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Une bananeraie en Martinique (Lamentin, Martinique, 2012). © BRGM - Mathilde Senergues

Toxicité, mobilité et biodégradation de dérivés de la chlordécone formés lors de la dépollution des sols par le procédé d’ISCR (In Situ Chemical Reduction)

28.08.2018
L’emploi de la chlordécone (CLD) sur les sols des Antilles entre 1972 et 1993 afin de contrôler le charançon noir du bananier a entraîné la contamination de l’environnement et eu des effets négatifs sur la santé humaine. L’efficacité du procédé de réduction chimique in situ (ISCR) pour réduire les concentrations en CLD de nitisols antillais a été démontrée. Cependant, les propriétés des dérivés de la CLD formés lors de l’utilisation du procédé étaient méconnues. Pour déterminer si les produits de dégradation de la CLD formés par ISCR sont susceptibles de soulever des problèmes du même type que la CLD elle-même, des travaux ont été menés par le BRGM, sous le pilotage de la Direction Générale de la Prévention des Risques du Ministère chargé de l’Environnement, afin de comparer leurs toxicité, mobilité et biodégradabilité à celles de la CLD.

Les tests de toxicité réalisés in vitro et in vivo, y compris sur un modèle murin de tumeur prostatique humaine, montrent une diminution systématique des effets délétères liés aux dérivés de la CLD issus des déchlorations successives (ISCO).

En ce qui concerne l’entraînement des composés par l’eau s’infiltrant dans les sols, la mobilité des dérivés est d’autant plus grande que leur niveau de déchloration est élevé. Une contamination des eaux souterraines resterait donc à envisager et surveiller.

L’étude sur la biodégradabilité de la CLD et des molécules filles permet d’entrevoir une nouvelle voie potentielle de traitement de la CLD, alternative ou complémentaire à l’ISCR. Si les résultats, obtenus sur des milieux simplifiés et dans des conditions de laboratoire optimisées pour l’expression des mécanismes microbiens, ouvrent une nouvelle perspective, l’applicabilité dans des conditions réelles de sols en plein champ reste à démontrer.

Plantation de bananes. © BRGM

Plantation de bananes. © BRGM

Contexte

La chlordécone (CLD) est un insecticide organo-chloré synthétique (C10Cl10O) qui a été appliqué sur les sols de bananeraies (nitisols1) des Antilles entre 1972 et 1993 afin de contrôler le charançon noir du bananier. Très peu soluble dans l’eau et très peu dégradable, la CLD contamine depuis différents compartiments de l’environnement (sols, eaux, organismes vivants …). Elle est désormais associée à l’observation d’impacts négatifs sur la santé humaine (e. g. Multigner et al, 2010, 20162).

Objectif

La réduction chimique in situ (ISCR) a été identifiée, en 2009, comme l’approche la plus prometteuse pour la décontamination des sols contenant de la CLD. Des essais en laboratoire et de plein champ (en Martinique), menés par le BRGM entre 2013 et 2014, ont démontré que l’ISCR permet de diminuer de 60 à 70% les concentrations en CLD dans des nitisols. Cet effet positif s’accompagne de la formation de produits de dégradation de la CLD, notamment une mono-hydroCLD (CLD-1Cl) et une tri-hydroCLD (CLD-3Cl). Des travaux de comparaison entre la toxicité, la mobilité et la biodégradabilité de certains dérivés de la CLD et de la molécule mère ont été menés pour voir si ces produits de dégradation étaient susceptibles de soulever des problèmes sanitaires et environnementaux du même ordre que la CLD elle-même.

Programme des travaux

Les aspects toxicité, ont été traités au travers d’un partenariat noué avec l’Institut Pasteur de Lille et l’équipe INSERM UMR 1066 CNRS 6021 MINT d’Angers qui ont réalisé des tests in vitro et in vivo.

