thumb|upright=1.2|Principe de la bioamplification La bioaccumulation désigne la capacité de certains organismes (végétaux, animaux, fongiques, microbiens) à absorber et concentrer dans tout ou une partie de leur organisme (partie vivante ou inerte telle que l'écorce ou le bois de l'arbre, la coquille de la moule, la corne, etc.) certaines substances chimiques, éventuellement rares dans l'environnement (oligo-éléments utiles ou indispensables, ou toxiques indésirables)Glossaire, sur le site de l'Institut supérieur d'ingénierie et de gestion de l'environnement (ISIGE)..
Chez un même organisme, cette capacité peut fortement varier selon l'âge et l'état de santé, ou selon des facteurs externes (saison, teneur du milieu en nutriments, pH ou cofacteurs variés (synergies ou symbioses avec une autre espèce par exemple)). Chez une même espèce, les individus peuvent pour des raisons génétiques être plus ou moins accumulateurs, mais de manière générale certains genres ou groupes sont connus pour être de très bons bioaccumulateurs. Chez les champignons (qui sont souvent de bons bioaccumulateursLaurent Jacquiot, Olivier Daillant, "Bioaccumulation des éléments traces et des radioéléments par les macromycètes, Revue bibliographique, partie II ; Observations mycologiques, Bulletin de l'observatoie mycologique , décembre 2000), c'est le cas par exemple des agaricsStijve, T., Besson, R., 1976. Mercury, cadmium, lead and selenium concentration of mushroom species belonging to the genus Agaricus. Chemosphere 51, 151–158 pour le mercure, plomb, cadmium et le sélénium. Le sélénium est également très bien accumulé par les champignons du genre Albatrellus Stijve, T., Noorloos, T., Byrne, A.R., Slejkovec, Z., Goessler, W., 1998. High selenium levels in edible Albatrellus mushrooms. Dtsch. Lebensm. Rdsch. 94, 275–279. US EPA, 1989. Health effects assessment. Office of Emerging and Remedial Response, US Environment Protection Agency, Washington, DC ou par l'amanite Amanita muscariaWatkinson, J.H., 1964. A selenuim-accumulating plant of the humid regions: Amanita muscaria. Nature 4928, 1239–1240..
Des organismes apparemment proches dans leur mode d'alimentation (ex. : moules et huîtres), dans un même milieu et dans des conditions comparables accumulent très différemment les métaux. Par exemple, l'IFREMER a estimé en 2002 que pour les espèces courantes, le rapport de bioaccumulation entre les huîtres et les moules est d'environ 25 pour l'argent (ce qui signifie que l'huître en accumule plus en moyenne), 0,5 pour le nickel et le cobalt et de 1 pour le vanadiumSurveillance du milieu marin, travaux du Réseau National d'Observation de la Qualité du Milieu Marin Ifremer, Le RNO : programmes actuels - L'argent, le cobalt, le nickel et le vanadium dans les mollusques du littoral français - Les carottes sédimentaires, mémoire de la contamination ; Bulletin Ifremer, 2002 Télécharger le pdf.
