Toxicité des microplastiques chez les poissons, au-delà de simple vecteurs de polluants?

Microplastic toxicity for fish : beyond simple vectors for pollutants?

• Auteur / Autrice : Bettie Cormier
• Direction : Jérôme Cachot, Steffen Keiter
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géochimie et écotoxicologie
• Date : Soutenance le 08/06/2020
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Environnements et Paléoenvironnements Océaniques et Continentaux (Talence, Gironde ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Magalie Baudrimont
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Cachot, Steffen Keiter, Henner Hollert, Miren Carajaville, Johnny Gasperi, Xavier Cousin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Henner Hollert, Miren Carajaville

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tests embryo-larvaires

Effets de la pollution de l'eau

Danio rerio

toxicité

Microplastiques

Mots clés libres

Microplastiques

Processus de sorption

Effets sur la croissance et la reproduction

Toxicité à long-terme

Test embryo-larvaire

Poisson zèbre

Microplastics

Sorption processes

Reproduction and growth effects

Long-term toxicity

Embryo-larval assay

Zebrafish

Résumé

Au cours des dernières années, les plastiques ont attiré un intérêt particulier du public et des scientifiques. Les plastiques ont été classés parmi les polluants émergents, notamment dans le milieu marin de par leur présence ainsi que leur persistance, en particulier les microplastiques (< 5mm, MPs). De nombreuses études ont reportées la présence de MPs dans le milieu marin (eau de surface et sédiments). Cependant, il n’existe pas de méthodes standards pour évaluer leurs potentielle toxicités ainsi que leur rôle en tant que vecteur de polluants au sein des organismes. Cette thèse avait pour objectif, (1) l’étude de la sorption de composés chimiques modèles sur des MPs, (2) l’étude de la toxicité de ces composés adsorbés artificiellement sur le poisson zèbre (Danio rerio) ainsi que (3) la caractérisation et l’étude de MPs environnementaux. La première partie de cette thèse avait pour but d’étudier les processus de sorption de trois composés modèles ; l’acide perfluorooctanesulfonique (PFOS), benzo[a]pyrene (BaP) et l’oxybenzone (BP3) ; sur différentes tailles et différents polymères industriels. La seconde partie concernait l’étude de la vectorisation de ces 3 composés modèles adsorbés sur MPs en utilisant les stades précoces, juvéniles et adultes de poisson zèbre, au travers d’exposition directe ou via exposition trophique. La dernière partie évaluait la toxicité de MPs environnementaux provenant de deux plages (Guadeloupe, France), en utilisant les mêmes procédures que pour l’évaluation de la toxicité de MPs artificiels. La caractérisation polymérique et chimique des échantillons environnementaux a également été étudiée. L’étude de la sorption des polluants démontra des différences de réponses (cinétiques et efficacité de la sorption) dépendant de la taille des particules ainsi que des propriétés chimiques des composés. La toxicité des MPs artificiellement dopés avec des composés modèles a d’abord été évaluée selon la ligne directrice de l’OCDE 236 ainsi que via une exposition trophique chronique, débutant à l’état larvaire jusqu’à des poissons âgés de 5 mois. Des biomarqueurs à l’échelle individuelle et moléculaire ont été suivis au cours de l’exposition. Les résultats principaux correspondaient à une faible toxicité aiguë sur les stades précoces de développement (embryons et larves) exposés aux particules, aux extraits organiques mais également aux lixiviats, de MPs artificiels ou environnementaux. Néanmoins, l’ingestion des MPs au cours de l’exposition trophique a conduit à des effets à long-terme, avec des intensités différentes liées aux composés chimiques adsorbés aux MPs. Les effets toxiques incluaient des altérations de la croissance (taille et poids des poissons), des effets sur la reproduction, des modifications comportementales des adultes exposés ainsi que des changement d’activité natatoire des larves de la génération F1. En conclusion, cette thèse a permis de mettre en évidence le fait que (1) les MPs ont la capacité d’être des vecteurs de polluants mais qu’ils peuvent également (2) induire des effets sublétaux sur des juveniles et adultes de poisson exposés aux MPs via la nourriture mais également sur la progéniture F1.

During the last decades, plastics have gained interest from media, public and scientists. Plastics have been categorized as emerging pollutants particularly in the marine environment due to their ubiquity and persistence, particularly microplastics (< 5 mm, MPs). Numerous studies reported the occurrence of MPs in the marine environment (surface water, sediments). However, neither there exist standardized nor harmonized methods to evaluate their potential toxicity and their role as vector of hazardous chemicals into organism. This thesis had three main objectives, (1) the investigation of sorption of chemicals models on MPs, (2) the study of the toxic potential of these sorbed chemicals on zebrafish and (3) the characterization and the study of the toxicity of environmental MPs. The first part of the thesis aimed at the investigation of the sorption processes of three model pollutants - perfluorooctanesulfonic acid (PFOS), benzo[a]pyrene (BaP) and oxybenzone (BP3) - on pristine MPs using different sizes and polymer types. The second part studied the vectorization of the three compounds sorbed on MPs toward zebrafish (Danio rerio) embryos, juveniles and adults through direct or trophic exposures, and their toxicities. The third part investigated the toxicity of environmental samples of MPs from two sandy beaches (Guadeloupe Island, France), using the same procedure as above, as well as the characterization of additives and adsorbed chemicals through a non-target approach. Study of pollutants sorption demonstrated differences in pattern (e.g. kinetics, sorption efficiency), depending on size particles and chemical used. Potential adverse effects of MPs associated with chemicals were investigated in zebrafish embryos using OECD 236 guideline and by using a chronic exposure from larvae or juveniles up to 5-months old adults through trophic exposure. Molecular and individual toxicological endpoints were monitored during exposure. Main findings were the low acute toxicity of MPs on early life stages (embryos and larvae) exposed to particles, organic extracts or leachates. Nevertheless, the ingestion of MPs by juveniles and adults led to a significant long-term toxicity for all tested MPs albeit with different intensity according to the spiked chemicals and to the environmental samples. Deleterious effects included growth alteration, reprotoxicity, behavioral disturbances as well as hyperactivity observed in offspring of exposed fish. In conclusion, the present work revealed that (1) MPs may play a role in the vectorization of pollutants and (2) may induce significant sublethal effects in juveniles of zebrafish chronically fed with pristine MPs or MPs artificially spiked with pollutants. Same conclusions were observed (3) with environmental MPs.