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International audience; European sturgeon (Acipenser sturio) is an anadromous fish which has been in sharp decline since the beginning of the 20th century. The last wild population of European sturgeon is settled in the Gironde Garonne Dordogne catchment. Because of global change, temperatures have risen and frequency and severity of hypoxic events have increased in this catchment. In addition, the A. sturio population faces chronic pollutant exposure due to increasing agricultural, industrial and domestic releases. The goal of this work is to examine the sensitivity of A. sturio early developmental stages to temperature variations, oxygen depletion and pollutions in environmentally realistic exposure conditions. Embryo-larvae were exposed to combined temperature conditions, ranged from 12°C to 30°C, and dissolved oxygen, ranged from 30 to 90 % O2 saturation (% O2 sat) and to four natural spawning grounds sediments. Lethal and sub-lethal effects were evaluated using embryonic and larval mortality, hatching success, malformation rate, yolk sac resorption, tissue development, routine metabolic rate (RMR), swimming speed and DNA damage (only for sediment exposure). Embryonic survival peaked at 20°C and no survival was recorded at 30°C. No hatching occurred at 50 % O2 sat or below. Malformation rate appeared to be minimum at 20°C and 90 % O2 sat. Maximum RMR were recorded at 20°C under 90 % O2 sat and at 16°C under 70 % O2 sat. At 20°C, RMR was lower at 70% O2 sat than at 90% O2 sat. Swimming speed peaked at 16°C. A. sturio's temperature optimum was shown to be close to 20°C. Its upper tolerance limit is between 26 and 30°C. Its lower tolerance limit was not reached and is supposed to be below 12°C. Oxygen depletion induce sublethal effects at 70 % and lethal effects at 50 % O2 sat. Strikingly, sediment quality of spawning ground had no effect on embryo-larval survival and hatching success. A significant increase of developmental defects and percentage of apoptotic cells was observed for one of the studied sediment. Current temperature, oxygen and sediment quality conditions in the Gironde basin are globally sustainable for A. sturio but a slight O2 levels decrease would impair European sturgeon maintenance capacity in the basin.

National audience

International audience; Introduction. The general objective of the ECHIBIOTEB research program (“Innovating tools for sampling, chemical and biological analyses for the diagnostic of wastewater advanced treatments and sludge treatments”, 2011-2014, financed by the French National Research Agency, coordinated by Irstea) is to use innovative and complementary tools to better assess the efficiency of wastewater advanced treatments and sludge treatments. To achieve this goal, various strategies were combined: chemical analysis of a large panel of selected priority and emerging contaminants, non-target chemical analysis, in vitro and in vivo biological analysis and integrative samplers. Through various examples, our presentation will focus on the interest and also the limit of these tools to evaluate the efficiency of wastewater advanced treatments and sludge treatments. The chemical and biological tools tested in the program. -Chemical analysis of targeted contaminants: 14 traces metal and 170 organic molecules belonging to pharmaceuticals, oestrogenic hormones, alkylphenols (AkP), Endocrine Disruptor Compounds (EDC), Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH), pesticides, PolyChloroBiphenyl (PCB) and PolyBrominated DiphenylEthers (PBDE) were selected. According to their physico-chemical properties, they are measured in the dissolved phase of water and/or in sludge samples. After extractions by methods such as Solid Phase Extraction or Solid Phase MicroExtraction (SPME) for waters, and Accelerated Solvent Extraction or microwave extraction for sludge, molecules are analysed by gas (GC) or liquid phase chromatography (LC) coupled with single or tandem mass spectrometry. In fine, the aim is to select the relevant compounds to characterize such water and sludge treatment processes. -Non-target chemical analysis: Various instrumental strategies such as GC-2D-MS/TOF (two-dimensional gas phase chromatography coupled to Time Of Flight mass spectrometer), SPME-GC/TOF, HRMS/TOF (High Resolution Mass Spectrometry) are applied to identify new organic contaminants or degradation products. -In vitro and in vivo biological analysis: they are used to link the presence of contaminants to their effects on biological receptors (in vitro assays) or on living organisms (in vivo assays). Receptors studied by in vitro bioassays are estrogen, androgen, glucocorticoid, thyroid and dioxin receptors. Cytotoxicity and genotoxicity are also evaluated. In vivo bioassays are performed either in laboratory on effluents, fresh sludge samples and sludge eluates, or in a modified in situ approach with wastewaters deviated and flow controlled. In vivo laboratory bioassays include aquatic and terrestrial tests: bacteria (acute toxicity, Microtox®), micro-algae (growth), rotifers (reproduction), micro-crustaceans (reproduction) and plants (root elongation and early growth). In vivo modified in situ bioassays are realised on gasteropod (survival, growth, reproduction), crustacean (survival, alimentation rate, reproduction), insect (survival, growth) and fish embryos (survival, hatching, developmental abnormalities). -Integratives samplers: POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) and SPMD (Semi-Permeable Membrane Device), dedicated to water sampling of hydrophilic and hydrophobic organic molecules respectively, are used to increase the samples representativeness1. Their use are combined with target and non target chemical analysis and with in vitro biological tests. -Effect directed analysis (EDA): whose principle is based on a combination of biotesting (by in vitro bioassays), fractionation procedure and chemical analytical methods. The toxic response guide the chemical fractionation and identification of compound responsible for the observed toxic effects. -Interaction of Dissolved Organic Matter (DOM) with micropollutants: the influence of the DOM onto toxicity and bioavailability of contaminants is studied through fast and small microplate tests, based on inhibitive competition of fluorescence. Sampling campaigns. From March 2011 to October 2012, 13 sampling campaigns (10 for water and 3 for sludge) were conducted. Water campaigns were organized either on a short (1 day) or on a long period (1 month). During short campaigns, chemical analysis of targeted contaminants, non-target chemical analysis, in vitro bioassays, in vivo bioassays praticed in laboratory and DOM tests were implemented. During long campaigns, every ECHIBIOTEB tools were used, including integrative samplers and in vivo in situ bioassays. Moreover, global parametres like phosphorus, nitrate, pH and suspended particles were controlled in order to give an indication on the operational conditions of the treatment studied. The treatments used for advanced (or tertiary) water treatments were adsorbants like Granular Activated Carbon (GAC), zeolites or expanded clay, and advanced oxidation processes (AOP) like ozone (O3), ozone peroxide (H2O2), UV/H2O2 , O3 + GAC, and polishing pond ; they were studied in full scale or large scale pilot design, located at the outlet of secondary biological treatments. For sludge treatments, solar dryer, compost and reed-bed filter were tested. First results. - Chemical analysis of targeted contaminants: For most of the compounds and whatever the type of treatment, targeted analysis showed a significant reduction in contaminant concentration in the dissolved phase of water after treatment. Pharmaceuticals concentrations, as example, were reduced in effluents about 100 times lower than in influents. The evaluation and discussion on removal rates are presented in a parallel study (ARMISTIQ research program) and detailed in the abstract “Occurrence of selected micropollutants in treated wastewater and removal with optimised tertiary treatments”. In our presentation, we will discuss on the pertinence of these compounds and more precisely on the selection of a shorter list of targeted compounds to characterize water and sludge treatment processes. -Non-target chemical analysis of 3 different sludge samples allowed to obtain a list of 190 molecules of interest, among which some nitrogen heterocyclic compounds as potential new contaminants. Further investigations are needed, especially combining chemical with biological analysis (EDA), to determine which compounds among these 190 would be the most relevant to be considered for water or sludge treatment characterization. -With in vitro biological analysis, an oestrogenic activity was detected in the aqueous influent of various advanced treatments, whereas it was poorly or not detected in the effluent. Compounds responsible for this toxic activity seem to be efficiently removed by GAC. Moreover, low PAH-like activity was detected in aqueous influent and effluent of wastewater tertiary treament in link to the low PAH concentrations measured in water samples. No dioxin-like or thyroid activity was detected in wastewaters. Genotoxic and cytotoxic activities were detected in some aqueous influents. Genotoxicity was no longer detected in effluents whereas cytotoxic activites are still detected at significant level in the ozone effluent. -With in vivo biological tests, low toxicity was measured in situ and in the laboratory before and after the studied treatment (O3+GAC and O3). Nevertheless, the size of the Japanese Medaka larvae and the hatching efficiency were reduced before those advanced treatments. Regarding the reproduction of Ceriodaphnia dubia, atypical dose-response curves were observed before the O3+GAC treatment showing inhibitory effects at low concentrations and reproduction rates significantly higher than the control at high concentrations. No difference was observed on the sludge toxicity before and after the solar dryer. On the contrary, the composting of sludge reduces the toxicity of the samples in terrestrials tests and tests performed on sludge water extracts, Furthermore, the root elongation test on oat in contact with fresh sludge sample seems suitable for routine analyses because of this simplicity and fastness. -The use of POCIS as integrative samplers allowed us to detect and quantify more -blockers, as an example, than with grab sampling. Nevertheless, the decrease of -blockers concentrations after advanced water treatment is in the same order of magnitude with grab and passive sampling. Compared to grab sampling, POCIS allowed to detect 7 more pharmaceuticals in influent of tertiary treatments and 4 more in effluents. The detection of a greater number of compounds thanks to integrative samplers (i.e. concentration effect) should be helpful to explain some toxicity results.