Aspects éco-toxicologiques et de santé environnementale
Dans les environnements pollués ou naturellement riches en certains toxiques bioaccumulables, la bioaccumulation de produits toxiques peut affecter l'individu et l'espèce, mais pas nécessairement (par exemple les lichens et champignons peuvent accumuler de grandes quantités de radionucléides et de métaux toxiques pour les animaux sans apparemment eux-mêmes en souffrir significativementAllen, R.O., Steinnes, E., 1978. Concentrations of some potentially toxic metals and other trace elements in wild mushrooms from Norway. Chemosphere 4, 371–378. ; en réalité, les métaux peuvent ensuite affecter la bonne germination des spores ou la qualité des symbioses développées avec les plantesInfluence des métaux lourds sur la germination des spores de champignons endomycorhiziens à arbuscules dans les sols LEYVAL C. ; WEISSENHORN I. ; GLASHOFF A. ; BERTHELIN J. (CNRS Univ. Nancy I) ; Journal Title Acta botanica gallica ; ; Congrès Mycorhizes. Journée d'étude, Paris, FRANCE (19/11/1993) 1994, vol. 141, no 4 (182 p.) (8 ref.), , Ed:Société botanique de France, Lille, France). Cette capacité peut être renforcée dans certains contextes (sols acides, sol pollué, pluies acides par exemple qui augmentent plus ou moins la mobilité et la biodisponibilité des radionucléides, des éléments traces métalliquesAlonso, J., Salgado, M.J., Garcia, M.A., Melgar, M.J., 2000. Accumulation of mercury in edible macrofungi: influence of some factors. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 38, 158–162.Gast, C.H., Jansen, E., Bierling, J., Haanstra, L., 1988. Heavy metals in mushrooms and their relationship with soil haracteristics. Chemosphere 17, 789–799.Falandysz, J., Chwir, A., 1997. The concentrations and bioconcentration factors of mercury in mushrooms from the Mierzeja Wislana sand-bar, Northern Poland. Sci. Total Environ. 203, 221–228. et métalloïdes toxiques comme l'arsenicSlekovec, M., Irgolic, K.J., 1996. Uptake of arsenic by mushrooms from soil. Chem. Spec. Bioavalab. 8, 67–73.). Dans le milieu aquatique (eau douce, eau saumâtre, estuarienne ou de mer), c'est le sédiment qui joue le rôle du sol en piégeant plus ou moins ou en transformant les toxiques qu'il reçoit ou qu'il contient naturellementKannan, K., Smith, R.G., Lee, R.F., Windom, H.L., Heitmuller, P.T., Macauley, J.M., Summers, J.K., 1998. Distribution of total mercury and methyl mercury in water, sediment and fish from South Florida estuaries. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 34, 109–118..
La forme chimique du produit importe aussi. Par exemple le mercure est différemment absorbé selon qu'il est sous forme de mercure métallique ou sous forme de mercure méthylé, et dans ce cas la nature du sol importe aussi (pH, capacité d'échange d'ions, complexes organohumiques, etc., comme on l'a montré dans l'environnement des mines de mercureBargagli, R., Baldi, T., 1984. Mercury and methyl mercury in higher fungi and their relation with the substrata in a cinnabar mining area. Chemosphere 13, 1059–1071..
Les espèces qui accumulent le plus à leur niveau trophique sont souvent des organismes filtreurs ou des champignons, qui par leur tissu souterrain prospectent un grand volume de sol. Ils peuvent aussi intercepter certains des produits chimiques ou éléments présents dans les pluies, issus du lessivage de l'atmosphère par ces dernières(radiocésium des retombées de Tchernobyl par exempleBakken, L.R., Olsen, R.A., 1990. Accumulation of radiocaesium in fungi. Can. J. Microbiol. 36, 704–710. ). Ensuite un autre phénomène intervient dans le réseau trophique, c'est la bioconcentration.
Des problèmes de santé environnementale apparaissent quand il s'agit d'espèces consommées par le gibier, les ressources halieutiques, les animaux d'élevage ou l'homme.
Ainsi, la teneur en fer, en calcium ou en résidus des plastiques (phtalates) des tissus des poissons de la Seine, par exemple, est immensément plus importante (10, 100 ou 1000 fois plus) que les taux de fer, calcium ou phtalates mesurés dans l'eau de la Seine. Pour le fer ou le calcium, la bioaccumulation peut compter parmi les mécanismes physiologiques qui maintiennent les poissons en bonne santé ; c'est le cas notamment si les poissons arrivent bien à contrôler leur teneur en ces substances en les éliminant si elles sont trop présentes (homéostasie). La bioaccumulation des phtalates, elle, relève de la toxicité environnementale : ils ne servent en rien pour les organismes vivants, au mieux ils les gênent (il faut les éliminer), au pire ils l'intoxiquent ou affectent ses capacités de reproduction ou celles de sa descendance (perturbateur endocrinien).
Certaines substances non ou peu dégradables sont persistantes dans les organismes vivants (biopersistance) car elles ne sont pas métabolisées. Leur possibilité d'accumulation est d'autant plus importante que les organismes n'ont pas d'autres alternatives que de les éliminer (processus long) ou de les stocker.
