Toxicologie Environnementale
Master I protection des écosystèmes
Responsible du module : Mme HADJADJ HASSINA
Année universitaire :2025/2026
•Comportement biogéochimique des molécules organiques
(polluants chimiques)dans l'environnement
Chapitre :3
Comportement biogéochimique des molécules organiques dans l'environnement
A/Comportement biogéochimique :Ce terme désigne l'étude des cycles et des
transforma6ons des éléments chimiques dans l'environnement, en tenant compte de
l'influence des organismes vivants (biologique), des processus chimiques et physiques
(géochimique). Cela inclus La manière dont les composants organiques se déplacent, se
transforment et interagissent avec l’eau, le sol et les êtres vivants dans l’environnement.
ØLe “comportement biogéochimique des molécules organiques dans l’environnement”
veut dire :
Comment les molécules organiques (comme les pesticides, hydrocarbures, matières
naturelles…)
se déplacent, se transforment et se dégradent
dans l’environnement (sol, eau, air)
sous l’effet de facteurs biologiques,géologiques et chimiques
Exemple : un pes,cide dans un champ
1.Applica,on
→ Un agriculteur u.lise un pes,cide sur ses cultures
2.Dans le sol
Une par.e reste dans le sol
Elle peut :
•être dégradée par des bactéries (bio)
•se fixer sur les par,cules du sol (géo + chimique)
3.Dans l’eau
La pluie entraîne le pes.cide vers une rivière
Il peut :
•se dissoudre dans l’eau
•ou se fixer aux sédiments
ou encore ; C’est l’étude de :
•Où vont les molécules (elles restent dans le sol ? vont dans l’eau ? s’évaporent ?)
•Comment elles changent (dégrada.on, transforma.on chimique)
•Qui agit sur elles (bactéries, lumière, pH, température…)
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1.Apports diffus : désignent des entrées de polluants dans l’environnement qui ne
proviennent pas d’une source unique et identifiable, mais plutôt de multiples sources
dispersées sur de grandes surfaces.
Ils sont généralement continus et difficiles à contrôler ou à quantifier précisément.
Exemple:
vLessivage des sols : Cela se produit lorsque l'eau de pluie ou de l'irrigation
emporte les contaminants chimiques présents dans les sols et les transporte
dans les rivières ou les nappes phréatiques
Les contaminants peuvent être :
•Pesticides
•Engrais (nitrates, phosphates)
•Métaux lourds
C’est un phénomène très fréquent en milieu agricole.
vRejets atmosphériques : Les polluants organiques peuvent être libérés
dans l'air par la combus9on, les industries, les transports, etc.
Transport et dépôt :
•Les polluants sont transportés par les masses d’air
•Ils peuvent parcourir de longues distances
•Puis se déposer par :
•dépôt sec (gravité)
•dépôt humide (pluie, neige)
Cela peut contaminer des zones éloignées de la source initiale.
.2.Apports ponctuels :
Les apports ponctuels correspondent à des introduc0ons de polluants dans
l’environnement provenant de sources bien iden3fiées, localisées dans
l’espace et souvent limitées dans le temps.
Contrairement aux apports diffus, ils sont facilement traçables et
généralement associés à un point d’émission précis.
. Caractéris3ques principales :
Source unique et iden3fiable
Localisa0on géographique précise
Apports souvent intenses mais discon3nus
Impact poten0ellement élevé à court terme
exemple :
vRejets industriels !"#$%&'()$*"()*&'++',-)*"()./*&%($++$*"0-)*,&/$)&".$*"
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vAccidents :
Les apports ponctuels peuvent également résulter d’événements accidentels
entraînant une libéra8on brutale de polluants.
Exemples :
oaccident de transport (camion, train transportant des produits chimiques)
orupture de canalisa8on
ofuite dans une installa8on industrielle
Caractéris4ques :
olibéra8on soudaine et massive
ocontamina8on localisée mais intense
oeffets immédiats sur les écosystèmes (toxicité aiguë)
Propriétés chimiques propres de chaque molécule :Chaque molécule chimique a des
caractéristiques qui lui sont propres, comme sa stabilité, sa réactivité, et son affinité pour
différents milieux. Ces propriétés influencent la manière dont la molécule va se comporter dans
l'environnement (si elle sera stable ou se dégradée, par exemple).
vla persistance dans l’environnement (dégradation) :
La persistance d'une molécule dans l’environnement fait référence à combien de temps elle reste
active avant de se dégrader.
La dégradation se produit lorsque la molécule se transforme sous l’effet de facteurs biologiques,
chimiques ou physiques (ex : lumière, microbes, température). Une molécule qui se dégrade
rapidement n’aura pas un impact durable sur l’environnement, tandis qu’une molécule qui se
dégrade lentement peut rester longtemps présente.
