Evaluation de l’exposition aux polluants organiques persistants et de leurs effets sur les prédateurs de l’Arctique

Publié le 28.07.2011

Revue des résultats récents sur les effets biologiques dus à une exposition aux organohalogénés et sur les concentrations de ces polluants dans les différents tissus des animaux situés au sommet de la chaîne alimentaire de l’Arctique.

Les polluants organiques persistants (POPs) [1] recouvrent un ensemble de substances organiques d’origine humaine et leurs produits de dégradation ou de métabolisation, trouvés dans les tissus animaux, et en particulier, les organohalogénés (OHCs). Ces derniers sont l’objet de surveillance, dans la zone circumpolaire arctique, depuis des décennies. Ils regroupent différents types de composés : les polychlorobiphényles (PCB), le DDT, les composés du chlordane (CHLs), les congénères [2] du polybromodiphényléther (PBDEs), les paraffines chlorées (CP), le Toxaphène (insecticide), les benzènes polychlorés (CBz), l’hexachlorocyclohexane (HCH), les sulfonates perfluorés (PFSA), les carboxylates perfluorés (PFCA), les hexabromocyclododécanes (HBCD).

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Mouette ivoire en mer de Béring
Crédit photo : Jomilo75
Certains droits réservés : Licence Creative Commons

Les études résumées ici ont été faites après 2002 et s’appliquent à des espèces de haut niveau trophique, c’est-à-dire les prédateurs situés en haut de la chaîne alimentaire. Elles concernent les effets de l’exposition aux organohalogénés (OHCs) et des mesures de leurs concentrations dans les tissus ou compartiments corporels, dans le but de déterminer des seuils de toxicité afin d’évaluer les risques pour les populations de plusieurs espèces de poissons, d’oiseaux et de mammifères.

Les témoins d’exposition aux polluants sont en grande partie basés sur les corrélations entre les marqueurs biologiques et les niveaux des résidus d’OHCs dans les tissus. Les marqueurs biologiques sont, par exemple, les processus biochimiques reliés aux systèmes immunitaire et endocrinien, les pathologies des tissus, de la reproduction et du développement.

Cependant, l’effet réel des POPs sur la faune arctique doit tenir compte des autres facteurs de stress environnementaux, écologiques et physiologiques, d’origine humaine ou naturelle. Par exemple, les variations saisonnières de la prise alimentaire et leurs conséquences sur l’engraissement ou l’amaigrissement observées chez les animaux de l’Arctique peuvent modifier la répartition des contaminants dans les tissus et leur toxicocinétique (absorption, métabolisme et élimination).

Il existe d’autres facteurs de stress significatifs d’origine humaine tels que la surpêche, la chasse, la destruction des habitats, la fréquentation touristique accrue, l’introduction de nouvelles espèces et de pathogènes en Arctique, le manque de nourriture et les changements dans les interactions proie-prédateur. Des études récentes suggèrent qu’une combinaison des POPs et d’autres facteurs stressants peuvent avoir des effets négatifs importants et que même de faibles taux de POPs peuvent être dangereux. Ajoutés aux POPs, ces autres stress provoqués par les hommes ont la capacité d’affecter directement les organismes, la biodiversité et la santé des écosystèmes. Ils n’agissent pas indépendamment mais de concert et de façon dynamique.

Certains de ces polluants sont des perturbateurs endocriniens.

Le système endocrinien jouant un rôle primordial dans la résistance au stress chez les mammifères, il est important de déterminer si les POPs perturbateurs endocriniens peuvent interférer avec l’acclimatation et l’adaptation aux conditions extrêmes de l’Arctique.

Les hormones thyroïdiennes (THs), les hormones stéroïdes sexuelles et les glucocorticoïdes semblent être les hormones les plus vulnérables aux effets des OHCs chez les animaux arctiques. Les THs jouent un rôle prédominant dans la thermorégulation, la croissance, la différenciation des tissus et le développement du système nerveux. Elles sont importantes aussi pour l’adaptation aux périodes de restriction alimentaire, de mue et pour les capacités cognitives et d’apprentissage. Les conséquences peuvent être lourdes, par exemple pour les ours polaires chez lesquels l’apprentissage et les capacités cognitives déterminent le succès de la chasse. Par conséquent, la perturbation de l’homéostasie des THs peut nuire fortement au développement des jeunes et à la survie de tous les individus.

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Goéland bourgmestre
Source : US Fish and Wildlife Service - Domaine public

La testostérone et la progestérone sont essentielles à la physiologie de la reproduction mais jouent aussi un rôle dans le comportement sexuel. Une modification de l’équilibre de ces hormones peut affecter la reproduction directement ou indirectement.

Les glucocorticoïdes sont impliqués dans divers processus physiologiques comme la reproduction, l’immunité, le comportement et l’adaptation du métabolisme au stress. La perturbation de ce système endocrine peut amener à une baisse de la reproduction et de la survie.

Le changement climatique rapide pourrait occasionner un stress supplémentaire et les perturbateurs endocriniens pourraient réduire les capacités d’adaptation à ce changement.

