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"Les effets des nanoplastiques sur les huîtres du Canada et de la Guadeloupe"

dimanche 6 juin 2021, par Rédaction d’ISIAS


ISIAS Pollution Nanoplastiques Arsenic

Les effets des nanoplastiques sur les huîtres du Canada et de la Guadeloupe - Communiqué de presse de l’INRS en date du 27 mai 2021 - Ajout de compléments sur l’arsenic et sa toxicologie selon Wikipédia (extraits)

Diffusion de l’information par ‘eurekalert.org’Research News - Une recherche internationale montre que l’exposition des huîtres aux nanoplastiques et à l’arsenic affecterait leurs fonctions biologiques.

L’exposition des huîtres aux plastiques suscite des inquiétudes, notamment parce que ces matériaux peuvent accumuler et relâcher des métaux, qui sont ensuite absorbés par les mollusques. Par exemple, la présence combinée de nanoplastiques et d’arsenic affecterait les fonctions biologiques des huîtres, selon une étude récente publiée dans la revue ‘’Chemosphere’. Cette recherche a été menée par l’Institut national de la recherche scientifique (INRS) à Québec INRS et le Centre national de la recherche scientifique (CNRS) de l’Université de Bordeaux, en France.

[Nanoplastique – D’après Wikipédia, « Les nanoplastiques sont des nanoparticules de plastique plus petites que cent nanomètres ou un micromètre (selon les auteurs et les définitions). Ce sont des polymères synthétisés à échelle nanoscopique par l’Homme pour l’industrie ou dans le cadre de travaux de recherche1, ou sont des déchets ou sous-produits de déchets issus de la dégradation ou décomposition de plastiques, par exemple sous l’effet de l’usure, de l’abrasion ou à d’autres formes de dégradation2,3. Leur présence dans l’environnement pourrait avoir été très sous-estimée, car au milieu des années 2010, il s’agit encore de la frange la moins analysée des microplastiques4. Une fois dans l’environnement aquatique5, ils sont facilement ingérés par les larves ou adultes d’organismes filtreurs (moules, huitres par exemple6), par des animaux suspensivores tels que la crevette Artemia franciscana7 et ainsi toutes les chaînes alimentaires. « Les nanoplastiques sont probablement le type de déchets marins le moins connu, mais aussi potentiellement le plus dangereux. »8. L’évaluation des risques est encore en 2019 balbutiante, notamment en raison des difficultés d’analyses et de caractérisation de ces nanoparticules dans l’environnement9. Certaines études ont cherché à anticiper leurs effets, mais les seuils d’effet envisageables au vu des connaissances disponibles semblent à ce jour supérieurs aux concentrations environnementales de nanoplastiques estimées10,11,12,13,14,15,16. Cependant des études publiées en 2014 ont montré que les nanoplastiques inhibent la croissance d’un genre d’algue verte, S. obliquus, ainsi que la reproduction d’un petit crustacé, le Daphnia magna17… » - Source de l’article complet : https://fr.wikipedia.org/wiki/Nanoplastique ].

[Arsenic – Voir en annexe des Compléments sur l’arsenic et sa toxicologie selon Wikipédia (extraits) ].

Suite de l’article d’origine

L’équipe de recherche internationale a choisi d’étudier l’arsenic, puisque c’est l’un des métaux les plus abondants absorbés par les débris plastiques prélevés sur les plages de la Guadeloupe. « Les huîtres accumulent facilement les métaux de l’environnement dans leurs tissus. Nous voulions donc tester si l’exposition combinée de nanoplastiques et d’arsenic augmenterait la bioaccumulation de ce contaminant ? », rapporte Marc Lebordais, l’étudiant à la maîtrise qui est responsable de la recherche. Voir ci-après

[

https://www.raq.uqar.ca/wp-content/uploads/sites/130/2020/12/Marc-862x474.png]

[Marc Lebordais nous parle de l’impact des nanoparticules et de l’arsenic sur les huîtres ! - coordo 2020-12-11Bons coups, Vidéos de vulgarisation

Écoutez Marc nous parler de son projet de maîtrise réalisé à l’INRS sous la direction de Valérie Langlois (INRS) et Magalie Baudrimont (Université de Bordeaux en France) sur une vidéo 2:44 accessible sur ce site : https://www.raq.uqar.ca/actualites/marc-lebordais-nous-parle-de-limpact-des-nanoparticules-et-de-larsenic-sur-les-huitres ].

Les scientifiques ont ainsi démontré que la bioaccumulation de l’arsenic n’augmentait pas avec la présence des nanoplastiques. Elle demeurait toutefois plus élevée dans les branchies de l’huître canadienne Crassostrea virginica que chez l’huître Isognomon alatus, retrouvée en Guadeloupe. Ces résultats sont les premiers à mettre en lumière la sensibilité différente des espèces.

Dérégulation des gènes

Outre la bioaccumulation, l’équipe a également observé une surexpression de gènes responsables de la mort des cellules et du nombre de mitochondries – qui sont les centrales énergétiques de la cellule - chez C. virginica. Chez I. alatus, l’expression de ces gènes d’intérêt était moins prononcée.

« Évaluer l’expression de gènes impliqués dans des fonctions importantes, comme la mort cellulaire ou la détoxication, nous renseigne sur la toxicité des nanoplastiques et de l’arsenic à une échelle cellulaire », explique le jeune chercheur codirigé par les professeures Valérie Langlois de l’INRS et Magalie Baudrimont de l’Université de Bordeaux.

