Modélisation de la bioaccumulation des métaux traces chez la moule, Mytilus galloprovincialis, par le couplage à un modèle de croissance de budget énergétique dynamique

Choix du modèle de bioaccumulation: modèle DEB

Importance du couplage

Le couplage entre un modèle cinétique d’accumulation et un modèle de croissance permet de répondre aux propos et objectifs de l’étude de la bioaccumulation des métaux, en y intégrant l’effet de la croissance et de l’état physiologique de l’organisme bioindicateur ainsi que l’effet des variables environnementales. En plus de traiter de l’accumulation des métaux traces à partir de la voie dissoute et particulaire, il tient compte de la biologie de l’individu (croissance, ponte, alimentation, respiration) et permet de mieux comprendre et quantifier l’effet des différentes interactions « Environnement Hôte Contaminant ». En effet, pour fonctionner, le modèle de bioaccumulation requiert la formulation d’un modèle de croissance (Chapitre 5).

Le modèle écophysiologique permet de restituer la croissance individuelle des filtreurs sur la base d’un bilan d’énergie (Kooijman, 1993; Kooijman, 2000). La croissance représente la connexion entre l’écophysiologie et la bioaccumulation. Ce type de modèle permet de pallier les limites des modèles empiriques développés dans le cadre d’étude: extrapolation possible à d’autres années et reproduction plus fine du processus de croissance liée à la reconstitution des mécanismes d’allocation d’énergie .

Equation du modèle DEB de bioaccumulation de Koiijman & van Haren, 

La capture, aussi bien que l’élimination, est supposée proportionnelle à la surface de l’organisme isomorphique, donc à W2/3. Ainsi: avec Q+: quantité de contaminant dans l’organisme entier (mol) ; ca: concentration en contaminant dans la fraction aqueuse de l’organisme qui est supposée être le seul compartiment en contact avec l’environnement (mol.cm-3) ; cd: concentration en contaminant dans l’eau, sous forme dissoute (mol.cm-3) ; cp: concentration en contaminant dans la nourriture (mol.cm-3) ; W: surface de l’organisme isomorphique, volume structure (cm3 ) ; rda: taux d’entrée du contaminant via l’eau (cm.d-1) ; rpa: taux d’entrée du contaminant via la nourriture (cm.d-1.g.cm-3) ; rad: taux d’élimination du contaminant (cm.d-1) ; fnut: réponse fonctionnelle de nutrition.

Figure 6.1: Représentation schématique des différents compartiments et flux de l’individu (A.) et du processus de bioaccumulation (B.) (d’après van Haren & Kooijman, 1994). rda et rpa: taux d’entrée du contaminant sous forme dissoute et particulaire, rad: taux d’élimination du contaminant. A partir de cette équation, en couplant au modèle de croissance (Figure 6.1), l’équation du modèle de bioaccumulation utilisé par Kooijman et van Haren (1990) est la suivante.

Les différentes étapes y amenant sont clairement décrites dans l’annexe 6.1 au chapitre. avec Cww: concentration en contaminant dans l’organisme entier (µg.g-1 p.s.) ; cd: concentration en contaminant dans l’eau, sous forme dissoute (µg.cm-3): cp: concentration en contaminant dans la nourriture (µg.cm-3) ; Pea et γ: coefficients de partition du contaminant entre les différents compartiments (s.d.) ; ds: masse volumique (densité) des tissus mous (g.cm-3) ; αe: rapport du volume maximum de réserves sur le volume de structure (s.d.) ; e: densité de stockage (réserves d’énergie/réserves maximales) (s.d.) ; V: volume de structure (cm3 ) ; r: rapport des gonades et des gamètes sur le volume de structure (s.d.).

Simplification du modèle de bioaccumulation

Ce modèle est assez complexe, dans le sens où il implique de nombreux paramètres et tient compte de la répartition du contaminant au sein des différents compartiments de l’organisme (Pea et γ). Cela dit, le manque de connaissance des coefficients de partition entre les différentes structures nous empêche de l’utiliser et nous oriente vers une simplification de sa structure avec Pea égal à γ (cf. annexe 6.1 au chapitre)