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TXL 6014 TOXICOLOGIE DE L’ENVIRONNEMENT

TXL 6014 TOXICOLOGIE DE L’ENVIRONNEMENT. Faculté des études supérieures Département de sciences biologiques Automne 2005. Professeur-Collaborateurs. B. Pinel-Alloul , Sci. Biol, Univ. Montréal R. Van Coillie , expert écotoxicologie, Risque environmental

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TXL 6014 TOXICOLOGIE DE L’ENVIRONNEMENT

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  1. TXL 6014TOXICOLOGIE DE L’ENVIRONNEMENT Faculté des études supérieures Département de sciences biologiques Automne 2005

  2. Professeur-Collaborateurs • B. Pinel-Alloul, Sci. Biol, Univ. Montréal • R. Van Coillie, expert écotoxicologie, Risque environmental • Y. Couillard, Évaluateur sénior, Env. Can. • C. Blaise, Chercheur sénior, Centre Saint-Laurent, Env. Can. • M. Amyot, Sci. Biol., Univ. Montréal • M. Fournier, INRS-Armand Frappier, Univ. Québec

  3. Syllabus général • Écotoxicologie: Notions de base en toxicologie de l’environnement, historique de l’écotoxicologie, mécanismes de dispersion, de circulation et de transfert des polluants. • Effets des polluants sur les individus et populations: Démarche écotoxicologique, estimation des effets toxicologiques à différents niveaux (génotoxicité, cytotoxicité, effets physiologiques, démoécologiques).

  4. Syllabus général • Effets des polluants sur les écosystèmes: Effets sur la structure des communautés, sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. • Perturbations globales actuelles: Perturbation des cycles biogéochimiques, changements climatiques, déplétion de la couche d’ozone, dépôts acides, pollution radioactive, modification des habitats et de la biodiversité.

  5. Syllabus général • Surveillance écotoxicologique et prévision des risques toxicologiques: Bioindicateurs et biomarqueurs de qualité environnementale, prévision des effets et des risques toxicologiques, santé environnementale.

  6. Calendrier

  7. Calendrier

  8. Barème d’évaluation • Examen intra: fin octobre 2005 40% • 3 questions à développement court • 1-3 pages par question (documentation disponible) • Q1: B. Pinel-Alloul : 15 points • Q2 et Q3: R. Van Coillie : 15 et 10 points • Examen final: fin décembre 2005 60% • 5 questions à développement court • 1-3 pages par question (documentation disponible) • Q4: Y. Couillard; Q5: B. Pinel-Alloul: 15 points chaque • Q6: M. Amyot; Q7: M. Fournier; Q8: C. Blaise: 10 points chaque

  9. Toxicologie de l’environnementTXL 6014Historique de l’écotoxicologie Bernadette Pinel-Alloul 15 septembre 2005

  10. Plan du cours • Définitions • écotoxicologie vs toxicologie environnementale • Historique de la pollution • Relations entre l’homme et son environnement • Notions sur le développement durable • Les principales sources de pollution • La production d’énergie • L’industrie chimique • L’agriculture • L’urbanisation • Mécanismes de dispersion et de transfert des polluants

  11. 1. Définitions:Écotoxicologie • Premières définitions basées sur la toxicologie médicale • Terme inventé par Truhaut (1969) qui définit cette science comme étant le prolongement de la toxicologie orienté vers l’étude des effets écologiques et des risques associés à la présence dans l’environnement de contaminants susceptibles d’avoir un effet néfaste sur la santé humaine. • Approche réductioniste visant à évaluer les effets des contaminants sur les populations humaines: tests en laboratoire á des concentrations iréalistes

  12. 1. Définitions: Écotoxicologie • Définitions basées sur l’écologie, la science des interactions entre les êtres vivants et les écosystèmes • Selon Ramade (1979), “science dont l’objet est l’étude des modalités de contamination de l’environnement par les agents polluants naturels ou artificiels produits par l’activité humaine ainsi que de leurs mécanismes d’action et de leurs effets sur l’ensemble des êtres vivants qui peuplent la biosphère” • Approche holistique visant à évaluer le cheminement des contaminants dans les écosystèmes et leurs effets sur l’ensemble des êtres vivants incluant l’homme