La toxicité d'une substance dépend parfois de sa capacité à s'accumuler dans l'organisme. Certaines substances bioaccumulées par les plantes, les animaux et les humains sont connues pour être toxiques, cancérigènes, tératogènes ou induisant la mort, une stérilité, des malformations, etc. C'est le cas du benzo[a]pyrène (de la classe des hydrocarbures aromatiques polycycliques), des polychlorobiphényles, des perturbateurs endocriniens, du plomb et d'autres métaux présents dans l'environnement du fait de la pollution.
La bioaccumulation s'effectue par le biais de l'alimentation d'organismes, et via tout le réseau trophique. Naturellement, plus la chaîne trophique est longue, plus l’accumulation est importante et plus les effets délétères risquent d'être marqués. Les prédateurs, situés en parties terminales des chaînes alimentaires sont donc particulièrement vulnérables à ce type de pollution, et leur présence est le signe d’une qualité satisfaisante du milieu où ils ont effectué l'essentiel de leur croissance.
Le risque qu'un polluant bioassimilable soit bioconcentré par une espèce n'est généralement pas lié à l'importance quantitative de la présence du contaminant dans le milieu DeForest DK, Brix KV, Adams WJ (2007), Assessing metal bioaccumulation in aquatic environments : the inverse relationship between bioaccumulation factors, trophic transfer factors and exposure concentration. ; Aquat Toxicol. 2007 Aug 30; 84(2):236-46. Epub 2007 Jun 16 (résumé). Il y a le plus souvent une relation inverse entre les facteurs de bioconcentration (FBC) et l'exposition d'un animal ou d'une plante à un élément (polluant ou oligoélément)McGeer JC, Brix KV, Skeaff JM, DeForest DK, Brigham SI, Adams WJ, Green A (2003), Inverse relationship between bioconcentration factor and exposure concentration for metals : implications for hazard assessment of metals in the aquatic environment ; Environ Toxicol Chem. 2003 May; 22(5):1017-37 (résumé).
Bioaccumulation et biotransformation Tout en accumulant un composé, certains organismes peuvent aussi le transformer. Par exemple les macrochampignons peuvent accumuler des formes organiques du mercure (méthylmercure) mais aussi - comme les bactéries des sédiments transformer du mercure inorganique en mercure organique beaucoup plus toxique et bioassimilable Fischer, R.G., Rapsomanikis, S., Andreae, M.O., Baldi, F., 1995. Bioaccumulation of methylmercury and transformation of inorganic mercury by macrofungi. Environ. Sci. Technol. 29, 993–999.
Risques et dangers Beaucoup d'animaux filtreurs (coquillages bivalves, dont huitres et moules) ou de bioconcentrateurs tels que les champignons sont des aliments recherchés ; quand ils sont récoltés dans des environnements naturellement riches en métaux ou pollués par l'homme, ils sont une source d'éléments indésirables ou toxiques dans l'alimentation humaineFalandysz, J., Szymczyk, K., Ichihashi, H., Bielawski, L., Gucia, M., Frankowska, A., Yamasaki, S., 2001. ICP/MS and ICP/AES elemental analysis (38 éléments) of edible wild mushrooms growing in Poland. Food Addit. Contam. 18, 503–513.. Les champignons peuvent concentrer presque tous les métaux et métalloïdesKalac, P., Svoboda, L., 2000. A review of trace element concentrations in edible mushrooms. Food Chem. 69, 273–281., avec des capacités de concentration variantes selon les espèces et le contexte.
Concernant les ETM toxiques, le risque est particulièrement élevé dans les régions industrielles, autour des fonderies et sur les friches industrielles héritées de la métallurgie et l'exploitation minière. Ceci a par exemple été montré pour l'exploitation du plomb, du cadmium, du mercure et du cuivreKalac, P., Burda, J., Staskova, I., 1991. Concentrations of lead, cadmium, mercury and copper in mushrooms in the vicinity of a lead smelter. Sci. Total Environ. 105, 109–119. Kalac, P., Niznanska, M., Bevilaqua, D., Staskova, I., 1996. Concentrations of mercury, copper, cadmium and lead in fruiting bodies of edible mushrooms in the vicinity of a mercury smelter and a copper smelter. Sci. Total Environ. 177, 251–258.