauté de 260 membres issus d’instituts et organismes de recherche , universités et grandes écoles , instituts techniques agricoles et entreprises.

Ses objectifs visent à

  • Contribuer à la réflexion scientifique pour une recherche en écotoxicologie,
  • Contribuer à la valorisation et dissémination des résultats de recherche,
  • Accroître la visibilité de l’écotoxicologie et de ses acteurs.

Le réseau EcotoxicoMic

EcotoxoMic est un réseau thématique pluridisciplinaire d’écotoxicologie microbienne soutenu par l’INEE et l’INSU du CNRS, Irstea et la Fondation de Coopération Scientifique Rovaltain. Il s’est développé en 2015, sur la base du réseau francophone d’écotoxicologie microbienne créé en 2013 par Stéphane Pesce (Irstea) et Fabrice Martin-Laurent (INRA). Composé de 131 membres issus de 50 laboratoires et 8 entreprises privées, son objectif est d’améliorer la visibilité et de fédérer la communauté des écotoxicologues microbiens avec la volonté de favoriser les actions transversales entre écosystèmes étudiés et chercheurs appartenant à différents organismes de recherche. Dans l’objectif de développer le réseau à l’international, EcotoxicoMic organisait en novembre 2017 son premier colloque international à Lyon, regroupant 170 chercheurs provenant de 25 pays différents. 

Normes ISO

  • ISO 17601:2016 - Estimation de l’abondance de séquences de gènes microbiens par amplification par réaction de polymérisation en chaîne (PCR) quantitative à partir d’ADN directement extrait du sol.
  • ISO/FDIS 20130 – Mesure de l’activité enzymatique dans des échantillons de sol en utilisant des substrats colorimétriques
  • ISO 14239:2017 -  Systèmes d’incubation de laboratoire destinés à la mesure de la minéralisation de produis chimiques organiques dans le sol en condition aérobies.