La chaîne alimentaire

La prochaine étape, après avoir caractérisé la présence de nanoplastiques et d’arsenic chez les huîtres, serait d’étudier le transfert de ces contaminants dans la chaîne alimentaire.

« Des outils d’analyse sont à ce jour en plein essor pour réussir à quantifier la présence de nanoplastiques dans les tissus biologiques, souligne Marc Lebordais. Connaître la quantité de nanoplastiques des huîtres d’élevage est donc actuellement un enjeu technique ».

À propos de l’étude

L’article « Molecular impacts of dietary exposure to nanoplastics combined with arsenic in Canadian oysters (Crassostrea virginica) and bioaccumulation comparison with Caribbean oysters (Isognomon alatus) », par Marc Lebordais, Juan Manuel Gutierrez-Villagomez, Julien Gigault, Magalie Baudrimont et Valérie Langlois, a été publié dans la revue Chemosphere. L’étude a reçu du soutien financier de l’Agence nationale de la recherche (ANR), du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) et des Chaires de recherche du Canada.

À propos de l’INRS

[INRS../../../../C:/Users/JH/Documents/I...https://inrs.ca – « Unique au Québec, l’INRS regroupe 150 professeur(e)s dédiés à la recherche universitaire de haut niveau et à la formation d’étudiant(e)s de 2e et 3e cycles… »

Ne pas confondre avec l’INRS [Institut national de recherche et de sécurité — Wikipédia]->https://fr.wikipedia.org/wiki/Institut_national_de_recherche_et_de_s%C3%A9curit%C3%A9]

L’INRS au Québec Canda est un établissement universitaire dédié exclusivement à la recherche et à la formation aux cycles supérieurs. Depuis sa création en 1969, il contribue activement au développement économique, social et culturel du Québec. L’INRS est 1er au Québec et au Canada en intensité de recherche. Il est composé de quatre centres de recherche et de formation interdisciplinaires, situés à Québec, à Montréal, à Laval et à Varennes, qui concentrent leurs activités dans des secteurs stratégiques : Eau Terre Environnement, Énergie Matériaux Télécommunications, Urbanisation Culture Société et Armand-Frappier Santé Biotechnologie. Sa communauté compte plus de 1.500 membres étudiants, stagiaires postdoctoraux, membres du corps professoral et membres du personnel.

Source : Audrey-Maude Vézina Service des communications de l’INRS 418 254-2156
audrey-maude.vezina@inrs.ca

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Source : https://www.eurekalert.org/pub_releases_ml/2021-05/indl-t052621.php

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Compléments sur l’arsenic et sa toxicologie selon Wikipédia (extraits)

L’arsenic est l’élément chimique de numéro atomique 33, noté par le symbole As. Le corps simple correspondant est un solide cristallin argenté.

L’arsenic (du groupe V (pnictogènes que sont : N, P, As, l’Sb, Bi et Mc)) a des propriétés intermédiaires entre celles des métaux et des non-métaux, comme l’antimoine dont il est proche. Il est généralement considéré comme un métalloïde. C’est un élément hautement toxique, et un polluant réglementé depuis 2005 en Europe (par une directive de 2005)8.

Le groupe des pnictogènes montre une tendance croissante à former des sulfures stables plutôt que des oxydes. De même, les ions à base d’As, Sb et Bi sont précipités par le sulfure d’hydrogène en solution.

L’arsenic est chimiquement très semblable au phosphore, élément non métal qui le précède dans le même groupe. On dit qu’il est son « analogue chimique ». Il présente aussi une grande analogie avec l’antimoine semi-métallique plus lourd qui le suit dans le groupe. Cette matière connue de haute Antiquité est aussi un perturbateur endocrinien…

Toxicologie

Illustration - Napoléon Bonaparte aurait pu être empoisonné par de l’arsenic, bien qu’une récente étude semble démentir cette hypothèse40.

Photo - Ancienne boite d’insecticide à base de sels d’arsenic.

Facteurs de toxicité

La toxicité de l’arsenic41 dépend de sa nature chimique : l’arsenic inorganique est beaucoup plus toxique que l’arsenic organique (son niveau de toxicité dépend aussi de son degré d’oxydation : As(0) > As(III) > As(V)42).

  • L’arsenic est dit inorganique quand il est sous sa forme pure ou qu’il est lié à l’oxygène, au chlore ou au soufre. Il est alors très dangereux, même à faible dose, surtout en cas d’exposition répétée.
  • Il est dit organique quand il est chimiquement lié au carbone ou à l’hydrogène. Sous cette forme il est toxique à forte dose mais nécessaire à faible dose pour le bon fonctionnement de l’organisme. C’est un « ultra oligo-élément » essentiel pour l’être humain, le poulet, la chèvre, le porc et quelques autres espèces. Les besoins pour l’homme ont été évalués entre 10 et 20 µg par jour. Ils sont largement couverts par l’alimentation43,44 (ce qui constitue un exemple où s’applique l’adage de Paracelse sur les poisons : « Toutes les choses sont poison, et rien n’est sans poison ; seule la dose détermine ce qui n’est pas un poison. »). Attention ! dans l’organisme (d’un poulet par exemple), une partie de l’arsenic organique peut être transformé en arsenic inorganique ; de même dans le sol.
    Effets biochimiques majeurs de l’arsenic
  • Il découple la « chaîne respiratoire » en se substituant au phosphore (dans le phosphate, dans la réaction de formation de l’ATP) ;
  • les protéines coagulent quand la concentration en arsenic inorganique est forte : réaction arsenic/liens sulfures ou réaction arsenic/site actif ;
  • il se complexe avec les groupes sulfhydryles des enzymes ;
  • c’est un perturbateur endocrinien ;
  • il perturbe aussi la différentiation cellulaire45, ce qui contribue à ses propriétés cancérogènes46.
    Imprégnation de la population

Elle varie beaucoup selon le contexte biogéographique et industriel, le métier, le mode de vie, l’alimentation (cf. consommation de fruits de mer, poissons marins carnivores ou gibier), et le contexte géologique et environnemental.

