Evaluation in vitro
Pour estimer à quelle concentration un pesticide est susceptible d'engendrer un effet sur les organismes aquatiques, des tests de toxicité peuvent être réalisés en laboratoire sur des lots d'individus appartenant à différentes espèces. Ces tests, souvent normalisés, permettent d'évaluer le potentiel toxique intrinsèque d'une substance (= danger). Ils permettent également de comparer la toxicité de plusieurs substances. Ils sont le plus souvent réalisés sur des espèces considérées comme sensibles et représentatives de différents maillons de la chaîne alimentaire (algues microscopiques, invertébré herbivore comme la daphnie, poisson comme la truite par exemple). Ces espèces doivent également pouvoir être facilement élevées en laboratoire. Ces tests ont pour objectif de déterminer la relation entre l'exposition (concentration) et les effets (relation effet-concentration) afin d'estimer diverses grandeurs, comme des CL ou des CE50, des NOEC ou des LOEC (Figure 1).
Figure 1. Exemple de relation théorique entre la concentration d'une substance et ses effets mesurés sur des lots d'organismes au laboratoire (CL50 = concentration létale pour 50% des individus exposés ; CE50 = concentration efficace 50%, c'est-à-dire concentration qui réduit de 50% l'intensité d'un processus biologique comme la croissance d'une population par exemple ; NOEC = concentration testée la plus élevée sans effets observés ou No Observed Effect Concentration ; LOEC = plus basse concentration testée à laquelle un effet a été observé ou Lowest Observed Effect Concentration).
Cependant, les tests de laboratoire sont réalisés dans des conditions simplifiées (une seule substance, une seule espèce et pas de sédiments par exemple) et ils ne permettent d'évaluer que certains effets directs des substances testées. La simplicité des conditions expérimentales ne permet pas de prendre en compte les phénomènes qui, au sein des écosystèmes, peuvent augmenter (présence de stades ou d'espèces plus sensibles, (bio)accumulation) ou au contraire réduire (adsorption sur les sédiments ou les matières en suspension, dégradation accélérée) la biodisponibilité et/ou la toxicité des contaminants. L'utilisation de chaînes alimentaires expérimentales peut permettre de mettre en évidence des phénomènes de contamination à partir de la nourriture. L'emploi de microcosmes, écosystèmes miniatures de laboratoire avec de l'eau, du sédiment et une ou plusieurs espèces animales ou végétales, permet de se rapprocher des conditions environnementales naturelles et de prendre en compte divers phénomènes telle que l'adsorption des substances toxiques sur les sédiments par exemple.
En conditions naturelles, les moyens d'investigation vont de la mise en place d'écosystèmes expérimentaux (canaux, mares, étangs) à la contamination de milieux naturels, en passant par l'emploi d'enclos qui délimitent une portion d'un écosystème naturel. Le terme de mésocosmes (écosystèmes artificiels placés en conditions environnementales naturelles) est actuellement utilisé pour désigner indifféremment des canaux ou rivières artificielles, des mares ou étangs expérimentaux ou bien encore des enclos. Ces systèmes représentent un degré d'organisation intermédiaire entre la simplicité des essais de laboratoire et la complexité des milieux naturels. Les mésocosmes permettent en particulier d'évaluer les effets des substances testées à des niveaux d'organisation biologiques variés grâce à la mesure de différentes réponses qualitatives et/ou quantitatives. Il est aussi possible de mettre en évidence les effets directs et indirects des substances toxiques sur les différents compartiments des écosystèmes aquatiques. De plus, les phénomènes qui réduisent ou augmentent la biodisponibilité des contaminants, et peuvent donc influer éventuellement sur leur toxicité, peuvent être pris en compte. L'objectif des mésocosmes n'est pas de mimer un écosystème naturel précis. Il s'agit en fait de constituer des systèmes ayant leurs propres caractéristiques, dans lesquels vont pouvoir être mis en place des scénarios variés (organismes présents, nature de la contamination, etc.) et réalistes du point de vue écologique. Ils permettent, dans ce cadre, l'obtention de données pertinentes, dans des conditions de faisabilité et de fiabilité satisfaisantes.
Les bioessais constituent une première étape indispensable afin d'estimer la toxicité d'un contaminant sur des espèces représentatives des différents niveaux trophiques. Inversement, les études en micro- ou mésocosmes peuvent permettre d'identifier des processus ou des fonctions écologiques qu'il sera pertinent d'inclure dans l'analyse de risque (effets à long terme ou effet indirects par exemple). Parallèlement à ces approches expérimentales, des outils de modélisation mathématiques permettant de simuler la réponse des systèmes biologiques aux substances toxiques sont développés pour différents niveaux d'organisation biologique (individu, population, communauté). L'utilisation combinée des outils expérimentaux et mathématiques permet d'aborder la problématique du changement d'échelle nécessaire pour passer des effets mesurés au niveau individuel à ceux qui se produisent au niveau des populations et des communautés. La modélisation est aussi un moyen pour analyser et prédire les effets des mélanges de substances.
