Caractérisation du risque environnemental des pesticides et de leurs produits de transformation en agroécosystèmes aquatiques de tête de bassin versant agricole

Characterization of the environmental risk of pesticides and their transformation products in aquatic agroecosystems of headwater watersheds

• Auteur / Autrice : Gaspard Conseil
• Direction : Damien Banas, Sylvain Milla
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Ecotoxicologie, Biodiversité, Ecosystèmes
• Date : Soutenance en 2025
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : L2A_Laboratoire Animal et Agroécosystèmes
• Jury : Président / Présidente : Alain Geffard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Damien Banas, Alexandrine Pannard, Sylvain Milla, Vincent Felten, Christelle Margoum
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Geffard, Alexandrine Pannard

Mots clés

Mots clés libres

Biocénose

Milieux aquatiques

Étangs

Contaminants

Écotoxicité

Biocenosis

Aquatic systems

Ponds

Contaminants

Ecotoxicity

Résumé

Cette thèse explore les impacts écotoxicologiques des pesticides et de leurs produits de transformation (TP) dans les étangs, des agroécosystèmes encore peu étudiés au regard de cette potentielle contamination. Ces petites masses d'eau lentiques qui assurent des services écosystémiques variés (réservoirs, production piscicole, biotope pour de nombreux taxons), sont particulièrement exposées lorsqu'elles sont situées au sein de bassins versants agricoles. L'utilisation de pesticides a conduit à la formation et au transport de multiples TP. Ces contaminants, dont les propriétés intrinsèques et les impacts sont encore peu connus, peuvent être retrouvés dans ces agroécosystèmes sans que l'on connaisse pour autant le risque écotoxique associé à ces derniers. Dans ce contexte, cette thèse se concentre sur l'analyse de l'occurrence des TP et l'évaluation des risques qui y sont associés. Elle porte plus spécifiquement sur les petits étangs piscicoles alimentés par des bassins versants choisis selon un gradient d'activités agricoles. Cette recherche s'appuie sur l'état de l'art concernant les TP, qui décrit leur potentielle pression chimique sur les écosystèmes aquatiques, dont les étangs, ainsi que leur potentiel écotoxique. L'évaluation des risques environnementaux qui a suivi a révélé la présence de nombreux TP dans les étangs, dont certains présentent un risque élevé pour les organismes aquatiques. Cette constatation souligne la nécessité de collecter des données écotoxicologiques sur ces TP, souvent manquantes, afin d'améliorer les évaluations des risques environnementaux. La compréhension des risques écotoxicologiques de ces micropolluants a été approfondie en examinant leurs effets sur des communautés biologiques au travers d'approches in silico, in vivo et in situ. La biosurveillance des étangs a permis de croiser les niveaux de contamination avec l'état de santé de crustacés transplantés dans ces milieux, révélant un état dégradé de ces organismes dans les étangs les plus contaminés et suggérant un impact sous-estimé des TP jusqu'alors peu intégré. La dernière partie de ces travaux compare des réponses biologiques obtenues après exposition à de nouveaux TP détectés dans les étangs avec des résultats prédits par chimie computationnelle (modèles QSAR). Compte tenu de la présence concomitante de plusieurs molécules dans ces milieux, les effets potentiels des mélanges de pesticides sont également abordés. Ces derniers peuvent entraîner des effets combinés sur les organismes aquatiques différents de ceux causés par les pesticides pris séparément, rendant ainsi la gestion des risques encore plus complexe. En conclusion, ce travail a permis d'évaluer l'écotoxicité des produits de transformation dans des étangs positionnés en tête de bassin versant agricoles, révélant un risque significatif pour les organismes aquatiques et soulignant l'importance d'intégrer ces contaminants hérités de l'utilisation de pesticides dans les évaluations environnementales.

This thesis investigates the ecotoxicological impacts of pesticides and their transformation products (TPs) in ponds, agroecosystems that remain underexplored regarding their potential contamination. These lentic small water bodies (LSWBs), which provide various ecosystem services (reservoirs, fish production, habitat for numerous taxa), are particularly vulnerable when located within agricultural watersheds. Meanwhile, the use of pesticides has resulted in the formation and transport of multiple TPs. These contaminants, whose intrinsic properties and impacts are still poorly understood, may be present in these agroecosystems, yet their associated ecotoxicological risks remain largely unknown. In this context, this work focuses on analyzing the occurrence of TPs and evaluating the risks they pose. Specifically, it investigates LSWBs fed by watersheds selected along a gradient of agricultural activities. This research builds upon the state of the art on TPs, which highlights their potential chemical pressure on aquatic ecosystems, including ponds, and their ecotoxicological potential. Subsequent environmental risk assessments revealed the presence of numerous TPs in ponds, some of which present high risks to aquatic organisms. This finding underscores the urgent need to collect ecotoxicological data on these TPs, which are often lacking, to improve environmental risk assessments. The understanding of the ecotoxicological risks posed by these micropollutants was deepened by examining their effects on biological communities through in silico, in vivo, and in situ approaches. Biomonitoring of ponds allowed for the correlation of contamination levels with the health status of crustaceans transplanted into these environments, revealing a degraded condition of these organisms in the most contaminated ponds and suggesting an underestimated impact of TPs, which have been largely overlooked. The final part of this work compares biological responses observed after exposure to newly detected TPs in ponds with results predicted by computational chemistry (QSAR models). Given the concurrent presence of multiple molecules in these environments, the potential effects of pesticide mixtures are also addressed. Such mixtures can lead to combined effects on aquatic organisms that differ from those caused by individual pesticides, thereby complicating risk management. In conclusion, this work assessed the ecotoxicity of transformation products in ponds located at the head of agricultural watersheds, revealing significant risks to aquatic organisms and emphasizing the importance of incorporating these pesticide-derived contaminants into environmental assessments.