Modèles de qualité de l’eau et biodiversité en zone urbaine

La traditionnelle approche mécaniste en écologie consiste souvent en la détermination des principaux groupes qui constituent l’écosystème et en la manière dont ces groupes interagissent entre eux, avec les ressources nutritionnelles disponibles, en lien aussi avec la physique du milieu et en lien avec les espèces

« supérieures » qui peuvent ne pas être représentées (poissons par exemple).

Un exemple typique de ce type de modèle est le modèle PROSE (Even et al., 1998). Le modèle comporte un sous-module dédié à la modélisation de l’évolution des espèces chimiques et biologiques dans la colonne d’eau appelé RIVE et qui comporte de nombreuses équations de type Michaelis-Menten pour prévoir les évolutions conjointes des différentes variables. Le module RIVE est couplé d’une part à un module hydrodynamique mais aussi à un module de transport qui détermine comment solutés et particules sont transportés par advection et diffusés dans le milieu selon les différentes conditions initiales imposées au modèle et facteurs de forçage.

Aujourd’hui, ces modèles biogéochimiques qui modélisent les évolutions des grands groupes d’espèces en présence ne comportent que très rarement des modules relatifs aux polluants et à leurs effets de longs termes. Les effets étant fortement chroniques et ne portant pas toujours sur des évolutions sur les grands groupes

112

d’espèces, il n’apparait pas pertinent à ce stade d’ajouter l’impact sur les espèces des contaminants à ces modèles, sauf justement pour simuler leur transport.

Pourtant la manière dont les contaminants sont biodisponibles ou non pour les êtres vivants et la manière dont ils sont métabolisés est une donnée fondamentale par rapport à la question de la toxicité de ces contaminants.

De manière à mieux relier toxicité potentielle ou perturbation potentielle de l’écosystème aux contaminants, il pourrait être tout à fait pertinent de relier une approche fonctionnelle plutôt qu’une approche par espèce à la quantité de micropolluants déversée dans le milieu, et donc introduire dans les modèles une dose d’interaction chimie-biologie. Sans pour autant que ces modèles soient reliés à la question des contaminants, on voit de plus en plus apparaitre des modèles de ce type (Bruggeman and Kooijman, 2007).

Les questions qui se posent alors et qui me semblent laisser un champ très ouvert pour la recherche sont :

- Comment les communautés microbiennes de l’environnement sont-elles influencées par les conditions spécifiques au milieu urbain (qualité de l’air, composition chimique de l’eau et notamment polluants etc…)

- Comment se passe la métabolisation des polluants en fonction de la diversité fonctionnelle observée, à la fois pour les macro-organismes et pour les micro- organismes ?

- Y a-t-il une biodiversité caractéristique de l’urbain, en particulier chez les micro-organismes ?

Ces questions sont tout à fait importantes pour la détermination des normes à ne pas dépasser dans l’environnement, dans la mesure où c’est l’effet d’un contaminant sur l’environnement ou sur la santé humaine qui me semble être le point saillant pour la recherche et non son niveau de concentration.

Au-delà de la question environnementale, de plus en plus de travaux de recherche se penchent sur la question de l’influence des micro-organismes sur la santé humaine, et en particulier des organismes que nous abritons et qui constituent le « microbiome » humain (Blaser, 2014). Le corps humain n’est pas seulement un organisme multi- cellulaire, mais est constitué d’une multitude d’organismes uni-cellulaires. C’est la somme de ces organismes uni-cellulaires qui constitue le microbiome. Ainsi, les récentes découvertes dans le domaine de la biologie moléculaire montrent que l’état de santé d’un individu n’est pas seulement dû à l’état de son organisme mais de la composition de son microbiome constitué de l’ensemble des organismes unicellulaires.

Ceci a fait récemment l’objet d’un très gros projet du NIH pour caractériser le microbiome humain (Group et al., 2009), et arriver à déterminer sa composition et sa variabilité.

Plus récemment, les travaux de recherche en biologie ont étendu la notion de microbiome à l’ensemble de l’écosystème des micro-organismes qi sont dans l’environnement immédiat de l’être humain et donc en interaction avec ses cellules. Le terme de microbiome a donc été étendu à l’environnement. Cette nouvelle conception de la santé humaine reposant sur les microorganismes abrités et environnant est décrite comme une véritable révolution. Jusqu’à aujourd’hui, les travaux sur le microbiome environnemental ont pour la plupart des travaux initiaux porté sur les micro- organismes dans l’air (Be et al., 2015; Cao et al., 2014; Dybwad et al., 2014) ou à l’intérieur des habitations (Lax et al., 2014).

113

La plupart des contacts de l’individu avec son environnement passe par le toucher et par la respiration. L’état de contamination des surfaces urbaines est donc importante pour comprendre la composition du microbiome abrité par chacune ((Bahcall, 2015).

On voit d’ailleurs de plus en plus de travaux de recherche sur ce sujet, portant tour à tour sur l’influence du microbiome particulier au métro sur la santé humaine (Leung et al., 2014) que sur le microbiome que l’on peut trouver dans le milieu urbain en général et sur sa variabilité spatiale et temporelle. Ainsi des travaux récents comme ceux de Chris Mason à New York, coordinateur du « Urban Microbiome Project » se consacre à échantillonner de multiples surfaces urbaines fortement fréquentées pour voir quelles sont les espèces et quelles sont les fonctions assurées par les organismes de ces écosystèmes (Afshinnekoo et al., 2015). L’objectif poursuivi est d’analyser comment ce microbiome est influencé par la composition de l’environnement urbain considéré et d’analyser si cela a une répercussion sur la santé humaine (en se basant sur des études épidémiologiques). Si effectivement le microbiome urbain existe et joue un rôle par rapport à la santé humaine et à l’environnement, se pose du coup la question immédiate de l’impact de ce microbiome sur les contaminants (air, eau) en termes de métabolisation et réciproquement d’impacts des contaminants et de leurs écosystèmes asociés sur ce microbiome. A l’avenir, nous pourrions voir apparaitre des services écosystèmiques d’un nouveau type reposant sur le génie génétique du microbiome urbain et sa manipulation afin de l’optimiser pour une meilleure « santé » de l’homme et de son environnement.

114