Du point de vue de la santé publique, l’embryon, le foetus et la femme enceinte sont a priori plus vulnérables en termes de risques.

En France le « Volet périnatal » du programme national de biosurveillance a évalué l’imprégnation des femmes enceintes notamment par l’arsenic (et d’autres métaux et quelques polluants organiques) à l’occasion du suivi d’une cohorte de 4 145 femmes enceintes (« Cohorte Elfe » comprenant des femmes ayant accouché en France en 2011 hors Corse et TOM)47. Le dosage urinaire48 de 990 femmes enceintes arrivant à la maternité a confirmé l’omniprésence de l’arsenic dans l’environnement (et nos organismes) ; dans 70 % des échantillons d’urine analysées (moyenne géométrique : 11,0 μg/L ; et 15,1 μg/g de créatinine, soit un niveau proche des moyennes trouvées chez la femme (enceinte ou non, en France et dans plusieurs pays ou régions d’Europe et d’Australie, par contre il était plus élevé que les niveaux mesurés aux États-Unis et au Canada au sein de la population générale adulte. Ce travail confirme une sur-imprégnation des Français par l’arsenic total (comparativement à l’Amérique du Nord), déjà montré en 2007 par un étude ENNS (Étude nationale nutrition santé mise en œuvre par Santé publique France), qui semble au moins en grande partie lié à une consommation plus élevée de produits de la mer qui sont des sources reconnue d’exposition à l’arsenic)47.

Toxicocinétique et métabolisation

Son degré d’absorption et de rétention (cinétique) par l’organisme, ainsi que sa modification (métabolisation) dans l’organisme vont fortement dépendre49 :

  • de sa forme chimique, autrement dit de sa spéciation (espèce chimique) ; organique ou minérale)
  • de sa valence (l’arsenic est souvent trivalent ou pentavalent dans l’environnement industriel)
  • de sa forme physique (vapeur, nanoparticule, aérosol, particules, poussière…) ou de sa granulométrie voire de la forme du fragment s’il s’agit d’un morceau d’arsenic ou de ses composés.
  • de la voie d’incorporation ; sa métabolisation et son élimination ou transfert vers certains organes se feront différemment selon la voie d’incorporation (orale, pulmonaire, percutanée...).
    À titre d’exemple, en moyenne et dans un milieu de travail exposé à ce risque, 80 % environ de l’arsenic ingéré passe dans le sang contre 40 à 60 % de l’arsenic inhalé sous forme de poussières et vapeurs49. Une faible contamination percutanée existe aussi49.
    Distribution : elle se fait rapidement, dès que l’arsenic a pénétré l’organisme. Ce dernier se fixe aux protéines et tend à s’accumuler dans le foie, la peau, les phanères et les poumons (où il peut être trouvé longtemps après la contamination alors que sa demi-vie sanguine, triphasique, est de 2-3 heures, 30 heures et 200 heures49.)

Métabolisation : elle varie selon l’espèce chimique. Par exemple, l’arsenic pentavalent est métabolisé en arsenic trivalent, qui sera méthylé (méthylation oxydative avec formation d’acide monométhylarsonique (MMA). Ce MMA trivalent et hautement toxique sera ensuite transformé en acide diméthylarsinique (DMA) pentavalent et peu toxique.
En termes de médecine du travail, les métabolites recherchées dans les analyses d’urine sont généralement l’Arsénite de cuivre ; l’Arsénite de sodium ; le Pentoxyde de diarsenic ; le Trichlorure d’arsenic et le Trioxyde de diarsenic49.

Demi-vie des métabolites : Elle varie de 2 à 6 jours (selon l’espèce chimique de départ).

Excrétion : 70 % des composés arséniaux inorganiques absorbés sont éliminés dans les urines. La moitié de l’arsenic est ainsi éliminé en 48 heures et 90 % en six jours49. Il l’est sous forme de dérivés monométhylés (et notamment sous forme d’acide monométhylarsonique ; 25 % du total environ), de dérivés diméthylés (acide diméthylarsinique pour 50 % environ ) et sous forme inchangée pour le reste49.
La bile transfère aussi de l’arsenic vers l’intestin.
Comme dans le cas du plomb et du mercure, le réseau sanguin en exporte aussi vers les phanères (poils, cheveux où il persiste jusqu’à leur chute et au-delà)49.

Comme pour le plomb ou d’autres toxiques, il existe des différences interindividuelles de métabolisation49, liées à la santé, l’âge et le sexe de l’individu, sans doute sur des bases au moins en partie génétiques.

Intoxication aiguë

Article détaillé : Intoxication à l’arsenic.

Elle se traduit par des symptômes immédiats, dont des vomissements, des douleurs œsophagiennes et abdominales et des diarrhées sanguinolentes, entraînant le collapsus et la mort.

Intoxication par exposition chronique

Article détaillé : Intoxication à l’arsenic.