Par ces développements et mise en oeuvre de technologies innovantes d'échantillonnage et de mesures chimiques et biologiques pour le suivi des procédés avancés de traitement des eaux usées urbaines et des boues, le projet ECHIBIOTEB vise à : - réaliser des évaluations techniques poussées des procédés optimisés étudiés ; - contrôler les émissions de substances dangereuses issues des procédés avancés des stations d'épuration des eaux urbaines ou contenus dans les boues prévues pour épandage ; - traduire l’amélioration des connaissances scientifiques en outils opérationnels destinés aux organismes et autorités chargées de la mise en place de mesures pour l’atteinte du bon état des eaux, notamment dans le cadre des SDAGE. Les outils innovants d'échantillonnage et de mesures chimiques et biologiques mis en oeuvre dans ECHIBIOTEB n'ont jamais été, à ce jour, appliqués à des procédés avancés de traitement des eaux ni à des procédés de traitement des boues. Par ailleurs, la mise en oeuvre d'un panel aussi large de ces outils innovants est en soi originale et devrait permettre d'améliorer les connaissances sur leurs domaines d'application comparés et leur complémentarité. Le projet permettra de caractériser finement les procédés tertiaires avancés et les procédés de traitement des boues. L’objectif est particulièrement ambitieux puisqu’il s’intéresse aussi bien aux procédés intensifs compacts (oxydation à l’ozone, aux rayons UV, adsorption sur charbon actif, osmose inverse) plutôt applicables aux collectivités de taille importante ou à forte pression foncière, qu’aux procédés extensifs autonomes et de taille moins ramassée (zones humides, écoulement sur milieu filtrant dans le sol naturel ou rapporté), procédés souvent rencontrés dans les petites collectivités, mais envisageables en sortie de traitement secondaires de boues activées conventionnelles de moyenne taille. La même volonté a guidé le choix des procédés étudiés de traitement de boues qui s'est porté sur le compostage (avec digestion anaérobie en amont), plutôt adapté aux grandes collectivités, et la rhizofiltration caractéristique de petites stations, pour les collectivités rurales par exemple. L’intégration des aspects environnementaux dans l’évaluation de ces procédés est aussi un aspect novateur et particulièrement important dans un contexte où les ressources énergétiques deviennent de plus en plus limitées. La conférence proposée décrit l'état des résultats à mi parcours du projet.

