Toxicologie Environnementale
Master I :Protection des écosystèmes
Responsable du module : Mme HADJADJ HASSINA
Année universitaire :2025/2026
Chapitre : 4
Evaluation et mesure de la pollution
1/ les Biomarqueurs
1.Les Biomarqueurs
•Changement des indicateurs biologiques observable et mesurable au
niveau moléculaire, biochimique, cellulaire, physiologique ou
comportemental permettant d’évaluer l’état de santé des organismes
exposés àdes contaminants ou des conditions environnementales
stressantes.Ils peuvent être utilisés pour détecter les effets de la
pollution avant qu’ils n’entraînent des changements visibles dans
l’écosystème.
Evaluation et mesure de la pollution
ØSystème d’alarme biologique précoce lancé par l’organisme sain
suite à une état de stress causée par une substance polluante
2.classification des biomarqueurs:
Les biomarqueurs sont classés en plusieurs types
A/selon leurs effets:
A.1.Biomarqueurs d’exposition: substances exogènes ou son métabolite,
qui peuvent être détectés et mesurés dans un organisme. Ils
perme:ent d’évaluer si un individu a été exposé à une substance
toxique.
Exemples :
•Présence de plomb dans le sang après une exposition à des particules de plomb.
•Détection de pesticides dans l’urine des agriculteurs exposés aux produits
phytosanitaires.
•Mesure de nicotine ou de cotinine (métabolite de la nicotine) dans la salive des
fumeurs.
A.2.Biomarqueurs d’effet:!"#$%&'%()*&+$"*#$,-&#*()*&,*# *+$".$/01-&#*$
2%-"-3%()*$4$"5*61-#%7-&$4$)&*$#)2#+.&,*$+-6%()*8$!"#$1*/9*:*&+$'50;.")*/$#%$
)&*$#)2#+.&,*$.$%&')%+$)&* altération biochimique, physiologique ou d'un autre
type qui peut être mesurée à l'intérieur d'un organisme –
!"#$1*/9*:*&+$'*$9*#)/*/ l’impact physiologique des polluants #)/$".$#.&+0$
'*#$-/3.&%#9*#8
Exemples :
•<)39*&+.+%-&$'*# enzymes hépatiques (comme l’ALT et l’AST) *&$,.#$'*$
+-6%,%+0$=01.+%()*$')*$4$"5.",--"$-)$.)6$90'%,.9*&+#8
•>6?'.+%-&$'*$"5<@A$B*6$C 8-oxodG '.&#$"5)/%&*DE$)&$9./()*)/$'*$#+/*##$
-6?'.+%F$,.)#0$1./$'*#$1-"").&+#$-)$'*#$/.'%.+%-
•@%9%&)+%-&$'*# globules rouges ,=*G$"*#$1*/#-&&*#$*61-#0*#$.)$2*&GH&*$
B+-6%()*$=09.+-"-3%()*D8
A.3. Biomarqueurs de sensibilité
Ils reflètent la prédisposition génétique ou biologique d’un individu à être plus ou
moins sensible aux effets toxiques d’une substance donnée.
Exemples :
•Une mutation du gène GST (glutathion S-transférase) peut rendre une personne
plus vulnérable aux effets des polluants environnementaux.
•Présence du gène BRCA1 ou BRCA2, qui augmente le risque de développer un
cancer du sein.
•Variabilité génétique dans les enzymes du cytochrome P450, influençant la
métabolisation des médicaments et la sensibilité aux effets secondaires.
Critères
Biomarqueurs
d’exposition
Biomarqueurs d’effet
Biomarqueurs de
sensibilité
Effet mesuré
Présence d’un
polluant
Conséquence
biologique
Variation de la
sensibilité
Signification
Confirme une
exposition
Indique un impact
biologique
Indique une
adaptation ou une
vulnérabilité
Exemples
Présence de plomb dans le
sang
Augmentation
des
enzymes hépatiques
Une mutation du
gène
GST
Utilité
Détection des
contaminants
Surveillance des effets
toxiques
Étude des adaptations
biologiques
Comparaison des biomarqueurs
Les biomarqueurs d’exposi>on détectent les contaminants sans forcément indiquer un effet nocif.
Les biomarqueurs d’effet mesurent les conséquences toxiques sur les organismes.
Lesbiomarqueurs de sensibilité permeJent d’analyser la capacité d’adaptaKon des organismes face aux
polluants.