L’arsénicisme30 est l’exposition à de petites doses d’arsenic (via une eau de boisson polluée par exemple50). Ses symptômes sont la mélanodermie, l’hyperkératose des mains et des pieds, l’alopécie et une polynévrite douloureuse, la striure des ongles.
Il est un facteur de risque de :

Selon Manote, l’absorption d’arsenic par la peau ne présenterait paradoxalement apparemment pas de risque pour la santé56.

L’arsenic est souvent employé comme poison, d’où le titre Arsenic et vieilles dentelles. Certains chercheurs supposent que Napoléon Ier aurait été empoisonné à l’arsenic, en raison de la forte concentration en arsenic dans ses cheveux (l’arsenic tend à s’accumuler dans les phanères du corps), cependant, l’arsenic était aussi utilisé à cette époque comme agent de conservation, d’où les doutes à propos de cet empoisonnement56 ; diverses affaires judiciaires ont été liées à l’empoisonnement à l’arsenic, notamment l’affaire Marie Lafarge et l’affaire Marie Besnard.

Perturbation endocrinienne

L’arsenic, est aussi un puissant perturbateur endocrinien57,58,59. Cet effet sur la santé est documenté chez l’homme et sur le modèle animal en laboratoire dès 10 à 50 ppb, et à des doses encore bien plus faibles sur culture cellulaire, ce qui en fait un contaminant préoccupant de l’eau potable et de l’environnement dans certaines régions du monde57.

Il perturbe les récepteurs stéroïdes des androgènes, de la progestérone, de minéralocorticoïdes et glucocorticoïdes, ainsi que la régulation des gènes à des taux aussi bas que 0,01 microM (environ 0,7 ppb)57. De très faibles doses ont renforcé la transcription des gènes dépendant d’un médiateur hormonal, tandis que des doses légèrement plus élevées mais non cytotoxiques l’ont inhibée, in vivo et dans les cultures cellulaires57. Ce pourrait être l’une des explications de ses propriétés cancérigènes57. Chez le rat les analyses histologiques et moléculaires montrent que l’arsenic inhibe le développement de la prostate à la prépuberté, « en compromettant la maturation structurelle et fonctionnelle de la prostate chez les rats pubertaires aux deux doses évaluées dans cette étude » (au moins dès 0,01 mg de NaAsO2 par litre d’eau de boisson à la prépuberté et dès 10,0 mg/L à la puberté)60.

Écotoxicologie

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/97/Arsenic_contamination_areas.png/220px-Arsenic_contamination_areas.png

Zones de forte teneur en arsenic des eaux souterraines.

L’arsenic est un oligo-élément à très faible dose, et certains organismes (champignons ou levures telles que Saccharomyces 61 et bactéries notamment, mais aussi certaines plantes) disposent de mécanismes d’adaptation à sa toxicité à faible dose62,63. Mais dans l’environnement – où il est parfois un contaminant naturel des nappes phréatiques, au Bangladesh par exemple64– on le considère comme un polluant au-delà de seuils d’écotoxicité, qui varient selon sa forme chimique et la nature des sols (la teneur du sol en humus et en fer contrôlent fortement sa biodisponibilité)65,66. De plus, la toxicité de l’arsenic est liée à sa biodisponibilité et à sa bioaccumulation, deux facteurs qui dépendent du contexte pédologique, mais aussi de la spéciation de l’arsenic67. Comme pour d’autres toxiques tels que le mercure, cette spéciation est dans l’environnement réel très complexe (pour ses deux grandes formes ; organiques et inorganiques), en raison d’interconversions possibles et fréquentes entre les espèces chimiques, contrôlées par des processus à la fois biotiques et abiotiques68.

Son caractère de perturbateur endocrinien est également démontré sur le modèle animal, mais avec des conséquences et niveaux d’effets mal évalués au niveau écosystémiques.

Carte des risques pour l’arsenic dans les eaux souterraines

Environ un tiers de la population mondiale consomme de l’eau potable provenant des nappes phréatiques. Un nombre approximatif de 300 millions de personnes puisent leur eau dans des nappes phréatiques fortement polluées par de l’arsenic et du fluorure69. Ces éléments traces sont le plus souvent d’origine naturelle et proviennent des roches et des sédiments lessivés par l’eau. En 2008, l’Institut Suisse de Recherche de l’Eau Eawag a présenté une nouvelle méthode permettant d’établir des cartes des risques pour les substances toxiques géogènes dans les eaux souterraines70,71,72,73. Cela permet de déterminer plus efficacement quelles sources devraient être contrôlées. En 2016, le groupe de recherche a mis ses connaissances en libre accès sur la plate-forme GAP (Groundwater Assessment Platform) (www.gapmaps.org). Celle-ci permet aux spécialistes du monde entier de charger leurs propres données de mesure, de les visualiser, et de créer des cartes des risques pour des régions de leur choix. La plate-forme sert également de forum d’échange de connaissances afin de contribuer au développement de méthodes visant à éliminer les substances toxiques de l’eau.

Origines et biodisponibilité

Elles sont liées au contexte et aux processus biogéochimiques et géochimiques74 Son origine peut être naturelle, il est alors souvent associé à l’or (Au), à l’argent (Ag), au cuivre (Cu) et au sélénium (Se) en particulier75,68), mais la plupart du temps, sa présence à forte dose dans les sédiments ou le sol a une origine industrielle (mines, métallurgie, production de pesticides) ou agro-industrielle (pesticides arséniés massivement utilisés sur les rizières68, les vergers68, les cultures de coton68, les golfs76).

Photo - Accès et sortie d’une ancienne mine d’arsenic.