  13. 1. Définitions: Écotoxicologie • Démarche récente (depuis 1990) intégrant les aspects écologiques et écotoxicologiques, ainsi que l’évaluation du risque toxicologique • Selon Chapman (2002), “science devant fairel’intégration de la toxicologie et de l’écologie, dont les objectifs sont de comprendre et prédire les effets des contaminants sur les communautés naturelles, pour des régimesd’exposition réalistes d’un point de vue environnemental” • Approches en laboratoire avec de forts niveau de contamination souvent irréalistes versus évaluation sur le terrain en milieu contaminé à des niveaux ambients en utilisant des bioindicateurs et des biomarqueurs

  14. Sources: Chapman, 1995; Baird et al., 1996 ÉCOLOGIE: Interactions entre organismes, Fonctionnement des populations, Processus influençant ces paramètres Simples observations sur le terrain Observations planifiées sur le terrain Manipulations expérimentales Évolution dans le temps ÉCOTOXICOLOGIE: Écologie en présence de polluants toxiques TOXICOLOGIE ENVIRONNEMENTALE: Effets des polluants toxiques sur les organismes individuels Recherches en conditions quasi-naturelles Expositions simples en laboratoire Expériences complexes in situ

  15. 1. Définitions:Toxicologie environnementale  écotoxicologie Source: Chapman, 2002

  16. 1. Définitions:Caractéristiques propres à l’écotoxicologie • Discipline jeune: • Nombreuses controverses • Valeurs des bioindicateurs et des biomarqueurs • Certitudes empiriques et théoriques rares • Discipline complexe: • Étude des sources, de la dispersion, de l’accumulation et des effets des polluants toxiques sur les populations, les communautés, les écosystèmes et la biosphère • Évaluation des effets à tous les niveaux depuis la cellule jusqu’aux individus, populations et communautés • Pluridisciplinaire: • chimie, physique, mathématiques, biologie, écologie, etc... • Discipline sujette à des forces et des impératifs sociaux • Émergence d’enjeux environnementaux prioritaires

  17. 2. Historique de la pollution:Relations entre l’homme et son environnement • Dans “essai sur le principe de population”, Malthus montre que la population humaine croît de façon géométrique alors que les ressources disponibles croissent de façon arithmétique: • Émet l’hypothèse que la population va dépasser la capacité de support du milieu • Dégradation des terres par déforestation et désertification, famines, maladies et guerres • Réponse pessimiste par rapport à la perspective optimiste selon laquelle l’habilité de l’homme lui permettrait de maîtriser son environnement sans aucune limite, perception valable grâce aux progrés de l’agriculture et de l’industrialisation au 19ième siècle, mais fortement remise en doute actuellement suite aux changements globaux du climat et de l’atmosphére. Thomas Malthus (1766-1834) économiste anglais

  18. 2. Historique de la pollution:Relations entre l’homme et son environnement • La croissance et la distribution de la population jouent un rôle significatif dans la durabilité des ressources mondiales. • 2 millards en 1930, 6 en 1999 et 12-15 milliards prévus en 2050 • Relation entre la croissance de la population et la dégradation de l’état général de l’environnement. • Production primaire avant l’industrialisation environ à 150 milliards de tonnes de ressources en matière organique • 40% utilisé par la population humaine actuelle, 60% restant pour supporter plantes et animaux • 12% détruit par la déforestation et 27% utilisé directement pour les ressources énergétiques • 100% permettrait de supporter une population de 15 milliards mais sans préserver les habitats naturels et la biodiversité • Situation compliquée par une grande disparité entre les continents et les pays dans les réglementations gouvernementales, l’avancement des technologies, les niveaux d’industrialisation et les patrons de consommation existant à travers le monde.

  19. Population humaine TailleUtilisation des ressources Entreprises humaines Agriculture Industrie Loisirs Commerce international Transformation de la terre Feux de forêt Défrichage Sylviculture Pâturages Pertes et ajouts d’espèces Espèces invasives Chasse Pêches Cycles biogéochimiques Carbone, azote, eau Produits xénobiotiques Perte de la diversité biologique Extinction d ’espèces et de populations Perte d ’écosystèmes Changements climatiques Effet de serre Aérosols Source: Vitousek et al., 1997

  20. 2. Historique de la pollution:Exemples d’impacts majeurs sur l’environnement liés aux activités anthropiques Source: Vitousek et al., Science 44, 1997, 7-15

  21. Effets des populations humaines • Dégradation de 39-50% de la surface des continents (déforestation, agriculture, urbanisation • Utilisation de 8% de la production primaire des océans • Accroissement des concentrations de CO2 dans l’atmosphère de 30% • 50% de l’azote fixé dans les terres est due à l’activité humaine (fertilisation, cultures, utilisation des combustibles fossiles) • 20% des plantes ont été introduites par l’homme • 20% des espèces d’oiseaux sont disparues ou en voie de disparition depuis 2 siècles. • 22% des ressources marines sont décimées ou surexploitées et 44% sont à leur limite d’exploitation