Ce travail vise à comparer de quelles manières les trois espèces de poissons migrateurs thalassotoques (i.e. qui se reproduisent en mer et vont grandir dans les bassins versants) fréquentant la façade Atlantique : le mulet porc, l'anguille européenne et le flet, colonisent les estuaires de la Seine et de la Gironde et effectue leur croissance. L'hypothèse principale était que leur comportement pouvait être influencé par le niveau de contamination et de pressions anthropiques des estuaires. La démarche retenue pour aborder ces différentes échelles de manière comparative (entre les espèces et entre deux sites situées de manière similaire en Seine et en Gironde) a consisté à examiner : i) la phase de colonisation initiale à un stade très jeune par une approche expérimentale en mésocosme ; ii) la phase de croissance par un suivi en télémétrie acoustique en période estivale ; ii) l'ensemble du cycle vital par une analyse rétrospective à l'aide de la microchimie des otolithes des différents compartiments halins utilisés. Les trois niveaux d'analyse effectués avec des méthodes différentes permettent de dégager des patrons spécifiques (colonisation initiale, phase de croissance, cycle de vie) mais les différences entre les sites ne sont vraiment claires qu'à l'échelle très globale de l'utilisation des différents compartiments. Contrairement à notre hypothèse de départ les jeunes migrateurs thalassotoques parviennent à adopter un comportement spécifique en phase avec un rythme de type circadotidal ou nycthéméral y compris dans une ambiance de type Seine (très chargée en contaminants). Leur comportement est d'ailleurs peu différent dans les ambiances Seine ou Gironde. Il est donc tout à fait possible qu'ils ne soient pas extrêmement perturbés par les contaminants issus des sédiments que ce soit en Seine ou en Gironde. On notera toutefois que les civelles ont construit moins de terriers dans le sédiment de l'ambiance Seine que dans celui de l'ambiance Gironde, on peut imaginer que la plus forte contamination du sédiment de Seine les en dissuade. La fonctionnalité de corridor écologique ne semble donc pas empêchée par la contamination des sédiments. Durant leur phase de croissance en zone tidale d'eau douce les espèces étudiées utilisent des habitats différents selon des patrons temporels spécifiques (par exemple les mulets porcs utilisent les zones intertidales et les bras morts lors des flots de jours ; durant le jour les anguilles demeurent à l'abri dans des enrochements grossiers tandis que durant la nuit elles se déplacent dans des zones profondes à la recherche de leurs proies). Les résultats obtenus sur la Seine sont cohérent avec ceux obtenus sur la Gironde, ainsi dans les deux cas les flets recherchent de zones fraiches (ombre en Gironde, embouchures d'affluents plus frais en Seine), les anguilles présentent une activité principalement nocturne. La réaction des espèces au stress du marquage est très différente selon les espèces. Les mulets quittent très vite le secteur tandis que les anguilles et les flets sont au contraire extrêmement immobiles en "attendant" que leur condition s'améliore. Un épisode hypoxique observé en fin d'été sur la Seine a coïncidé avec un immobilisme des anguilles laissant penser que leur réaction à un stress environnemental pourrait se traduire par le même type de comportement que leur réaction au marquage. Les mulets de la Seine semblent moins inféodés à l'estuaire saumâtre que les mulets de la Gironde, ceci pourrait s'expliquer par la plus grande dimension de l'estuaire de la Gironde. Les anguilles de la Seine et de la Gironde présentent une grande variabilité d'histoires de vie mais on ne peut pas dégager de différences d'utilisation notables des habitats entre la Seine et la Gironde. Chez les flets la contribution des mères ayant utilisé l’eau douce est relativement plus importante en Seine qu'en Gironde. On en déduit une utilisation plus importante des habitats d’eau douce par les flets de Seine en comparaison avec les flets de la Gironde. Il en ressort globalement que les habitats dulcaquicoles de la Seine (trés diversifiés : bathymétrie, substrat, ripisylve…) sont proportionnellement plus utilisés par les espèces thalassotoques que ceux de Gironde. Cela peut s'expliquer par une moindre attractivité (ou une moindre capacité d'accueil) de l'estuaire saumatre de la Seine ou au contraire par une plus grande attractivité (ou une plus grande capacité d'accueil) de l'estuaire dulcaquicole de la Seine. Les comportements mis en évidence sur ces secteurs pourraient servir de référence pour des opérations de restauration.