  • De nombreux sols industriels sont pollués par de l’arsenic, de même que la nappe quand elle est présente. En France, par exemple, sur 4 142 sites pollués répertoriés par les données disponibles, « les sols de 488 d’entre eux (soit 12 %) sont pollués par l’arsenic, tandis que la pollution des nappes ne concerne que 257 sites pollués (soit 6 %) » 77.
  • L’arsenic est aussi parfois très présent dans les sols agricoles, voire dans certains jardins et vergers anciens, à la suite de son utilisation massive par plusieurs dizaines de marques de pesticides66.
    Ainsi, aux États-Unis, une étude faite dans l’État du New Jersey, basée sur les données publiquement disponibles au milieu des années 199066 a cherché à évaluer les quantités d’arséniates de plomb et de calcium épandus sur terrains de golf, gazons et champs de l’État du New Jersey. Les quantités épandues ont pu être estimés à 22 226 tonnes pour l’arséniate de plomb et 8 165 tonnes pour l’arséniate de calcium en 80 ans (de 1900 à 1980) ; soit un total cumulé équivalent à environ 6 804 tonnes d’arsenic pur pour cette période, ce qui a pu expliquer les teneurs élevées de plomb et d’arsenic des sols de cet État. Les auteurs de l’étude rappellent cependant que des évaluations de l’exposition humaine nécessitent que des données sur la consommation locale en ces pesticides soient rendues publiques66.
    Une des molécules actives très utilisées est le méthanearséniate monosodique (n° CAS:2163-80-6) (MSMA, épandu sur le coton pour le défanage chimique en pré-récolte, et sur les terrains de golf notamment). Cette molécule, de même que le méthanearséniate disodique, a remplacé l’arséniate de plomb78 et l’arséniate de calcium66 trop toxiques. C’est une molécule à la fois fongicide, désherbante et insecticide, très utilisée aux États-Unis (1 800 tonnes par an) sur les champs de coton79 et les golfs76.
  • En Amérique du Nord, il a aussi été localement très utilisé en forêt pour traiter les résineux contre les invasions de scolytes, peut-être maladroitement, car il contribue à attirer les scolytes et à empoisonner leurs prédateurs.
  • Il s’agit parfois d’une séquelle de guerre. On a ainsi trouvé en Belgique en plein champ en lisière d’une zone forestière un site très pollué par le démantèlement après-guerre de munitions chimiques80. De même a-t-on trouvé jusqu’à plus de 100 mg·kg-1 d’arsenic dans le sol et jusqu’à plus de 1 000 μg·L-1 en pleine forêt de Verdun sur un ancien site de démantèlement de munitions de la Première Guerre mondiale. Une entreprise y avait brûlé durant la reconstruction le contenu chimique de plus de 200 000 obus chimiques allemands contenant notamment du chlorure de diphénylarsine et du cyanure de diphénylarsine)81.
    Tous ces usages sont sources de pollution durable du sol, de l’eau et des biotopes, dont la gravité pour la santé et les écosystèmes est encore discutée. Parce qu’il a été très utilisé comme pesticide et qu’il ne se dégrade pas, l’arsenic serait devenu le second polluant le plus préoccupant dans les sols aux États-Unis82.

Chez les animaux

Hautement toxique autant pour l’homme que pour l’animal, que ce soit à forte dose ou à faible dose, l’effet reste le même. L’animal qui l’ingère dans de la nourriture ne fera aucune différence et décédera dans les 12 heures qui suivent.

Chez les végétaux

Des pollutions par l’arsenic sont fréquentes dans les zones minières83 où il peut venir renforcer la toxicité d’autres contaminants (mercure autour des anciennes mines de ce métal, par exemple84). On le trouve aussi à l’intérieur et autour de certaines zones industrielles où il peut polluer les sols et contaminer les cultures alimentaires ainsi que les animaux consommés par l’homme.

Au-delà d’un certain seuil de phytotoxicité85 l’arsenic, par des processus encore incomplètement compris86, modifie le métabolisme, inhibe la croissance, puis tue les plantes, monocotylédones comme dicotylédones85.

Les plantes accumulent à la fois des formes organiques et inorganiques de l’arsenic, mais on ne sait pas encore clairement si elles peuvent ou non transformer des formes inorganiques en formes organiques. On sait qu’une complexation par la phytochélatine est utilisée par un grand nombre d’espèces végétales pour se détoxifier des formes inorganiques et potentiellement d’espèces organiques de l’arsenic68. Certains taxons ou variétés ont évolué en développant des résistances aux arséniates. S’il est connu depuis longtemps que l’arsénite et l’arséniate ont une action toxique par réaction avec des groupes-SH et en entrant en compétition avec le phosphate dans le métabolisme cellulaire, on a aussi montré (2002) que le stress oxydant causée par la réduction et l’oxydation cellulaire doit aussi être considéré comme une des explications de la toxicité de ces ions68.

Au contraire de ce qui se passe pour les animaux, ce sont les formes non organiques de l’arsenic qui sont les plus toxiques pour les plantes, mais avec de fortes différences selon le type de sol85. Ces différences selon le sol sont expliquées par une biodisponibilité de l’arsenic liée à sa spéciation chimique et à son degré d’adsorption sur l’argile ou les complexes argilo-humiques ou la matière organique du sol. La marge est parfois très étroite entre la teneur naturelle du fond géochimique et le niveau toxique pour la plupart des plantes85.
Par exemple, l’arsenic inorganique (métalloïde) est 5 fois plus toxique dans les sables et les limons (moyenne géométrique (MG) des seuils de phytotoxicité signalés par la littérature 40 mg/kg) que dans les sols argileux (où la MG passe à 200 mg/kg)85, ce qui explique qu’il n’y a pas de norme sol pour l’arsenic, car une norme pour l’arsenic dans les sols devrait être adaptée au type de sol85, ce qui rendrait difficile son application.