Les biomarqueurs sont classés en deux grandes catégories :
B.1. Biomarqueurs spécifiques
Ces biomarqueurs sont induits par la présence d’un polluant spécifique ou
d’une classe particulière de contaminants.
Exemples Acétylcholinestérase (AChE): Marqueur de la présence de pesticides
organophosphorés et carbamates.
•Monooxygénase à fonction mixte (EROD) : Indicateur d’exposition aux
hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et aux dioxines.
•Métallothionéines : Protéines qui se lient aux métaux lourds comme le
cadmium et le mercure, servant ainsi d’indicateurs de contamination métallique.
Rôle : Permet d’identifier le type de polluant affectant un organisme ou un
écosystème.
ClassificaHon des biomarqueurs (selon la spécificité de réponse)
B.2. Biomarqueurs non spécifiques
Ces biomarqueurs permettent une évaluation globale de l’état de santé des
organismes exposés à divers facteurs de stress environnementaux.
Exemples :
•Lipoperoxydation (LPO) : Témoigne de dommages oxydatifs des membrane
causés par la pollution.
•Catalase (CAT) : Enzyme impliquée dans la défense contre le stress oxydatif.
•Superoxyde dismutase (SOD) : Enzyme qui protège les cellules contre les
radicaux libres.
•Glutathion S-transférases (GST) : Joue un rôle clé dans la détoxification des
xénobiotiques.
Utilité : Détecter des réactions biologiques générales face à une pollution
multiple et variée.
B/Classifica*on des biomarqueurs (selon la spécificité de réponse)
la classification des biomarqueurs en fonction de la spécificité de leur réponse aux polluants
ou aux facteurs de stress environnementaux.
Critères
Biomarqueurs spécifiques
Biomarqueurs non
spécifiques
Indication
Polluant ou classe précise
Stress environnemental
global
Précision
Très ciblée
Générale
Exemples
AChE
, métallothionéines
CAT, SOD, LPO, GST
Utilisation
Identifier la nature du
polluant
Évaluer l’état général de
santé des organismes
Différence entre biomarqueurs spécifiques et non spécifiques
-Les biomarqueurs spécifiques permettent d’identifier la présence d’un
polluant précis dans un milieu donné.
-Les biomarqueurs non spécifiques servent à évaluer le stress environnemental
global et détecter les impacts précoces sur la santé des organismes.
C.1.Biomarqueurs de défense
Ces biomarqueurs sont utilisés pour évaluer les mécanismes de protections mis
en place par les organismes face aux polluants.
Ils permettent de détecter les réponses biologiques précoces avant l’apparition
de dommages irréversibles.
Exemples :
-Catalase (CAT) : Détoxifie le peroxyde d’hydrogène (H₂O₂) et protège contre le
stress oxydatif.
-Superoxyde dismutase (SOD) : Neutralise les radicaux libres superoxydes.
-Glutathion S-transférase (GST) : Joue un rôle clé dans l’élimination des
substances toxiques.
-Métallothionéines (MT) : Protéines impliquées dans la régulation et la
détoxification des métaux lourds.
Utilité :Indiquent une exposition à des polluants mais ne signifient pas
nécessairement un dommage grave.
C.2.Biomarqueurs de dommage
Ces biomarqueurs signalent une atteinte biologique pouvant affecter les
fonctions vitales des organismes.
Fonction: Ils sont souvent liés à la perte de capacités physiologiques comme
le métabolisme, la croissance, la reproduction, voire la mort cellulaire.
Exemples :
-Inhibition de l’activité de l’Acétylcholinestérase (AChE) : Indicateur
d’intoxication aux pesticides organophosphorés et carbamates, entraînant des
troubles neurotoxiques.
-La peroxydation lipidique (MDA -Malondialdéhyde) : Témoigne d’une
dégradation des membranes cellulaires due au stress oxydatif.
Utilité : : Permettent d’évaluer les impacts négatifs sur la santé des
organismes et d’alerter sur une pollution dangereuse.