De récentes études donnent des preuves de la relation entre concentrations en OHCs et désordres physiologiques.

Les espèces étudiées les plus concernées par l’accumulation des polluants sont par ordre décroissant de concentration dans les tissus (entre parenthèses, mention du ou des tissus mesurés ou du plus touché) :

Pour les poissons :

  • L’omble chevalier de l’Arctique, Salvelinus alpinus alpinus, (foie et muscles), du Svalbard ;
  • Le requin du Groenland, Somniosus microcephalus, (foie), au large de l’Islande.

Les polluants par ordre décroissant de concentration dans les tissus des poissons sont : Les PCB, les composés du chlordane (CHL), les paraffines chlorées (CP), le DDT, le Toxaphène, les benzènes polychlorés (CBz), l’hexachlorocyclohexane (HCH), des congénères du polybromodiphényléther (PBDE), les sulfonates perfluorés (PFSA), les carboxylates perfluorés (PFCA), les hexabromocyclododécanes (HBCD).

Pour les oiseaux :

  • Le goéland bourgmestre, Larus hyperboreus, (plasma), du Svalbard ;
  • La mouette tridactyle, Rissa tridactyla, (vitellus), du Svalbard ;
  • La mouette ivoire, Pagophila eburnea, (œuf), de l’Arctique canadien ;
  • Le goéland argenté, Larus argentatus, (œuf), de Norvège.

L’ordre décroissant de la concentration des polluants dans les tissus des oiseaux est le suivant : PCB, CHL, DDT, Toxaphène,CP, CBz, (HCH), PFSA, PBDE, HBCD, PFCA.

Pour les mammifères :

  • L’orque, Orcinus orca, (graisse), de l’Alaska ;
  • Le lion de mer de Steller, Eumetopias jubatus, (sang), de la mer de Béring ;
  • L’ours polaire, Ursus maritimus, (foie et graisse), de l’est du Groenland ;
  • Le béluga, Delphinapterus leucas, (foie et graisse), du Svalbard et de la baie d’Hudson.

Chez les mammifères, les polluants les plus présents dans les tissus sont par ordre décroissant : PCB, CHL, DDT, PFSA, CBz, HCH, Toxaphène, PFCA, PBDE, HBCD.

Les concentrations varient selon les polluants et selon les régions. Par exemple, les bélugas accumulent moins que les autres espèces, sauf les PCB dans la baie d’Hudson et le Toxaphène au Svalbard, pour lequel ils présentent la plus forte concentration parmi les espèces étudiées. La moindre contamination de cette espèce est probablement due à son régime alimentaire constitué de poissons, de céphalopodes (calmars, pieuvres…) et de crustacés, animaux situés plutôt au bas de la chaîne alimentaire (niveau trophique bas) et concentrant donc moins les polluants.

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Orques en Alaska
Crédit photo : christopher
Certains droits réservés : Licence Creative Commons

L’espèce la plus polluée est logiquement l’orque, superprédateur consommant des prédateurs, et donc située au sommet de la chaîne alimentaire. Elle est en tête pour tous les polluants. Ensuite vient le lion de mer. En troisième position on trouve l’ours polaire. Le béluga est, sauf l’exception citée ci-dessus, l’espèce la moins polluée des quatre, pour la majorité des polluants et régions étudiés. Les raisons de ces variations entre espèces ne sont pas détaillées, elles sont probablement liées aux différences dans les régimes alimentaires et à divers facteurs environnementaux.

Cas particulier : La baleine franche, Balaena mysticetus, est de loin la moins contaminée de toutes les espèces étudiées, du fait de sa position trophique basse, son régime alimentaire étant constitué essentiellement de zooplancton et de petits poissons. Aucun signe de dysfonctionnement physiologique dû aux polluants n’a été constaté chez cette espèce mais elle a été moins étudiée que les autres.

Il ressort des études recensées dans l’article que les espèces les plus menacées par les POP organohalogénés sont :

  • les ours polaires de l’est du Groenland, du Svalbard et de l’est et du sud de la baie d’Hudson ;
  • les orques de l’Alaska et du nord de la Norvège ;
  • le phoque annelé de l’est du Groenland ;
  • plusieurs espèces de goélands et autres oiseaux marins de la région du Svalbard, du nord de la Norvège, de l’est du Groenland, de la mer de Kara et de l’Arctique central canadien ;
  • l’omble chevalier arctique ;
  • le requin du Groenland.

Les polluants organiques persistants sont des facteurs de stress importants pour les espèces animales arctiques mais d’autres stress d’origine humaine ajoutent leurs effets négatifs et l’interaction de l’ensemble des facteurs est encore à approfondir dans un contexte de changement climatique.

Isabelle Gomez, INIST-CNRS

[1]Substances toxiques qui résistent aux dégradations biologiques naturelles et persistent plusieurs années ou décennies dans l’environnement.

[2]Congénère fait référence en chimie à l’une des nombreuses variantes ou configurations d’une même structure chimique.

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