  • Certaines plantes (telles les fougères Pityrogramma calomelanos87 ou Pteris vittata88 ou Pteris cretica89 (proposées pour la phytoremédiation) ont développé une certaine tolérance aux désherbants à base de dérivés organiques d’arsenic ; en réduisant l’arséniate en arsenite, et en translocalisant les toxines vers les parties aériennes (avec stockage vacuolaire)90. Ainsi, sur un sol contenant 97 ppm d’arsenic, les feuilles de P. Vittata (plante hyperaccumulatrice) peuvent (après 20 jours de croissance) en bioaccumuler 7 000 ppm91.
  • Sur certains terrils et crassiers miniers riches en arsenic, certaines souches d’herbacées (« métallotolérantes » ou « métallophytes »), Agrostis tenuis notamment, survivent à des taux d’arsenic qui tueraient la plupart des plantes. Elles survivent à condition qu’il soit sous forme d’arséniate et non d’arsénite 92,93 et dans ce cas, l’arséniate est la forme la plus lixiviable de l’arsenic.
  • En milieu aride, une Parkinsonia (Parkinsonia Florida) bioconcentre l’arsenic (deux fois mieux - dans ses racines - quand elle a poussé dans un sol sableux que dans un sol limoneux). Comme elle peut être cultivée, elle a été proposée pour la phytoremédiation de l’arsenic en région semi-arides94.
  • À Löcknitz, Allemagne, où persiste dans le sol une pollution qui est une séquelle de toxiques de combat arséniés manipulés durant la Seconde Guerre mondiale, des chercheurs ont montré que certaines plantes peuvent absorber des quantités significatives d’arsenic sans en mourir, pouvant ensuite contaminer le gibier ou le bétail. C’est le cas par exemple de la houlque laineuse (Holcus lanatus L.), une herbacée commune en Europe. Sur ce même site, des champignons prélevés sur des sols fortement contaminés ont montré des teneurs de 0,12 mg·kg-195.
  • Des enjeux de santé environnementale forts existent car certaines plantes96 dont en particulier le riz97 peuvent bioaccumuler des quantités significatives d’arsenic98 quand elles poussent dans de l’eau polluée, ce qui arrive facilement en aval des champs de coton. Les tomates99, les haricots et de nombreuses autres plantes comestibles sont aussi concernées.
    Certains organismes marins tels que les algues peuvent aussi bioconcentrer des quantités significatives d’arsenic sans en mourir100. Le cycle et la spéciation de l’arsenic a été étudié pour certains légumes, dont la carotte101.
    Dans le sol

Pratiquement toutes les formes de vie dans le sol102 – sauf bactérienne extrêmophiles peut-être – semblent sensibles à l’arsenic, surtout à ses formes inorganiques. Certains champignons microscopiques le captent et pourraient, quand ils sont symbiotes de certaines plantes, faciliter ou au contraire (selon les cas) freiner les transferts d’arsenic du sol aux plantes103, notamment dans les métallophytes104, ou au contraire le bloquer hors du système racinaire dans le sol, semble-t-il via une protéine (la glomaline) 105, que certains auteurs préconisent de tester pour dépolluer des sols contaminés par des métaux105. C’est ainsi que la houlque laineuse ou quelques autres espèces résistent à des sols pollués par l’arsenic106.

Une équipe de l’Institut d’Astrobiologie de la NASA a publié un article controversé affirmant que la bactérie extrémophile (GFAJ-1) avait la capacité d’intégrer l’arsenic dans son organisme (y compris dans son ADN) à la place du phosphore qui est son analogue chimique (proche voisin dans le tableau de Mendeleiev) 107. Cette découverte a cependant été invalide par une étude de 2012 108, qui a démontré (1) que cette souche ne pouvait survivre sans apport de phosphate, même en présence d’arsenic ; (2) que l’ADN de GFAJ-1 ne contenait que des traces d’arsenate, qui de plus n’étaient pas liées de façon covalente.

