Conditions d'un effet biologique dans l'environnement
L'apparition d'un effet biologique in situ lié à la présence de phytosanitaires est un phénomène complexe, sous la dépendance de nombreux facteurs environnementaux dont l'action résultante définit ce que l'on nomme l'exposition de l'organisme à (aux) substance(s).
Celle-ci se décompose en plusieurs éléments.
En premier lieu, l'adéquation produit-cible biologique ; les produits phytosanitaires sont sélectionnés et formulés pour agir spécifiquement sur certains groupes d'organismes « indésirables » ou bioagresseurs (végétaux envahissant des cultures, champignons responsables de maladie cryptogamiques, insectes parasites, etc.). Ils agiront logiquement sur les mêmes classes d'organismes dans les milieux aquatiques (respectivement les algues et les plantes supérieures, les hyphomycètes et divers invertébrés aquatiques). Pour autant cette spécificité d'action ne préjuge pas d'éventuels effets en cascade qui peuvent se produire au sein d'un réseau trophique (par ex : l'effet direct d'un herbicide sur les communautés algales pourra générer un effet indirect sur des invertébrés herbivores, en diminuant leurs ressources alimentaires). Par ailleurs, il arrive parfois qu'une substance sélectionnée pour son efficacité contre un groupe de bioagresseurs particulier ait aussi un effet direct sur un autre groupe a priori non ciblé (cas de certains fongicides par exemple qui peuvent avoir un effet sur la reproduction des animaux au travers d'altérations du système hormonal).
La concentration d'un phytosanitaire est en soi un élément insuffisant pour évaluer un effet (même si elle peut être suffisante pour une première approche). L'effet dépend de sa biodisponibilité c'est à dire de la possibilité pour un organisme d'entrer en contact avec la substance, que celle-ci pénètre dans l'organisme (traverse les membranes cellulaires) et qu'elle y exerce une action. Sur le terrain, ceci dépend de la distribution de la substance dans les différents compartiments des milieux aquatiques, en fonction de leur caractère hydrophile ou hydrophobe. Un paramètre chimique décrit ce caractère, le coefficient de partage octanol-eau ou Kow . Des substances à fort Kow (> à 3 ou 4) auront plutôt tendance à s'accumuler dans les sédiments (substances apolaires, comme par exemple les insecticides organo-chlorés), tandis que les produits à Kow inférieurs à 3 ou 4 seront plutôt présents sous forme dissoute (substances dites polaires, tels que des herbicides du type diuron ou atrazine ou des fongicides de type dimétomorphe ou procymidone). Dans les systèmes aquatiques, les substances seront ainsi plutôt spécifiquement dissoutes dans l'eau ou au contraire plutôt présentes dans les sédiments, adsorbées sur les matières en suspension ou la matière organique. Les interactions des phytosanitaires avec la matrice chimique de l'eau ou des sédiments modulent également leur biodisponibilité: adsorption sur la matière organique (acides humiques, par exemple). Le cuivre, phytosanitaire minéral retrouvé systématiquement dans les cours d'eau de zone viticole, peut ainsi être à plus de 99% sous forme non biodisponible.
Enfin, les molécules de phytosanitaires dans les milieux aquatiques peuvent être dégradées par divers processus : photodégradation par action du rayonnement ultraviolet (photolyse), biodégradation par les microorganismes aquatiques (essentiellement bactériens), etc.
La durée et la fréquence de contact entre l'organisme et la (les) substance(s) conditionnent également les effets. La présence de phytosanitaires dans les systèmes aquatiques est fréquemment associée à des phénomènes de pollutions diffuses (ruissellement, infiltration) mais peut également être liée à des apports localisés dans l'espace (égouts, drains, etc.) ou dans le temps (accident, périodes de traitement). Cette variabilité explique la difficulté d'un échantillonnage fiable dans le milieu, et induit des modifications de l'exposition des biocénoses aquatiques. Ainsi il a été montré que les événements hydrologiques sur des zones viticoles et les crues associées génèrent des pics de contamination en phytosanitaires (et donc d'exposition) durant une durée brève (quelques heures, sur de petits bassins versants), à l'opposé des expositions chroniques en débit d'étiage, faibles mais permanentes. De même, la contamination en zone urbaine associée à des usages non-agricoles (entretien de voiries par exemple) présente elle aussi fréquemment un caractère épisodique, qu'accentue la nature imperméable des surfaces concernées. La contribution relative de ces deux types d'exposition à l'état écologique d'un système est très complexe à évaluer.
La mise en évidence d'effets biologiques proprement dits peut être réalisée à l'aide de nombreux descripteurs qui ont une signification biologique et écologique variée.
A l'échelle de l'individu et de la population, et quel que soit l'organisme considéré, les principaux indicateurs mis en œuvre sont basés sur le taux de mortalité ou sur des paramètres physiologiques (taux de croissance, taille ou poids moyens, taux de reproduction, activité métabolique particulière). Leur choix dépend de la nécessité de mettre en évidence des effets plus ou moins subtils de substances n'induisant pas de mortalité directe (effets sublétaux): des expositions prolongées à des concentrations « faibles» peuvent entraîner des effets différés dans le temps, qui ne se manifesteront qu'au bout de plusieurs générations...
La prise en compte des communautés biologiques repose sur des approches in situ (ou éventuellement sur des approches en mésocosmes) et se base très largement sur l'analyse de leur structure taxonomique : identification de la diversité des taxons, présence d'espèces indicatrices particulières (polluorésistante ou polluosensible), changements de diversité, etc.. Permettant de connaître l'état d'un milieu et l'effet de pressions polluantes, ces approches taxonomiques ont permis l'établissement de nombreuses méthodes standardisées et réglementaires d'évaluation : Indice Biologique Diatomique (IBD, basé sur des algues microscopiques, les diatomées), Indice Biologique Global Normalisé (IBGN, basé sur les invertébrés), ... Celles ci ne sont cependant pas spécifiques (voire peu sensibles) aux phytosanitaires, en particulier dans des contextes de contamination multiple.