  22. 2. Historique de la pollution:Distribution des sources de CO2 par les combustibles fossiles Combustibles fossiles Ajout annuel 5.5 t de CO2 Émissions globales 12.2 g.m2.an de CO2 Maximum 450 Europe de l’est USA Differences entre les pays, continents et hémisphères Source: Vitousek et al., Science 44, 1997, 7-15

  23. 2. Historique de la pollution:Stade agro-pastoral: 10.000 à 1000 ans B.P. Source: Tanton, 1995 • Population: 8 à 300 millions, taux de croissance 0,1% par an. Faible longévité. Forte mortalité. • Développement de l’agriculture entraîne la déforestation et l’irrigation. • Augmentation de la capacité de support du milieu pour l’homme. • Lien écologique entre l’homme et son environnement

  24. 2. Historique de la pollution:Un des premiers exemples d’impact environnemental à l’échelle du globe… • La pollution de l’environnement causée par l’homme préhistorique débute avec l’utilisation des métaux et la domestication du feu. • Durant l’empire romain: • Pb: 80.000 à 100.000 tonnes métriques/an • Cu: 15.000 tonnes/an • Zn: 10.000 tonnes/an • Hg: >2 tonnes/an (Nriagu, 1996) • Les teneurs en Pb retrouvées dans les dépôts glaciaires du Groënland entre 500 avant JC et 300 après JC: • 4 x supérieures aux concentrations naturelles (Hong et al., 1994). Photographie: Alinari/Art Resource, NY

  25. 2. Historique de la pollution:Flux atmosphériques de plomb Plomb dans l’essence Époque romaine 1ière et 2ième déglaciations Source: Shotyk et al., Science 281: 1635-1639 (1998)

  26. 2. Historique de la pollution:Stade pré-industriel: 1000 à 100 ans B.P. • Population: 300 à 1000 millions, taux de croissance 0,3 à 0,5% par an. • Transformation massive des forêts en champs et pâturages. • Début de l’utilisation du charbon. • Début de l’ïndustrialisation et l’urbanisation massive

  27. 2. Historique de la pollution:Stade industriel ( 100 ans B.P.-présent) • Population: 1000 à 5500 millions, taux de croissance 0,8-1,9% /an. • Utilisation de l’énergie fossile non-renouvelable. • Prévision de 8 milliards pour 2020 • L’homme devient une “force géophysiologique” (Vladimir Vernasky) capable de façonner la surface du globe et d’influer sur les mécanismes régulateurs de la biosphère. • Entre 1850 et 1990: la consommation globale d’énergie augmente de 13 fois.

  28. 2. Historique de la pollution:Stade post-industriel • Trois scénarios de fertilité • Dédoublement à tous les 51 ans • D’ici 10 ans, un milliard de plus • 10 milliards en 2100 • 2 fois plus en 100 ans 2150 10 billions 2050 8.9 billions 2025 7.8 billions Scénario: 2.1 enfants Source: U.N., World Population Prospects, The 1998 Revision

  29. 2. Historique de la pollution: Population et disponibilité des ressources renouvelables Source: Postel, S. “carrying capacity: Earth’s bottom line”. Sate of the World, 1994

  30. 2. Historique de la pollution:Distribution de la population mondiale par région, 1800-2050 Plus forts taux de croissance Source: U.N., World Population Prospects, The 1998 Revision

  31. 2. Historique de la pollution:Répartition de la population mondiale et de l’énergie produite et consommée, 1995 Amérique du nord Europe de l’ouest Russie Europe centrale Afrique, Asie, Océanie Moyen-Orient Amérique latine Source: Haub, C. et D. Cornelius, “2000 World Population Data Sheet”, PRB

  32. 2. Historique de la pollution:Développement durable • “Le développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures de répondre aux leurs” (commission Brundtland, 1987). • “Améliorer les conditions d’existence des communautés, tout en restant dans les limites de la capacité de support des écosystèmes” (programme des Nations Unies pour l’environnement).