  • l’écotoxicité d’un environnement enrichi en arsenic semble pouvoir être réduite par une forte teneur en oxyde de fer ou un apport de zéolite associés à un apport important en matière organique du sol109.
  • Un ajout de compost amendé avec de la zéolite et/ou de l’oxyde de fer (jusqu’à 20 % p/p) a été testé sur un sol fortement contaminé par l’arsenic (34 470 mg/kg de sol). La biodisponibilité de l’arsenic a ensuite été déterminée selon le taux d’arsenic absorbé par du ray-grass (Lolium perenne L.) récolté sur ce sol (cultivé sous serre). Les taux d’arsenic dans le ray-grass ont ainsi été réduits à 2 mg/kg (poids sec) que ce soit avec 15 % de compost comprenant 5 % d’oxyde de fer ou avec 15 % de compost enrichi de 5 % de zéolite109. Dans les deux cas, les plantes ont absorbé moins de 0,01 % de la teneur totale en arsenic du sol. Dans le sol enrichi en ces compost, la fraction soluble de l’arsenic a été réduite de 10 à 37 % et l’arsenic s’est redistribué principalement dans la matrice de fer et d’oxygène des échantillons traités109.
  • Il est parfois même présent dans les prairies110, à la suite de retombées aériennes, d’apports d’effluents ou de ruissellement, ou enfin à la suite de l’utilisation antérieure de prairies pour le traitement des bois destinés à faire des piquets ou poteaux. Une étude néozélandaises a ainsi porté sur 50 échantillons de sols de prairies permanentes, collectés près de Levin, en 1989. Ces prairies à raygrass (Lolium perenne) et trèfle rampant ( trifolium repens) avaient été diversement polluées par trois métaux (19 à 835 mg/kg de cuivre, 47 à 739 mg/kg de chrome, et 12 à 790 mg/kg d’arsenic dans les cinq premiers centimètres du sol), à la suite du traitement de bois de pin ( pinus radiata).
    Les analyses de sol ont montré que les teneurs en Cu, Cr, et As restaient corrélées entre elles, et qu’elles diminuaient avec la profondeur (mesures faites à 30 cm)110.
    Dans des parcelles moyennement à hautement contaminées, du coton enfoui ne se décomposait presque pas, preuve d’une inhibition de l’activité des décomposeurs. Un autre indice était la disparition totale des lombrics (Lumbricus rosea et Aporrectodea rubellus) dans les parcelles moyennement à très contaminées. Ailleurs, on n’a pas mis en évidence d’accumulation particulière de métaux lourds dans les tissus de vers de terre110.
    Le sol était plus compacté, et donc asphyxiant et moins drainant là où les lombricidés avaient disparu110.
    Une présence plus importante d’enchytréides (petits vers translucides habituellement associés aux sols asphyxiants, acides et pauvres) et de nématodes a été constatée dans les parcelles faiblement contaminées. La diversité des nématodes était plus grande à faible (0-5 cm) ou moyenne (5-10 cm) profondeur que dans les parcelles témoins ou celles très contaminées110.
    La proportion de « ravageurs » augmentait avec la contamination.
    La respiration du sols diminuait sur les sols contaminés110.
    La contamination réduisait la nitrification, cependant la totalité de l’azote minéral était transformé en nitrates après 14 jours110.
    L’activité Sulfatase a été l’activité enzymatique la plus réduite par les fortes contaminations. À 100 mg/kg, le Cu, Cr et As n’ont causé qu’une faible inhibition de l’activité biologique globale du sol. Des effets plus délétères sur la vie du sol étaient observés à 400 et 800 mg/kg110. Dans le cas présent (où les apports en métaux ont cessé), les effets globaux sur la production fourragère ont semblé ne pas justifier une dépollution des sites110.
  • Dans des conditions anoxiques et réductrices (remontée de nappe ou inondation notamment), de l’arsenic pur peut être libéré des formes complexées ou organiques111. Dans les rizières il semble pouvoir être un facteur de stérilité du riz112
    Synergies

Elles sont mal connues, mais elles existent. Par exemple, une exposition à l’arsenic seul ne semble pas avoir d’effet mutagène sur l’organisme ; mais si elle est associée à des radiations UV de courte longueur d’onde, l’arsenic agit comme un promoteur de tumeur dans le processus de carcinogénèse113.

Cinétique environnementale

La cinétique de l’arsenic dans l’environnement varie selon le contexte pédogéologique, l’acidité des eaux lixiviantes, et sa spéciation. Habituellement, l’arsenic est dispersé et se retrouve en faible quantité dans l’environnement. Les concentrations habituelles sont :

  • dans les sols : entre 2 et 15 mg·L-1,
  • dans l’eau : moins de 10 μg·L-1,
  • dans les aliments : moins de 0,1 mg·kg-1,
  • dans l’air : entre 0,005 et 0,1 mg·m-3.
    Les activités minières (extraction du plomb, zinc argent mais aussi du fer114 sont des sources de pollution par l’arsenic), la lixiviation et le ruissellement38 sont contrôlés par de nombreux facteurs.
    À titre d’exemple38, en mésocosme de laboratoire de 0,9 m3, incluant 200 litres d’eau, après 4 mois de lixiviation d’un sol pollué par un pesticide arsenical, régulièrement arrosé, 0,6 % de l’arsenic total du sol (40 mg) a été relargué dans l’eau. Sur cette quantité relarguée, 7,5 % étaient en solution dans la colonne d’eau, 44 % étaient dans les sédiments peu profonds et 48,5 % plus profondément enfouis dans le sédiment. Dans la nature, le courant, la bioturbation et la bioconcentration peuvent modifier la cinétique de cet arsenic lessivé. Ici, différentes formes d’arsenic ; arsenite [As (III)], arséniate de [As (V)], acide monométhylarsonique (AMMA) et acide diméthylarsinique (DMAA), ont été recherchés dans l’eau lixiviée et dans l’eau interstitielle des sédiments38. Seul l’arséniate a été lessivé dans le sol. Dans l’eau du mésocosme il était l’espèce dissoute prédominante, mais du DMAA et des espèces particulaires ont aussi été détectés. Dans les sédiments superficiels, l’arséniate était ici encore l’espèce la plus abondante avec un peu de DMAA, alors que dans les sédiments profonds l’arsénite était prédominant38.

