Typologie des contaminants organiques : vers un outil opérationnel permettant d’aboutir à la définition et au choix de micropolluants représentatifs « modèles » pour des études en écotoxicologie

Pierre Benoit (1) , Laure Mamy (2) , Virginie Rossard (3) , Eric Latrille (3) , Fabienne Bessac (4) , Dominique Patureau (3) , Enrique Barriuso (1) , Carole Bedos (1) , Xavier Louchart (5) , Fabrice Martin-Laurent (6) , Cecile Miege (7) , Francois Laurent (8, 9) , Patrice Carpentier (10)

1 EGC - Environnement et Grandes Cultures
2 PESSAC - Physicochimie et Ecotoxicologie des SolS d'Agrosystèmes Contaminés
3 LBE - Laboratoire de Biotechnologie de l'Environnement [Narbonne]
4 Toulouse INP - Institut National Polytechnique (Toulouse)
5 UMR LISAH - Laboratoire d'étude des Interactions Sol - Agrosystème - Hydrosystème
6 MSE - Microbiologie du Sol et de l'Environnement
7 UR MALY - Milieux aquatiques, écologie et pollutions
8 UTA - Toxicologie Alimentaire
9 LEFE - Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement
10 Unité Ecotoxicologie Environnement

Le nombre et la diversité des contaminants organiques (pesticides, HAP, PCB, médicaments,…) potentiellement présents dans l’environnement est une réalité à laquelle sont confrontées les recherches portant sur le devenir et les impacts de ces substances. Selon les estimations, entre 30 000 et 100 000 substances sont concernées, il est donc impossible de les étudier au cas par cas. Cette difficulté se rencontre notamment dans le contexte de la Directive Européenne REACH (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemical substances) qui vise à mettre en place un système d’enregistrement de 30 000 substances chimiques pour lesquelles des informations précises sur la dispersion de ces substances dans l’environnement et leurs impacts écotoxicologiques sont exigées. Parallèlement à ces besoins en lien direct avec le travail d’évaluation des risques, notre communauté scientifique ressent fortement la nécessité de classer les contaminants organiques en fonction de leurs propriétés essentielles dans les mécanismes responsables de leur comportement dans l’environnement, de leur passage dans les organismes vivants et de leurs effets toxicologiques. Nous avons récemment développé une méthodologie permettant de classer des contaminants organiques selon des propriétés directement liées aux processus d’intérêt environnementaux, par exemple leur rétention irréversible, leur dégradation biotique ou abiotique, leur transfert vers l’air ou les eaux, leur passage dans les organismes vivants ou encore leurs effets toxicologiques. Cet outil, appelé TYPOL, est basé à la fois sur une approche «in silico» calculant des descripteurs moléculaires et sur des méthodes de classification combinant descripteurs moléculaires et paramètres comportementaux. Les classes sont construites à partir d’une analyse statistique (type PLS) des propriétés déduites de la prise en compte des caractéristiques structurales des molécules considérées et des paramètres environnementaux. Le choix des relations entre paramètres et descripteurs est en grande partie basée sur des relations de type QSAR (structure-activité). De par son mode de construction, l’outil est adaptable à différentes questions de recherche et concerne l’ensemble des contaminants organiques existants ou potentiels. Il vise à extrapoler des connaissances au sein d’une classe de composés à partir des résultats obtenus sur quelques molécules. Il est composé d'une base de données en MySQL accessible sur un serveur commun. L'ajout de nouvelles données se fait soit par transfert d'un fichier tableur (type Excel), soit par modification de la base à l'aide d'un outil web (phpMyAdmin). Les interfaces d'interrogation de la base de données et des traitements statistiques sont programmées dans le langage R qui intègre de nombreuses bibliothèques de méthodes de traitements statistiques des données. Les sorties graphiques sont aussi réalisées par le logiciel R. Des perspectives d’améliorations sont envisagées : - Ajouts de paramètres environnementaux. Un travail important sera à réaliser autour des données manquantes pour combler une partie des manques. Au sein de l’ANSES, des contacts dans les services BIOCIDE et REACH sont envisagés. Pour les pesticides, il sera possible d’insérer des données extraites de la base AGRITOX pour notamment pour des paramètres écotoxicologiques. Des possibilités non explorées existent auprès de l’INERIS. Des travaux en cours au Cemagref de Lyon pourraient potentiellement se raccrocher à ce travail. - Ajouts de descripteurs moléculaires. Pour d’autres pesticides ou des contaminants émergents, la phase d’obtention des descripteurs pourra être améliorée en réalisant l’analyse conformationnelle pour localiser le minimum global grâce à l’utilisation de méthodes comme la dynamique moléculaire ou des méthodes de type Monte Carlo. - Travailler sur les liens entre molécules parent et métabolites Il serait intéressant de les prévoir pour par exemple faire apparaître les filiations lors des changements de classes suite à des processus de biodégradation. Ce travail a démarré en 2011 dans le cadre du projet BIODECHLORD « Etudes exploratoires de la dégradation microbienne de la chlordécone » (financement AIP DEMICHLORD et coordination Fabrice Martin (INRA Dijon) où TYPOL sera utilisé pour tester des scénarios de biodégradation de la chlordécone et de cyclodiènes apparentés (approche in silico).

Mots clés: contaminant organique; classification; QSAR; impact environnemental

Domaines: Sciences du Vivant [q-bio]

Pierre Benoit, Laure Mamy, Virginie Rossard, Eric Latrille, Fabienne Bessac, et al.. Typologie des contaminants organiques : vers un outil opérationnel permettant d’aboutir à la définition et au choix de micropolluants représentatifs « modèles » pour des études en écotoxicologie. 4. séminaire d'Ecotoxicologie, Institut National de Recherche Agronomique (INRA). UMR Microbiologie du Sol et de l'Environnement (1229)., Nov 2011, Saint Lager, France. 133 p. ⟨hal-01190278⟩