B/Que deviennent les contaminants ?
Chaque molécule possède ses propres propriétés chimiques, qui influencent :
vla persistance dans l'environnement (dégradation),
vla phase de concentration(dissoute, gazeuse, solide),
vcapacité à se bioaccumuler dans la chaîne trophique.
vLa Phase dans laquelle la molécule va préféren5ellement se concentrer !
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3.Solide <6(*)&%)*'&)'4)&%*)*.<-2%(/*#
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vCapacité à se bioaccumuler dans la chaîne trophique :
vBioaccumula8on désigne le processus par lequel certaines substances
chimiques s'accumulent dans les 8ssus des organismes vivants au fil du
temps. Les molécules qui sont lipophiles (qui aiment les graisses) ont
tendance à s'accumuler dans les graisses des organismes vivants. Elles
peuvent se déplacer le long de la chaîne trophique, passant d'un organisme
à l'autre. Cela peut entraîner des concentraBons élevées dans les prédateurs
situés au sommet de la chaîne alimentaire.
Donc:
chaque molécule chimique a des caractérisBques qui influencent sa durée de
vie dans l'environnement, la phase dans laquelle elle se concentre (liquide,
gaz, solide), et sa capacité à se concentrer dans les organismes vivants au fur
et à mesure qu’elle monte dans la chaîne trophique.
C/Comportement biogéochimique des molécules organiques
dans l'environnement
•Solubilité (S) (capacité à se dissoudre dans l’eau)
•Coefficients de partage :octanol/eau (Kow), sol/eau (Kd,Koc)
•Facteur de bioconcentra>on ( BCF )
•Temps de demi-vie ( t1/2)
Les molécules organiques sont très présentes dans les milieux marins. Elles peuvent être
d’origine naturelle (produites par les organismes vivants comme le phytoplancton)
ou anthropique (issues des acIvités humaines comme les pesIcides ou les hydrocarbures).
L’étude de ces molécules relève de la biogéochimie marine, qui cherche à comprendre
leur comportement dans l’environnement.
Exemple: Principales propriétés des molécules organiques retrouvées en milieu
marin :
Leur devenir dépend de certaines propriétés importantes :
1/Solubilité
La solubilité est la capacité d’une molécule organique à se dissoudre dans l’eau.
Elle dépend principalement de la polarité de la molécule.
Molécules polaires → solubles dans l’eau
Molécules apolaires → peu solubles (hydrophobes)
On classe généralement la solubilité selon l’ordre quantité de substance dissoute dans
l’eau, (cencetration):
qµg/L (microgramme/L) → faible solubilité
Molécules très hydrophobes (ex : hydrocarbures, POP)
-restent peu dans l’eau, vont vers les sédiments ou organismes
qmg/L (milligramme/L) →solubilité moyenne
Composés partiellement solubles
- peuvent être transportés dans l’eau
qg/L (gramme/L) →forte solubilité
Molécules très polaires
-restent dissoutes dans l’eau
Principales propriétés des molécules organiques
2/Coefficient de partage octanol/eau : KOW
Le Kow rend compte de la tendance d'une molécule às'accumuler dans les membranes
biologiques (substances lipophiles) des organismes vivants (bioaccumulation).
Le coefficient Kow mesure la distribu6on d'une molécule organique entre une phase
polaire (l'eau) et une phase apolaire (l'octanol) à l'équilibre.
Kow= Cocatanol/ Ceau
•log Kow< 1,5 : substances non bioaccumulables
•log Kow> 3 : substances bioaccumulables
L'octanol est un solvant qui possède une polarité très similaire à celle des
membranes lipidiques, c'est pourquoi il est u6lisé pour évaluer le
caractère lipophile d'une molécule, Il permet de mesurer l’affinité d’un polluant
pour les graisses .
Mode operatoire:
Une ampoule àdécanter, qui est un dispositif de séparation liquide-liquide.
1.Mélange d’eau et d’octanol dans l’ampoule àdécanter
1. Un composé chimique est ajouté au mélange.
2. L’ampoule est agitée pour permettre au composé de se répartir entre l’eau et
l’octanol selon son affinité.
2.Séparation des phases
Après agitation et repos, deux phases distinctes se forment :
1.Phase supérieure :Octanol (moins dense que l’eau) →contient la fraction
lipophile.
2.Phase inférieure :Eau →contient la fraction hydrophile.
3.Mesure des concentrations
1. On prélève un échantillon de chaque phase et on analyse la concentration du
composé dans l’eau et dans l’octanol (ex :par spectroscopie UV,
chromatographie).
2. En utilisant la formule, on détermine le Kow.
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•Le polluant préfère les graisses et s’accumule dans les organismes vivants
(bioaccumula9on).
