POLLUTION : exposition, impacts et gestion

1. Présentation et problématique générale

Ce thème s’organise autour d’une entité d’étude commune, marqueur de l’Anthropocène, la pollution. Ce terme regroupe les altéragènes physiques, chimiques et biologiques qui, à l’interface entre l’environnement et la santé, sont susceptibles de perturber le fonctionnement des écosystèmes, incluant les populations humaines. Si certaines de ces pollutions ont une origine naturelle, les activités anthropiques ont, notamment au cours des dernières décennies, amplifié leur concentration et leur diffusion dans l’environnement et constituent donc un forçage menaçant l’intégrité des systèmes biologiques et écologiques. En raison de la capacité limitée de nos sociétés humaines à évaluer et gérer les risques environnementaux et sanitaires des contaminants, les questions relatives à l’évaluation de l’exposition des organismes vivants, à la quantification des impacts à différents niveaux d’organisation biologique et au développement d’outils de gestion du risque pour la restauration des systèmes écologiques sont plus que jamais d’actualité. Les travaux menés dans ce thème s’inscrivent dans plusieurs grands défis scientifiques et sociétaux identifiés par nos tutelles (instituts INEE et INSU du CNRS, Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche), les Agences nationales (ANR, ADEME) et les Alliances thématiques de recherche françaises (Allenvi, AVIESAN) et l’Europe (« Missions ») dont les principaux sont : Santé et environnement, Pollutions et écosystèmes, Interactions entre crises environnementales et écosystèmes, Santé des sols et alimentation, Érosion de la biodiversité : de la perception à l’action, Environnements urbains, Nouveaux capteurs environnementaux, Diffusion et promotion de la méthode scientifique et des sciences.

2. Structuration et projet scientifique à 5 ans
Au regard des forces (humaines, scientifiques et techniques) que regroupe le thème POLLUTION, les activités s’articulent autour de trois pôles de compétences qui constituent ses grands axes de
recherche : Axe 1 - Altéragènes et multi-expositions, Axe 2 - Impacts sur les systèmes biologiques, Axe 3 - Ingénierie et gestion/remédiation

3. Approches : outils et méthodes
Le thème POLLUTION peut s’appuyer sur la plateforme PEA²t qui dispose de nombreux équipements et ressources technologiques permettant la détection et la quantification d’un grand nombre de substances chimiques (organiques/inorganiques et certains métabolites, notamment via des instruments comme l’IC-ICP-MS, la GC-MS, la spectrométrie Raman...) et de certains agents biologiques d’intérêt (champignons et bactéries, notamment par des techniques de biologie moléculaire). Grâce à l’expertise acquise ces dernières années, ces analyses peuvent aujourd’hui être conduites jusqu’à des niveaux ultra-traces dans de nombreuses matrices environnementales (sols, sédiments, eaux, air...) et permettre une évaluation à large spectre de l’exposition externe. Cette caractérisation passe également par le développement de capteurs innovants pour, par exemple, la mesure de la radioactivité alpha en milieu liquide ou l’utilisation de la fibre optique pour le contrôle continu de la qualité des eaux de surface et des sols. Des capteurs entreront aussi en jeu pour la caractérisation de l’exposition interne, que ce soit par exemple chez l’Homme grâce à la dosimétrie par gel ou dans d’autres organismes via des analyses dans des tissus (animaux ou végétaux) ou les fèces d’espèces sentinelles bioindicatrices de la qualité et de la santé des écosystèmes. Ces approches de bioindication (actives ou passives) continueront à être développées et utilisées notamment pour déterminer les profils d’exposition de la faune sauvage aux pesticides et pour la biosurveillance des sites pollués en lien, par exemple, avec l’évaluation de l’efficacité des procédés de restauration de la qualité des milieux (normalisation des outils et protocoles utilisables in situ, approche TRIAD et indices d’évaluation des risques environnementaux). En complément des mesures quantitatives de l’exposition et des effets (éco)toxiques, les recherches conduites dans ce thème peuvent également s’appuyer sur des compétences fortes en modélisation (statistique, statique/dynamique) et simulation (méthode Monte-Carlo, dynamique moléculaire...). Permettant d’explorer les interactions entre altéragènes et récepteurs à plusieurs échelles spatiales et temporelles, les outils mathématiques, physico-chimiques et numériques sont utilisés en complément d’outils de biochimie (biomarqueurs) ou biologie moléculaire (-omics) pour simuler les interactions polluants / ligands biologiques (transport et accumulation chez des micro-organismes polluo-résistants ; association pesticides / protéines et mécanismes toxiques dans la faune sauvage) ou en association avec des approches de télédétection pour l’étude spatiale de la colonisation végétale de friches industrielles. Enfin, les compétences fortes acquises en simulation numérique (par ex. pour un meilleur contrôle balistique des traitements oncologiques) et en modélisation prédictive du transport de la pollution dans l’environnement (modèles de type émission-diffusion ou émission-propagation) ou du transfert dans les réseaux trophiques (modèles dynamiques proies-prédateurs) seront renforcées et mobilisées, tant en santé publique que pour la santé des écosystèmes.

