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Évaluation de la contamination atmosphérique en éléments traces par les lichens
Figure 1 | Échantillon de Xanthoria parietina (L.) Th. Fr.
Les éléments traces (As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn…) sont des éléments chimiques faiblements concentrés dans l'environnement. Si certains d'entre eux sont nécessaires pour le bon développement des organismes vivants (éléments essentiels), tous se révèlent toxiques à fortes concentrations. Les éléments traces sont transportés dans l'atmosphère sur de longues distances ce qui impacte durablement l'environnement [1]. Or, l’évaluation des dépôts atmosphériques sur les surfaces continentales est manquante car complexe à mettre en œuvre du fait des faibles concentrations de ces éléments.
Les lichens (Figure 1), organismes symbiotiques entre une algue et un champignon, sont plus sensibles à la pollution atmosphérique que les feuilles des arbres via leurs caractéristiques biologiques (absence de système racinaire, absence de cuticule de protection, activité biologique quasi permanente) [2]. Le suivi des dépôts atmosphériques en éléments traces a été réalisé sur des sites forestiers éloignés de sources majeures de contamination à l’échelle de la France à travers deux approches distinctes de biosurveillance par les lichens : la bioaccumulation et la bioindication.
Les lichens (Figure 1), organismes symbiotiques entre une algue et un champignon, sont plus sensibles à la pollution atmosphérique que les feuilles des arbres via leurs caractéristiques biologiques (absence de système racinaire, absence de cuticule de protection, activité biologique quasi permanente) [2]. Le suivi des dépôts atmosphériques en éléments traces a été réalisé sur des sites forestiers éloignés de sources majeures de contamination à l’échelle de la France à travers deux approches distinctes de biosurveillance par les lichens : la bioaccumulation et la bioindication.
L’enregistrement des éléments traces par les lichens a démontré une forte influence de la lithologie régional (notamment pour As, Co, Cr, Ni et Ti ; Figure 2) : il s'agit du bruit de fond géochimique [3]. L'étude des terres rares, traceurs géochimiques de sources et de processus, a permis de mettre en évidence l'influence de particules issues de l'érosion des roches locales sur l'enregistrement par les lichens [4]. Des sources anthropiques additionnelles plus locales complètent régionalement les cortèges des éléments chimiques enregistrés (e. g. Cd, Cu, Sb et Zn) [3].
La confrontation de ces échantillons de lichens avec des spécimens historiques conservés dans des herbiers universitaires nous a permis de retracer l'évolution des dépôts atmosphériques sur 150 ans. Ainsi, il est apparu que l’utilisation du charbon fossile était la source dominante de contamination métallique durant la fin du XIXe siècle et le début du XXe siècle (en particulier pour As, Cd et Pb) [5]. Plus récemment, des sources (e. g. Sb et Sn) ont été enregistrées, ayant une portée plus locale que régionale comparé aux périodes précédentes [6].
La confrontation de ces échantillons de lichens avec des spécimens historiques conservés dans des herbiers universitaires nous a permis de retracer l'évolution des dépôts atmosphériques sur 150 ans. Ainsi, il est apparu que l’utilisation du charbon fossile était la source dominante de contamination métallique durant la fin du XIXe siècle et le début du XXe siècle (en particulier pour As, Cd et Pb) [5]. Plus récemment, des sources (e. g. Sb et Sn) ont été enregistrées, ayant une portée plus locale que régionale comparé aux périodes précédentes [6].
Figure 2 | Signatures géochimiques d'échantillons lichéniques différant selon la région
Figure 3 | Analyse en composantes principales sur les concentrations en éléments traces dans les échantillons de lichens, de mousses et de dépôts hors et sous couvert
En parallèle, les facteurs influençant la bioaccumulation des métaux par les lichens ont été testés. L’espèce considérée joue un rôle à travers la morphologie du thalle et, ainsi, le piégeage des particules atmosphériques. En revanche, l’écorce n'a pas montré d’influence majeure. En considérant les signatures des dépôts atmosphériques, le couvert végétal forestier au travers des pluviolessivats apparaît influencer davantage les mousses terricoles que les lichens corticoles (Figure 3) [7].