•C7$>&/$ : Le DDT a un Kow élevé, ce qui le rend persistant dans la chaîne
alimentaire.
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•Le polluant se dissout facilement dans l’eau et ne s’accumule pas dans les
organismes.
•C7$>&/$ : L’éthanol a un Kow faible, il se dissout rapidement dans l’eau et est
éliminé facilement.
•Un 3)4 -/$5- signifie que le polluant peut s’accumuler dans les graisses des
poissons, puis être transféré à l’homme en consommant du poisson contaminé.
•Un 3)4 D'2E/$ indique un polluant qui reste surtout dans l’eau et qui peut être
éliminé plus facilement.
.
3/Coefficient de par00on solide/eau : Kd
décrit comment une substance dissoute dans l’eau peut
être adsorbée (fixée) sur des par8cules solides en suspension.
Kd = Csolide/ C eau Où :
•Csolide : concentra8on sur les par8cules (µg /g)
•Ceau: concentra8on dans l'eau (µg /ml)
•Si Kdest élevé → La substance a tendance à se fixer sur les par8cules solides et à
s’accumuler dans les sédiments.
•Exemple : Métaux lourds (plomb, mercure) et pes8cides (DDT) se fixent sur
les sédiments et sont peu présents sous forme dissoute dans l'eau.
•Si Kdest faible → La substance reste principalement dissoute dans l’eau.
•Exemple : Les sels solubles comme le chlorure de sodium (NaCl) restent dans
l’eau et ne se fixent pas sur les par8cules.
4/Facteur de Bioconcentra0on : BCF
La bioconcentration dans un organisme implique l’accumulation
d’une substance chimique uniquement via l’eau, par la respiration
ou par le contact direct avec la peau sans ingestion alimentaire. Ce
processus est le résultat du rapport entre la vitesse de pénétration
de la substance dans l’organisme (via la respiration et la diffusion
cutanée) et sa vitesse d’élimination (via échanges respiratoires,
métabolisme )
Le BCF est alors définit comme le ratio à l’état d’équilibre entre la
concentration en contaminant dans l’organisme (CB) sur la
concentration en contaminant dissous dans l’eau (CED) :
BCF = Cmat. vivante / Ceau
•Si le BCF est élevé, la substance a une forte tendance à être absorbée par les
organismes (bioaccumulation).
•Si le BCF est faible, la substance reste principalement dans l’eau et n’entre pas
beaucoup dans la chaîne alimentaire.
•Exemple:
•Mercure (Hg) →BCF élevé, il s’accumule dans les poissons (ex : thon), ce qui pose un
risque pour les consommateurs.
•Sels minéraux solubles (ex : chlorure de sodium -NaCl)→BCF faible, ils restent
dans l’eau et ne s’accumulent pas dans les organismes.
2.4.Facteur de Bioconcentration : BCF
Réalisons le calcul d’un facteur de bioconcentration à partir de l’exemple ci-dessus :
BCF = (Concentration du polluant dans le poisson) / (Concentration du polluant dans l’eau)
BCF = 0,08 ppm / 0,00002 ppm = 4 000
Donc: le poisson contient 4000 fois plus de polluant que l’eau environnante.
5/le temps de demi vie
correspond au temps nécessaire pour que la moitié de la concentration initiale d’une
substance disparaisse par dégradation ou élimination.
•Si T₁/₂ est long, la substance persiste longtemps dans l’environnement (polluant persistant).
•Si T₁/₂ est court, la substance se dégrade rapidement.
•Exemple:
•DDT (pes<cide) →T₁/₂ de plusieurs années, il s’accumule et pollue longtemps.
•Alcool éthylique →T₁/₂ court, il est rapidement métabolisé par le foie.
Exemple : le DDT dans un lac
1.Le DDT est rejeté dans l’eau d’un lac.
2.Il se fixe sur les par2cules en suspension (K élevé) et finit par s’accumuler dans
les sédiments (sable ,argile,etc…).
3.Comme il a aussi un Kow élevé, il est absorbé par le plancton(organismes
microscopiques).
4.Ensuite, il s’accumule dans la graisse des poissons qui mangent le plancton.
5.Les prédateurs (ex : aigles, humains) qui mangent ces poissons reçoivent de
DDT.
Conclusion :
•K(eau-solide) décrit la réparMMon d’un polluant entre l’eau et les parMcules
solides (sédiments).
•Kow (octanol-eau) décrit la tendance d’un polluant à s’accumuler dans les
graisses des organismes vivants.
•Ces deux paramètres aident à comprendre où vont les polluants dans
l’environnement et s’ils présentent un risque pour la santé et les écosystèmes.