Ils sont classés en deux grandes catégories selon l’effet qu’ils mesurent
C/Classification des biomarqueurs (selon la l’effet qu’ils mesurent)
Critères
Biomarqueurs de défense
Biomarqueurs de
dommage
Effet
Réponse protectrice face
aux polluants
Altérations biologiques
pouvant être irréversibles
Signification
Exposition à un stress
environnemental
Dommages physiologiques
ou mort cellulaire
Exemples
CAT, SOD, GST,
métallothionéines
Inhibition de
l’AChE,
peroxydation lipidique
(MDA)
Utilisation
Évaluer les réponses de
protection
Détecter les effets
toxiques des polluants
Différences entre biomarqueurs de défense et
biomarqueurs de dommage
Exemples :
-Inhibition de l’activité de l’Acétylcholinestérase (AChE)
2/Les Bioindicateurs
Evaluation et mesure de la pollution
1.Un Bioindicateur:
Est un organisme vivant (plante, animal, bactérie,
champignon) ou un groupe d’organismes dont la
présence, l’absence, l’abondance ou l’état physiologique
permet d’évaluer la qualité de l’environnement et de
détecter des changements écologiques.
Evaluation et mesure de la pollution
2.Caractéristiques des bioindicateur:
Un bioindicateur présente caractéris1ques suivantes :
-Être connu scien1fiquement (ubiquiste, abondant et sédentaire).
-Être liéou corréle> à des fonc1ons de l’écosystème.(ils réagissent de manière
prévisible à des varia1ons du milieu).
-Intégrer des propriétés ou des processus physiques( température, humidité,),
chimiques (ph)et biologiques (biodiversité,présence de micro-organismes)
-Présenter des qualités de mesure. (senssible,fiable et facilite d’u1lisa1on)
-Echan1llonnage facile, efficace et peu cher.
-Élevage possible en laboratoire
-U"lisa"ons :
-Déceler les changements dans l'environnement naturel.
-Surveiller la présence de pollu1on et ses effets sur l'écosystème de
l'organisme.
Quelques exemple de bioindicateurs
Lorsque des polluants organiques (déchets agricoles, eaux usées, matière organique en décomposition)
entrent dans un cours d'eau, ils consomment beaucoup d'oxygène en se décomposant. Cela entraîne
une diminution de la concentration d'oxygène dissous dans l'eau.
La pollution réduit la disponibilité en oxygène et rend l'eau de moins bonne qualité.
Disparition ou diminution des insectes aquatiques sensibles, Apparition d'espèces tolérantes à la
pollution .
Quelques exemple de bioindicateurs
Ces insectes sont bio-indicateurs d'une bonne qualité de l’eau et disparaissent
lorsque la pollution est élevée.
Quelques exemple de bioindicateurs
Alors Ces organismes survivent dans des eaux polluées et peuvent indiquer une
mauvaise qualité de l'eau.
Certaines plantes sont, par exemple, de bons bio-indicateurs car leurs graines
ne germent que dans des condi7ons précises (température, pH, hygrométrie,
présence de certaines substances...). Un des bio-indicateurs les plus connus est
le lichen, Il est u7lisé pour diagnos7quer les environnements aBeints par une
forte pollu7on atmosphérique.
vLa renouée du Japon, indicatrice de sols pollués aux
métaux lourds
Quelques exemple de bioindicateurs
Lichen installé sur des mousses
Quelques exemple de bioindicateurs
vLiseron des champs et excès d'azote (excès en fertilisant)
vMouron blanc et plantain lancéolé, des indicateurs d'un sol de qualité
Le Lotier Corniculé est lui annonciateur
d’un sol en bonne santé c’est-à-dire :
ayant un C/N (rapport
massique carbone sur azote) équilibré.
Une !"#$%!&"!'('!))! ou "!'('!))!&*%+)+,-./! est une espèce animale ou végétale
par4culièrement sensible aux modifica4ons de son environnement. Elle est u4lisée comme
un -'0-%12!/3*%+%! des perturba4ons écologiques, car tout changement anormal dans sa
physiologie, son comportement ou sa popula4on peut signaler une 0*,3101(+'&0!&
)4*%+"5"2$6!.
7+66!'2&/'!&!"#$%!&"!'('!))!&0+''!828!))!&)91)!32!&:
•;-,'!"&<-"-=)!" : maladies, malforma4ons, dépérissement des feuilles ou du pelage...
•7>1',!6!'2"&0!&%+6#+32!6!'2 : migra4on inhabituelle, perte d’appé4t, troubles de
reproduc4on...
•?<+)/(+'&0!&)1&#+#/)1(+' : augmenta4on des décès, baisse des naissances...
@A!6#)!"&04!"#$%!"&"!'('!))!"&B
•C!"&1=!-))!" → indiquent la pollu4on des pes4cides.
•C!"&)-%>!'" → détectent la qualité de l’air.
•C!"&16#>-=-!'"&D,3!'+/-))!"E&23-2+'"FFFG → signalent la pollu4on de l’eau.