4. Objets et terrains d’étude
Les travaux de recherche du thème POLLUTION recouvrent de multiples objets ou milieux d’étude, aussi bien terrestres qu’aquatiques, mais tous marqués, avec plus ou moins d’intensité, par l’empreinte des activités anthropiques. Ainsi, dans les agrosystèmes, le rôle de certaines pratiques agricoles comme l’utilisation de pesticides ou l’épandage de produits résiduaires organiques (pouvant contenir notamment des microplastiques) sera évalué par la mesure de réponses écotoxiques (physiologie, système immunitaire, biodiversité taxonomique ou fonctionnelle...) chez des micro-organismes ou invertébrés du sol ou des sédiments (bactéries, champignons, macrobenthos, mollusques...) ou dans la faune sauvage (oiseaux, (micro)mammifères...). Les environnements urbains concentrent de nombreuses activités humaines et donc une multitude de polluants de natures très diverses. En ce sens, ils représentent des territoires d’intérêt pour l’étude des impacts de multi-expositions sur des différentes cibles : les populations humaines et leur vulnérabilité aux pollutions atmosphériques, au bruit, aux radiofréquences ou au stress thermique (notamment sur des sujets sensibles comme les femmes enceintes) mais également les populations animales comme les oiseaux ou micromammifères, modèles biologiques très utilisés en écologie du stress urbain. Une des conséquences du développement des activités anthropiques est l’augmentation considérable des volumes d’effluents contaminés déversés dans l’environnement. Ainsi, et dans une volonté de contribuer au développement de la chimie verte, des travaux sont conduits pour améliorer les procédés de traitement des eaux usées (filtration, adsorption) en développant des matériaux avec des architectures macromoléculaires dédiées à la captation des principaux polluants présents dans les effluents industriels et avec une fonctionnalité ajustable selon les types de rejets (polysaccharides, dextrines, dérivés lignocellulosiques). Pour les contaminants issus d’activités spécifiques, comme dans la filière nucléaire actuelle et future (ITER), les travaux continuent d’être menés pour optimiser l’utilisation de matériaux nanoporeux, tels que les zéolithes, pour le stockage à long terme des eaux tritiées. Ces dernières décennies ont également vu considérablement augmenter le nombre et les surfaces des sites et sols pollués. Ainsi, qu’il s’agisse de friches industrielles ou d’agrosystèmes, les recherches concernent la restauration et la réhabilitation de ces zones en étudiant par exemple le rôle des microorganismes rhizosphériques dans les processus de résilience des sols contaminés et en proposant des méthodes de gestion écologique de ces milieux (leviers écosystémiques ou paysagers dans la gestion des risques liés aux pesticides par exemple). Ces approches seront notamment testées sur des sites totem incluant des laboratoires vivants (ou « living labs ») et zones ateliers ou expérimentales pour optimiser la transposabilité des approches développées et impliquer une diversité de parties prenantes (industriels/agriculteurs, habitants et collectivités locales). Enfin, toutes les activités et prospectives de recherche décrites précédemment s’appuieront sur des réseaux de mesures et d’observations en lien avec de nombreuses unités d’appui et de recherche. Citons, pour ceux qui concernent particulièrement le thème POLLUTION : les infrastructures eLTER (avec la ZA « Arc Jurassien », les SNO « KARST », « H+ » et « TOURBIERES »), le GDR « Écologie Trophique », le DIPEE BFC et l’OSU « THETA » (capteurs, base de données).