Le cas des golfs

Les organoarséniés actuellement utilisés dans les golfs ne sont pas réputés très toxiques pour l’homme ou les animaux à sang chaud, mais leur décomposition dans l’environnement laisse des sous-produits arsenicaux inorganiques hautement toxiques, et éventuellement susceptibles de bioaccumulation ou bioconcentration
L’association golfique USGA a sponsorisé une étude visant à modéliser le devenir dans le sol et l’eau d’infiltration des différentes formes (« espèces ») d’arsenic provenant du méthanearséniate monosodique (MSMA) notamment dans la zone racinaire du gazon. Pour cela un équivalent gazon de golf a été semé et entretenu par l’Université de Floride115 et des lysimètres ont permis d’y mesurer la quantité d’eau percolant au travers des racines du gazon et dans le sol, ainsi que la quantité de nitrate et de MSMA lessivés au passage, (avec évaluation de l’arsenic total et de sa spéciation). Il était intéressant d’évaluer les flux de nitrates en même temps que ceux d’arsenic, car l’arsenic (sous forme d’arsenite par exemple) agit synergiquement avec l’azote dans certains processus toxiques et d’acidification116 Les résultats ont confirmé que comme dans les sols naturels ou agricoles, la composition du substrat (proportion de tourbe, argile et sable) influence fortement la mobilité et la lixiviation de l’arsenic38, différemment selon ses espèces. Quatre produits de dégradation du MSMA étaient attendus. Ils ont été recherchés et trouvés dans les lysimètres ; l’arsénite (AsIII), l’arséniate (ASV), l’acide monométhylarsinique (MMAA) et l’acide diméthylarsinique (DMAA).

Le cas des vignes

Le métier de viticulteur est l’un de ceux qui étaient encore récemment les plus exposés aux pesticides arsénicaux. Ils ont été utilisés durant plus d’un siècle sur la vigne comme insecticides et fongicides. Théoriquement interdit en 1973, leur usage s’est en France prolongé grâce à une dérogation autorisant les vignerons à continuer à les utiliser (jusque’en 2001) pour traiter l’Esca, une maladie fongique incurable du bois des ceps de vigne). Ces pesticides peuvent induire plusieurs types de cancers (carcinome basocellulaire cutané, carcinome spinocellulaire, cancer bronchique primitif, cancer des voies urinaires, adénocarcinome hépatocellulaire et angiosarcome du foie). De même que d’autres groupes de pesticides utilisés en agriculture, ils sont aussi suspectés d’augmenter le risque de maladie de Parkinson et de lymphome non hodgkinien)117, d’être des perturbateurs endocriniens et facteurs de délétion de la spermatogenèse. Récemment (2018) une étude117 a évalué qu’en 20 ans (de 1979 à 2000), le nombre d’ouvriers agricoles exposés a diminué de près de 40 % (passant de 101 359 à 61 376) alors que les effectifs des exploitations viticoles chutaient de plus de moitié en France, et alors que la « main d’œuvre familiale » de l’ensemble des exploitations agricoles de France métropolitaine restait stable (3,6 à 4,2 %) sur la période. L’exposition a augmenté parmi la main-d’œuvre familiale et la main-d’œuvre salariée des viticulteurs à but récréatif ou professionnel (10,5 à 19,6 %) et chez celles cultivant la vigne dans un but exclusivement professionnel (20 à 25 %). Les auteurs de l’étude estiment qu’un meilleur suivi post-professionnel est nécessaire, avec « le cas échéant, une reconnaissance en maladie professionnelle »117.

Articles détaillés : Arsine, méthanearséniate monosodique, méthanearséniate disodique et arséniate de plomb.

Risques alimentaires - Article connexe : Intoxication à l’arsenic.

Il peut nous affecter via une contamination des aliments, ou via la pollution de nappes phréatiques, constatée notamment localement en Amérique du Nord, ou massivement en Asie du Sud-Est dans de grandes zones de culture du riz (Ouest du Bengale, Bangladesh et Viet-nam où au moins 10 millions de personnes sont exposées à des taux d’arsenic dans l’eau dépassant les seuils de toxicité118.) ; jusqu’à un million de puits creusés dans les dépôts alluviaux du Gange pourraient être contaminés par l’arsenic, avec des taux atteignant localement 1 000 mg/litre au Bangladesh et au Bengale occidental et 3 000 µg/litre au Viêt Nam ; l’irrigation du riz par une eau contaminée peut le contaminer119,120,121,122,123.

Un japonais moyen en 2006-2010 ingérait quotidiennement 2,31 μg/kg de poids corporel/jour d’arsenic total (TA) ; et 0,260 μg/kg/jour d’arsenic inorganique (iAs) [à comparer à 0,0928 μg/kg/jour de plomb, un métal souvent associé à l’arsenic dans la nature et l’industrie métallurgique], soit respectivement 138 μg d’arsenic total/personne/jour, et 15,3 μg d’arsenic inorganique /personne/jour), l’apport journalier variant selon le sexe, principalement en raison de la quantité d’aliments ingérés et beaucoup selon l’âge, le lieu de vie et le types de communauté (urbaine / agricole / de pêcheurs), « reflétant probablement la consommation de poisson/algues »124.

Dans le monde (y compris en Europe) une source fréquente d’arsenic alimentaire est le riz (s’il est consommé abondamment et s’il provient de rizières naturellement riches en arsenic). En mai 2013, l’administration vétérinaire et alimentaire du Danemark (DVFA) a ainsi recommandé de ne pas donner trop de produits à base de riz aux enfants, en raison de leur teneur élevée en arsenic 125, de manière à ne pas dépasser les doses jugées dangereuses pour la santé par l’autorité européenne de sécurité des aliments (Efsa) qui a

en 2009 modifié son évaluation de dose hebdomadaire tolérable (DHT) la portant à 15 microgrammes par kilogramme (µg/kg) de poids corporel dose à partir de laquelle de premiers effets apparaissent pour la santé126

Source de l’article complet : https://fr.wikipedia.org/wiki/Arsenic#Toxicologie

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