Ce travail vise à comparer de quelles manières les trois espèces de poissons migrateurs thalassotoques (i.e. qui se reproduisent en mer et vont grandir dans les bassins versants) fréquentant la façade Atlantique : le mulet porc, l'anguille européenne et le flet, colonisent les estuaires de la Seine et de la Gironde et effectue leur croissance. L'hypothèse principale était que leur comportement pouvait être influencé par le niveau de contamination et de pressions anthropiques des estuaires. La démarche retenue pour aborder ces différentes échelles de manière comparative (entre les espèces et entre deux sites situées de manière similaire en Seine et en Gironde) a consisté à examiner : i) la phase de colonisation initiale à un stade très jeune par une approche expérimentale en mésocosme ; ii) la phase de croissance par un suivi en télémétrie acoustique en période estivale ; ii) l'ensemble du cycle vital par une analyse rétrospective à l'aide de la microchimie des otolithes des différents compartiments halins utilisés. Les trois niveaux d'analyse effectués avec des méthodes différentes permettent de dégager des patrons spécifiques (colonisation initiale, phase de croissance, cycle de vie) mais les différences entre les sites ne sont vraiment claires qu'à l'échelle très globale de l'utilisation des différents compartiments. Contrairement à notre hypothèse de départ les jeunes migrateurs thalassotoques parviennent à adopter un comportement spécifique en phase avec un rythme de type circadotidal ou nycthéméral y compris dans une ambiance de type Seine (très chargée en contaminants). Leur comportement est d'ailleurs peu différent dans les ambiances Seine ou Gironde. Il est donc tout à fait possible qu'ils ne soient pas extrêmement perturbés par les contaminants issus des sédiments que ce soit en Seine ou en Gironde. On notera toutefois que les civelles ont construit moins de terriers dans le sédiment de l'ambiance Seine que dans celui de l'ambiance Gironde, on peut imaginer que la plus forte contamination du sédiment de Seine les en dissuade. La fonctionnalité de corridor écologique ne semble donc pas empêchée par la contamination des sédiments. Durant leur phase de croissance en zone tidale d'eau douce les espèces étudiées utilisent des habitats différents selon des patrons temporels spécifiques (par exemple les mulets porcs utilisent les zones intertidales et les bras morts lors des flots de jours ; durant le jour les anguilles demeurent à l'abri dans des enrochements grossiers tandis que durant la nuit elles se déplacent dans des zones profondes à la recherche de leurs proies). Les résultats obtenus sur la Seine sont cohérent avec ceux obtenus sur la Gironde, ainsi dans les deux cas les flets recherchent de zones fraiches (ombre en Gironde, embouchures d'affluents plus frais en Seine), les anguilles présentent une activité principalement nocturne. La réaction des espèces au stress du marquage est très différente selon les espèces. Les mulets quittent très vite le secteur tandis que les anguilles et les flets sont au contraire extrêmement immobiles en "attendant" que leur condition s'améliore. Un épisode hypoxique observé en fin d'été sur la Seine a coïncidé avec un immobilisme des anguilles laissant penser que leur réaction à un stress environnemental pourrait se traduire par le même type de comportement que leur réaction au marquage. Les mulets de la Seine semblent moins inféodés à l'estuaire saumâtre que les mulets de la Gironde, ceci pourrait s'expliquer par la plus grande dimension de l'estuaire de la Gironde. Les anguilles de la Seine et de la Gironde présentent une grande variabilité d'histoires de vie mais on ne peut pas dégager de différences d'utilisation notables des habitats entre la Seine et la Gironde. Chez les flets la contribution des mères ayant utilisé l’eau douce est relativement plus importante en Seine qu'en Gironde. On en déduit une utilisation plus importante des habitats d’eau douce par les flets de Seine en comparaison avec les flets de la Gironde. Il en ressort globalement que les habitats dulcaquicoles de la Seine (trés diversifiés : bathymétrie, substrat, ripisylve…) sont proportionnellement plus utilisés par les espèces thalassotoques que ceux de Gironde. Cela peut s'expliquer par une moindre attractivité (ou une moindre capacité d'accueil) de l'estuaire saumatre de la Seine ou au contraire par une plus grande attractivité (ou une plus grande capacité d'accueil) de l'estuaire dulcaquicole de la Seine. Les comportements mis en évidence sur ces secteurs pourraient servir de référence pour des opérations de restauration.

International audience; L’esturgeon européen Acipenser sturio est un poisson migrateur en danger critique d’extinction dont la dernière population sauvage fréquente l’estuaire de Gironde. Depuis 1994, aucune reproduction en milieu naturel n’a été observée. Un plan national d’action vise à soutenir cette population en déclin par le lâcher chaque année de plusieurs dizaines de milliers de larves et de juvéniles dans les eaux de Garonne et de Dordogne. Dans ce contexte, la survie de ces poissons produits en captivité dans les conditions environnementales actuelles et futures en Gironde. Ainsi que la capacité des frayères historiques à accueillir à nouveau une reproduction d’esturgeon européen, sont deux problématiques essentielles. Pour répondre à ces deux interrogations des expérimentations ont été conduites dans le cadre du projet Sturtop (financement ANR et région Aquitaine) afin d’évaluer les capacités adaptatives des embryons, larves et juvéniles de A. sturio à la température, l’hypoxie, les polluants et la qualité des sédiments de frayère. Les résultats obtenus démontrent que les embryons et larves sont beaucoup plus sensibles aux hautes et basses températures (23°C) et aux conditions hypoxiques (