Thèmes de recherche

La thématique générale de l'équipe "IPE" du LEHNA concerne "l'évaluation de l'impact sur les écosystèmes des pollutions liées aux aménagements urbains et/ou aux infrastructures de transport".

Ces recherches doivent conduire à la conception et au développement :

  • d'outils/paramètres de caractérisation de l'état fonctionnel des systèmes, d'évaluation des perturbations et des risques encourus par les communautés vivantes,
  • de modèles explicatifs et prédictifs du fonctionnement des milieux étudiés.

La finalité de ces recherches est ainsi d'apporter des éléments de décision fiables dans le cadre d'une aide à la gestion des milieux anthropisés.

Les milieux étudiés par l'équipe "IPE" sont les eaux douces (superficielles et souterraines), les sols (zone superficielle et zone non saturée), ainsi que les milieux rencontrés aux interfaces (par exemple les sédiments urbains).

 

.

Les 3 thèmes de recherche de l'équipe "IPE" sont les suivants :

·

THEME 1 : TRANSFERT DES POLLUANTS DANS LES MILIEUX POREUX

Les chercheurs permanents concernés par cette thématique sont Cécile Delolme, Jean-Philippe Bedell, Thierry Winiarski, Rafaël Angulo et Laurent Lassabatère.

L'objectif de ce thème est de comprendre et de caractériser le devenir des polluants, en particulier les métaux lourds, dans des matrices poreuses, qu'elles soient contaminées ou qu'elles constituent le milieu récepteur des polluants. Les matrices les plus étudiés sont les sédiments (sédiments de dragage de canaux, sédiments portuaires, sédiments d'ouvrages d'infiltration des eaux pluviales urbaines,...), les sols et sous-sols.

De nombreux mécanismes physiques et chimiques déterminent le devenir de ces polluants dans les matrices concernées (interactions avec les autres éléments solubles, interactions avec les constituants des matrices solides minérales ou organiques) qui conduisent à des phénomènes de rétention plus ou moins stables, de solubilisation ou de dégradation, sensibles aux variations des conditions physico-chimiques du milieu. La méconnaissance de certains de ces mécanismes, de leur stabilité et de leur sensibilité aux conditions physico-chimiques, constitue un verrou scientifique fort.

La compréhension de ces mécanismes passe par une étude des processus conduisant à la mobilisation et au transport des polluants piégés dans ces milieux sédimentaires, à des fins de quantification et de modélisation. Il est ensuite important d'étudier le transfert de ces éléments dans les sous-sols récepteurs qui correspondent le plus souvent à des milieux poreux très hétérogènes en milieu urbain.

Bassin versant péri-urbain et sous-sol de type "fluvio-glaciaire"

Les recherches effectuées au sein de ce thème sont essentiellement basées sur des approches expérimentales de laboratoire en "batch", ou en "colonnes" de matériaux testés. Cette échelle d'approche est complétée par des études sur le terrain qui permettent de décrire l'hétérogénéité des milieux étudiés et la complexité des facteurs intervenant dans l'évolution de ces interfaces, ainsi que le transfert couplé de l'eau et des polluants.

Approche multi-échelles des mécanismes de transfert des polluants dans les sols urbains

La compréhension des mécanismes intervenant lors du transfert des polluants nécessite une approche pluridisciplinaire (hydrogéologique, chimique, géochimique, géotechnique, biologique, microbiologique, géophysique…). Au cours de ces dernières années, un effort important de recherche a notamment été réalisé sur la compréhension du rôle du compartiment biologique dans le transfert des métaux (bactéries et plantes). L'accent a été mis sur les études de terrain et le développement d'outils de description des milieux de surface hétérogènes.

Dispositifs de percolation
en colonne
Développement de bactéries
sur un grain de sable (observation au MEB)

·

THEME 2 : EFFETS DES POLLUANTS SUR LES ORGANISMES VIVANTS

Les chercheurs permanents concernés par cette thématique sont Sylvie Bony, Bernard Clément, Alain Devaux, Claude Durrieu et Laurence Volatier

Les polluants agissent à tous les niveaux d'organisation biologique, de la molécule à la cellule, du tissu à l'organe d'un organisme, avant même d'avoir des effets visibles à des niveaux d'organisation supérieurs, comme les populations, les communautés et les écosystèmes. Les délais de réponse et la signification écotoxicologique des paramètres mesurés dépendront du positionnement de ces derniers dans la hiérarchie biologique : les réponses mesurées au sein des biomarqueurs renseignent sur le mode d'action des xénobiotiques et apparaissent rapidement après un stress, mais ne permettent pas de prédire précisément les risques réellement encourus par la biocénose. Les réponses au niveau des populations ont une forte signification écotoxicologique mais témoignent tardivement d'une atteinte sévère à l'intégrité de l'écosystème.
Au bilan, bien que les dommages induits par les contaminants de l'environnement interviennent initialement aux niveaux cellulaire et moléculaire, les effets qui en émergent sont visibles à des niveaux d'organisation biologique supérieurs. Ces effets peuvent difficilement être prédits sur la seule base des connaissances mécanistiques de la toxicité des produits chimiques ou des molécules produisant ces effets. Il est donc nécessaire d'employer des indicateurs écologiques hors du domaine traditionnel de la toxicologie de l'environnement.
L'évaluation écotoxicologique se nourrit ainsi de deux approches complémentaires :

  • la première vise à mesurer l'impact des polluants au niveau de l'individu, via l'étude en amont de la toxicocinétique conditionnée par leur biodisponibilité et l'analyse des mécanismes présidant à l'expression de la toxicité au plan structurel et fonctionnel, essentiellement dans un contexte d'expérimentations en conditions contrôlées,
  • la seconde a pour objet d'examiner les effets des xénobiotiques au niveau populationnel et communautaire, à la fois au laboratoire et in situ, avec la prise en compte de la complexité du terrain.

Les activités de recherche de l'équipe "IPE" portent sur ces deux niveaux d'observation.

Rivières artificielles utilisées au LEHNA Microcosme aquatique lentique
de 2 litres utilisé au LEHNA

Dispositif d'observation
de terrain utilisé au LEHNA
Microcosme aquatique lentique
de 100 litres utilisé au LEHNA

·

THEME 3 : EVALUATION DES RISQUES ECOTOXICOLOGIQUES

L'ensemble des chercheurs du laboratoire contribue à ce thème transversal animé par Yves Perrodin.
Il concerne le développement de méthodologies d’évaluation des risques écotoxicologiques (éRé) pour des scénarios d'intérêt, notamment pour le MEDDTL.

   

Exemples de scénarios d'intérêt pour lesquels l'équipe "IPE" du LEHNA a développé des méthodologies d'éRé

L'élaboration de ces méthodologies nécessite de conduire en amont un certain nombre de travaux visant à une meilleure compréhension du fonctionnement global du système étudié. L'avancée des connaissances qui en résulte permet ensuite de guider les choix concernant l'approche globale de l'évaluation et la caractérisation des différents modules qui la constituent (caractérisation des émissions de polluants, caractérisation des expositions des écosystèmes cibles, caractérisation des effets sur ces écosystèmes cibles). Ces choix concernent également la gestion des interfaces entre ces modules, le choix à chaque étape entre approche théorique et expérimentation, ainsi que la définition du mode de caractérisation finale du risque (approche qualitative, semi-quantitative ou probabiliste).

-