  33. 2. Historique de la pollution:Mise en place du développement durable • Principe de précaution (principe 15 du sommet de Rio, 1992) • nouvelle appréhension du progrès technique: toute nouvelle technologie n’est pas forcément associée au bienfait social • Ouverture au débat public • existence de “conférences de consensus” • Écologie industrielle • volonté systématique de produire moins de déchets • mise en place d’une “économie de fonctionnalité”: découpler les flux financiers des flux de matière et d’énergie (pose un autre rapport aux produits, celui de l’usage et non de la possession) • écosystèmes industriels: associations complémentaires d’industries dans lesquelles les flux de matière et d’énergie circuleraient dans des cycles bouclés, recyclage des matiéraux

  34. 2. Historique de la pollution:Tendance globale de l’utilisation d’énergie, par sources Sources non polluantes Plus haut taux de croissance Source: Worldwatch News Brief (98-6) (Données de 1990 à 1996)

  35. 3. Principales sources de pollution:Les combustibles fossiles Depuis 1950: x 4 Charbon : années 50-60 Pétrole: > 1970 Gaz naturel: > 1980 1950 1960 1970 1980 1990 2000 Figure 1. Utilisation mondiale des principales ressources énergétiques (Brown et al., 1996 “Vital Signs 1996”).

  36. 3. Principales sources de pollution:Cas du charbon • Le charbon relâche 29% plus de C/unité d’énergie que le pétrole et 80% plus de C que le gaz naturel. • Il compte pour 43% des émissions annuelles globales de C, soit  2,7 milliards de tonnes. • Le charbon est le combustible fossile le plus abondant, avec des réserves estimées à 1000 ans • Fumée de charbon: pollution particulaire, et SO2. • En dépit de la baisse générale de l’utilisation des combustibles fossiles à travers le monde, les É.U. et le Danemark dépendent du charbon, respectivement à 53 et 74%, pour leurs productions d’électricité, comme c’est le cas des pays d’Europe de l’est.

  37. 3. Principales sources de pollution:Consommation mondiale du charbon, entre 1950 et 1998 (million de tonnes) Chine É.U. Inde Reste du monde

  38. 3. Principales sources de pollution:Consommation mondiale du pétrole entre 1976 et 2001 Millions de barils/j 25% Asie, Pacifique Afrique M.Orient Ex URSS 25% Europe 25% Amérique du Nord Source: BP Amoco

  39. Risque écotoxicologique Prise en feu d’un puits de pétrole Émissions énormes de C, S et poussières Source: Photo satellite/ESA

  40. 3. Principales sources de pollution:Cas de l’énergie nucléaire

  41. 3. Principales sources de pollution:Consommation mondiale d’énergie nucléaire entre 1976 et 2001 Million de tonnes équiv. pétrole Reste du monde Forte augmentation depuis 1976 Distribution dans 4 continents Asie-Pacifique Ex URSS Europe Am. du Nord Source: BP Amoco

  42. 3. Principales sources de pollution:Pour ou contre le nucléaire: évolution de l’opinion publique américaine NON OUI d’après Laws, Aquatic Pollution (2000)

  43. 3. Principales sources de pollution:L’industrie chimique • Composés organiques de synthèse: certains sont toxiques pour l’humain et autres espèces animales à des concentrations de l’ordre du ppb; de nombreux produits chimiques sont persistants dans l’environnement pour des décennies (ex: BPC); certains sont à la fois toxiques et persistants. • Chaque année l’industrie chimique produit plus de 100 millions de tonnes de composés organiques de synthèse, représentant plus de 70000 produits différents dont 1000 composés nouveaux ajoutés (Postel, 1987).

  44. 3. Principales sources de pollution:L’industrie chimique Certains composés de synthèse n’ont pas besoin d’être toxiques pour poser des problèmes environnementaux: les CFCs (chlorofluorocarbones) persistants et volatiles, utilisés comme propulseurs aérosols provoquent le délabrement de l’ozone (O3) stratosphérique. Source: ESA

  45. 3. Principales sources de pollution:L’agriculture Récoltes mondiales de grains, entre 1950-1996 Source: Brown et al., 1996 “Vital Signs 1996”

  46. 3. Principales sources de pollution:Agglomérations les plus importantes en 1950, 2000, 2015 • En 2000, 47% de la population mondiale vit dans des centres urbains; • En 2030, 60% de la pop. mondiale vivra dans des villes. • Les grands centres urbains sont des sources importantes de polluants atmosphériques. Source: U.N., World Urbanization Prospects, The 1999 Revision

  47. 3. Principales sources de pollution:Croissance des grands centres urbains entre 1950 et 2015 Source: U.N., World Urbanization Prospects, The 1999 Revision

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