Des expérimentations d'adsorption/désorption ont permis de montrer un processus rapide d’accumulation (de l'ordre d'une semaine) pour Pb et Cd, mais ne montrent ni compétition entre les métaux bioaccumulés, ni influence du lessivage sur la bioaccumulation.
Des expérimentations d'adsorption/désorption ont permis de montrer un processus rapide d’accumulation (de l'ordre d'une semaine) pour Pb et Cd, mais ne montrent ni compétition entre les métaux bioaccumulés, ni influence du lessivage sur la bioaccumulation.
Les échelles de bioindication lichénique ont nécessité de profondes modifications à travers le temps en relation avec les changements de contaminants présents dans l'atmosphère. Afin d'évaluer la sensibilité des différentes espèces de lichens vis-à-vis de la pollution par les métaux, un couplage des approches de bioindication et de bioaccumulation a été proposé [8]. Ainsi, chaque espèce étudiée a été placée sur une échelle de sensibilité (Figure 4), ce qui permettra ultérieurement de réactualiser les échelles pré-existantes en intégrant la pollution métallique.
Figure 4 | Analyse canonique évaluant la sensibilité des espèces lichéniques à la pollution métallique
Références
[1] Pacyna J. M. – Atmospheric trace elements from natural and anthrogenic sources. In Nriagu J. O. & Davidson C. L. (ed.), Toxic metals in the atmosphere, pp. 33–52. John Wiley and Sons. New York (1986)
[2] van Haluwyn C., Lerond M. – Guide des lichens. Lechevalier. Paris. 344 p. (1993)
[3] Agnan Y. et al. – Large-scale atmospheric contribution of trace elements registered in foliose lichens in remote French areas. Actes de conférence de 16th International Conference on Heavy Metals in the Environment, Rome, 23–27 sept. 2012, volume 1 (2013)
[4] Agnan Y. et al. – Origin and distribution of rare earth elements in various lichen and moss species over the last century in France. Science of the Total Environment 487: 1–12 (2014)
[5] Agnan Y. et al. – Investigation of spatial and temporal metal atmospheric deposition in France through lichen and moss bioaccumulation over one century. Science of the Total Environment 529: 285–296 (2015)
[6] Agnan Y. et al. – Comparing early twentieth century and present-day atmospheric pollution in S-W France: a story of lichens. Environmental Pollution 172: 139–148 (2013)
[7] Gandois L. et al. – Use of geochemical signatures, including rare earth elements, in mosses and lichens to assess spatial integration and the influence of forest environment. Atmospheric Environment 95: 96–104 (2014)
[8] Agnan Y. et al. – Evaluation of lichen species resistance to atmospheric metal pollution by coupling diversity and bioaccumulation approaches: a new bioindication scale for French forested areas. Ecological Indicators 72: 99–110 (2017)
[1] Pacyna J. M. – Atmospheric trace elements from natural and anthrogenic sources. In Nriagu J. O. & Davidson C. L. (ed.), Toxic metals in the atmosphere, pp. 33–52. John Wiley and Sons. New York (1986)
[2] van Haluwyn C., Lerond M. – Guide des lichens. Lechevalier. Paris. 344 p. (1993)
[3] Agnan Y. et al. – Large-scale atmospheric contribution of trace elements registered in foliose lichens in remote French areas. Actes de conférence de 16th International Conference on Heavy Metals in the Environment, Rome, 23–27 sept. 2012, volume 1 (2013)
[4] Agnan Y. et al. – Origin and distribution of rare earth elements in various lichen and moss species over the last century in France. Science of the Total Environment 487: 1–12 (2014)
[5] Agnan Y. et al. – Investigation of spatial and temporal metal atmospheric deposition in France through lichen and moss bioaccumulation over one century. Science of the Total Environment 529: 285–296 (2015)
[6] Agnan Y. et al. – Comparing early twentieth century and present-day atmospheric pollution in S-W France: a story of lichens. Environmental Pollution 172: 139–148 (2013)
[7] Gandois L. et al. – Use of geochemical signatures, including rare earth elements, in mosses and lichens to assess spatial integration and the influence of forest environment. Atmospheric Environment 95: 96–104 (2014)
[8] Agnan Y. et al. – Evaluation of lichen species resistance to atmospheric metal pollution by coupling diversity and bioaccumulation approaches: a new bioindication scale for French forested areas. Ecological Indicators 72: 99–110 (2017)