Les aspects mobilité et biodégradabilité ont été étudiés lors d’essais en laboratoire conçus et mis en œuvre par le BRGM. Toutes les analyses physico-chimiques et microbiologiques ont été effectuées dans les laboratoires du BRGM :

  • Mobilité comparée de la CLD, d’une CLD-1Cl et d’une CLD-3Cl 

Des colonnes décimétriques remplies d’un nitisol de bananeraie contaminé par la CLD, avant et après traitement par ISCR, ont été utilisées dans un protocole simulant plusieurs années d’infiltration d’une pluie efficace représentative de la plaine du Lamentin. Les caractéristiques hydrodynamiques de l’écoulement ont été quantifiées par des traçages au bromure.

  • Biodégradabilité de la CLD, d’une CLD-1Cl et d’une CLD-3Cl

Un consortium bactérien capable de transformer la CLD en une molécule à 9 carbones (C9Cl5H3) a été enrichi dans des conditions anoxiques, à partir de boues de STEP, puis inoculé en présence de CLD, de CLD-1Cl ou de CLD-3Cl avec un apport carboné. Les trois molécules ont été étudiées dans des flacons séparés en triplicats, mais avec le même inoculum bactérien.

Résultats obtenus

Toxicité comparée de la CLD, d’une CLD-1Cl, d’une CLD-3Cl et d’une CLD-4Cl

In vitro, la cytotoxicité des dérivés et leur activité œstrogénique diminuent au fur et à mesure de la déchloration de la CLD (CLD > CLD-1Cl > CLD-3Cl > CLD-4Cl), la différence d’activité œstrogénique étant statistiquement significative (p < 0,05) pour la CLD-4Cl. Ces résultats confortent ceux obtenus in vitro sur la génotoxicité et l’effet pro-angiogénique (Legeay et al., 20173).

In vivo, les travaux menés sur un modèle murin de tumeur prostatique humaine montrent que les déchlorations successives de la CLD réduisent la croissance tumorale et la vascularisation des tumeurs. La diminution de l’effet proangiogénique par rapport à la CLD est statistiquement significative pour la CLD-1Cl (p < 0,05 pour la forte dose et p < 0,01 pour la faible dose) et très significative pour la CLD-3Cl et la CLD-4Cl (p < 0,001 pour les deux doses ; Fig. 1). On peut donc estimer que l’effet cancérigène sera réduit. Des investigations plus poussées seraient nécessaires pour élucider les mécanismes moléculaires par lesquels la déchloration de la CLD réduit ses effets cancérogènes et pro-angiogéniques.

Aires formées par les néo vaisseaux dans les tumeurs prostatiques humaines implantées chez des souris traitées par voie orale avec deux doses de CLD, CLD-1Cl, CLD-3Cl ou CLD-4Cl.  * p &lt; 0,05 ; ** p &lt; 0,01 ; *** p &lt; 0,001.

Aires formées par les néo vaisseaux dans les tumeurs prostatiques humaines implantées chez des souris traitées par voie orale avec deux doses de CLD, CLD-1Cl, CLD-3Cl ou CLD-4Cl.  * p < 0,05 ; ** p < 0,01 ; *** p < 0,001.

L’ensemble des tests de toxicité, in vitro et in vivo, montre que les déchlorations successives de la CLD s’accompagnent systématiquement d’une diminution des effets délétères. Les dérivés de la CLD formés par ISCR devraient donc générer moins de problèmes sanitaires que la CLD elle-même.

Mobilité comparée de la CLD, d'une CLD-1Cl et d'une CLD-3Cl

Le traitement par ISCR conduit à une réduction significative des concentrations en CLD dans le sol (d’n facteur 2) et dans les eaux qui percolent (d’un facteur 3). Il provoque également l’apparition de produits de transformation de la CLD, essentiellement la CLD-1Cl et la CLD-3Cl. Dans les eaux qui percolent, les concentrations en CLD-1Cl, au départ similaires à celles mesurées pour la CLD, diminuent très régulièrement (Fig. 2). La concentration en CLD-1Cl (0,41 µg/L) observée après qu’un volume d’eau correspondant à 6 ans et 4 mois de pluie efficace ait circulé au travers de la colonne est ainsi 5,4 fois plus faible qu’au début de l’expérience. Les concentrations maximales en CLD-3Cl sont de l’ordre de 0,25 µg/L et diminuent rapidement jusqu’à ne plus être quantifiables après l’équivalent de 18 mois de pluie efficace.