Ces espèces jouent donc un rôle clé pour surveiller la santé de notre environnement et
prévenir des risques écologiques.
C!"&!"#$%!"&"!'2-'!))!"
Espèce bioaccumulatrice:espèce qui bioaccumule dans tout ou une partie de leur
organisme (partie vivante ou inerte telle que l'écorce ou le bois de l'arbre, la coquille de
la moule,la corne,etc.) certaines substances chimiques,éventuellement rares dans
l'environnement (oligoéléments utiles ou indispensables, ou toxiques indésirables)
Huitres et zinc
Espèces à risque
Espèces indispensables au bon fonctionnement de
l’écosystème ou intéressantes du point de vue économique
pollinisateurs en milieu terrestres, harengs, prédateurs
LES$PHÉNOMÈNES$DE$BIOMAGNIFICATION$
la Bioamplification
Définition:
Le terme bioamplification désigne l’accumulation et l'augmentation de
concentration d'un polluant au sein d'organismes , le long de la chaîne
trophiques, via la nourriture , Lorsque des organismes contenant des toxiques
bioaccumulées sont consommés, les toxiques sont transférées à leurs
prédateurs.
Ce phénomène survient pour les produits qui ne sont dégradés ni dans
l'environnement ni (ou très peu) dans le corps des organismes dans lesquels il se
trouve. Exemples :les polluant organiques (pesticides,PCB...) et
les métaux lourds (mercure,plomb...).
Facteur de bioamplification (BMF) :
BMF = (Concentration d’une substance dans l’organisme)/(Concentration de la
substance dans la nourriture)
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Exemple: Bioamplification du DDT (un insecticide) dans la chaîne
alimentaire du lac Kariba au Zimbabwe.
1.Contamination initiale (Eau et phytoplancton) :
1. La concentration du DDT dans l'eau est très faible (< 0,02 ppb).
2. Le phytoplancton absorbe le DDT et l’accumule dans ses
cellules, atteignant une concentration de 2 500 ppb.
2.Accumulation dans les poissons herbivores :
1. Les poissons herbivores (Limnothrissa miodon et Tilapia
rendalli)se nourrissent de phytoplancton.
2. Le DDT s'accumule dans leur organisme, avec des
concentrations allant de 1 600 à 1 900 ppb.
3.Accumulation dans les poissons carnivores :
1. Ces poissons carnivores (Hydrocynus forskahlii) mangent
plusieurs poissons herbivores.
2. Leur concentration en DDT atteint 5 000 ppb.
4.Bioamplification chez les prédateurs supérieurs :
1. Les oiseaux piscivores (Grand Cormoran), qui consomment de
nombreux poissons carnivores, accumulent encore plus de DDT
(9 500 ppb).
2. Le Crocodile du Nil, situé au sommet de la chaîne alimentaire et
mangeant divers poissons et oiseaux, atteint une concentration
maximale de 34 200 ppb.
Différence entre bioaccumulation et biomagnification
Il existe deux modes de contamination dans les chaînes alimentaires :
Bioaccumulation simple: La concentration du polluant diminue dans les niveaux
trophiques les plus élevés.
-Exemples : glyphosate qui est un pesticide et certains métaux lourds comme
l’aluminium peuvent être partiellement éliminés ou dilués dans les organismes
supérieurs.
-Biomagnification (bioamplification): La concentration du polluant augmente à
chaque niveau trophique.
-Exemples :
-le Dichlorodiphényltrichloroéthane DDT(insecticide) : Très lipophile (se stocke
dans les graisses), il est mal éliminé et s’accumule fortement.
-Méthylmercure: Contrairement aux autres métaux, il a un fort potentiel de
biomagnification.
Comment la biomagnification se produit-elle ?
- Certains polluants, en particulier les substances lipophiles (qui se
dissolvent dans les graisses, sont stockés dans les tissus adipeux des
organismes et ne sont pas facilement éliminés par l’organisme.
- Quand un prédateur mange une proie contaminée, il ingère tout le
polluant contenu dans cette proie.
- Plus un organisme est haut dans la chaîne alimentaire, plus il
accumule les polluants de ses proies successives.
La bioamplificaDon est un problème environnemental majeur car
certaines substances toxiques (comme le mercure, les PCB, les
pesDcides) peuvent aIeindre des niveaux dangereux pour les animaux
et les humains, surtout ceux qui consomment beaucoup de
contaminants dans la chaîne trophique,