Ceci traduit des différences significatives de réactivité de ces molécules envers le nitisol, la CLD-3Cl étant plus mobile que la CLD-1Cl, elle-même plus mobile que la CLD. Une contamination potentielle des eaux souterraines reste donc à envisager et à surveiller.

Évolution, en fonction de la pluie efficace cumulée, des concentrations en CLD, CLD-1Cl et CLD-3Cl en sortie de colonne d’un nitisol traité par ISCR.

Évolution, en fonction de la pluie efficace cumulée, des concentrations en CLD, CLD-1Cl et CLD-3Cl en sortie de colonne d’un nitisol traité par ISCR.

Biodégradabilité de la CLD, d’une CLD-1Cl et d’une CLD-3Cl

En trois mois, on observe une transformation complète de la CLD (avec une augmentation concomitante de C9Cl5H3) et de la CLD-1Cl, ainsi qu’un abattement significatif de la CLD-3Cl. Cette  capacité microbienne à agir sur des dérivés partiellement déchlorés de la CLD constitue une innovation par rapport aux travaux de l’équipe du CEA Saclay et Génoscope, montrant la capacité d’un consortium et deux nouveaux isolats de bactéries du genre Citrobacter, à transformer la CLD en une molécule à 9 carbones (Chausonnerie et al 20164). Des travaux sont actuellement en cours afin d’identifier les bactéries impliquées dans ces réactions ainsi que les produits filles formés.

Au-delà de l’étude de la biodégradabilité relative de la CLD et des molécules filles, les essais réalisés permettent d’entrevoir une nouvelle voie potentielle de traitement de la CLD aux Antilles (alternative ou complémentaire à l’ISCR). Ces résultats ont été obtenus sur des milieux simplifiés (pas de tests en sols réels à ce jour) et avec des conditions de laboratoire optimisées pour l’expression des mécanismes microbiens. L’applicabilité de la biodégradation bactérienne à des sols en plein champ reste donc à démontrer.

Partenaires

  • MTES/DGPR/SPNQE
  • Institut Pasteur de Lille
  • INSERM UMR 1066 CNRS 6021 MINT d‘Angers

RÉFÉRENCES

[1] Nitisol : type pédologique de sol caractéristique des Antilles, présentant une importante accumulation d’argile (30% ou plus en masse) et une structure en blocs.

[2] Multigner L, Kadhel P, Rouget F, et al (2016) Chlordecone exposure and adverse effects in French West Indies populations. Environ Sci Pollut Res Int 23:3–8. doi: 10.1007/s11356-015-4621-5.

Multigner L, Ndong JR, Giusti A, et al (2010) Chlordecone exposure and risk of prostate cancer. J Clin Oncol Off J Am Soc Clin Oncol 28:3457–3462. doi: 10.1200/JCO.2009.27.2153.

[3] LEGEAY S., BILLAT P. A., CLERE N., NESSLANY F., BRISTEAU S., FAURE S., MOUVET C., 2017. Two dechlorinated chlordecone derivatives formed by in situ chemical reduction are devoid of genotoxicity and mutagenicity and have lower proangiogenic properties compared to the parent compound. Env. Sci. Poll. Res., DOI 10.1007/s11356-017-8592-6.

[4] Chaussonnerie et al. (2016) Microbial degradation of a recalcitrant pesticide: chlordecone. Frontiers in Microbiology. doi 10.3389/fmicb.2016.02025). eCollection 2016. PubMed PMID: 28066351; PubMed Central PMCID: PMC5167691.

RAPPORTS PUBLICS

Examen des possibilités de traitement de la chlordécone dans les sols notamment sur les aires d'alimentation des captages d'eau potable. - RP-57708-FR

Décontamination par In Situ Chemical Reduction d’un nitisol et d’un sol alluvionnaire pollués par la chlordécone. - RP-65462-FR

BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : +33 (0)2 38 64 34 34