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Influence des
propriétés physico-chimiques
des composés xénobiotiques
sur
la vitesse et l'importance de
l’Adsorption / Absorption.
La pollution de la biosphère
constitue une menace dont
l'impact sur l'état de
l'environnement s'accroit à une
échelle globale.
Introduction
La connaissance scientifique sur
les modalités de pollution de la
biosphère, celle de ses effets, non
seulement sur les êtres vivants
isolés, mais sur les systèmes
écologiques en tant que tels, est
un préalable catégorique si l'on
veut assurer la qualité et la
pérennité de tous les
écosystèmes.
La pollution constitue un danger
immédiat pour la santé de l’homme
Tout ceci s’est d’ailleurs traduit ces
dernières années par la création de
Eco-toxicologie
Interface entre Ecologie et Toxicologie
 l'écotoxicologie peut être définie comme la science dont l'objet
est l'étude des polluants toxiques dans les divers écosystèmes
continentaux et marins, même ceux les plus reculés et donc
apparemment les moins marqués par l'action de l'homme
(Ramade, 1992)
Eco-toxicologie
Le terme inventé par Truhaut (1969) qui la considère comme
une extension naturelle de la toxicologie appliquée aux effets
sur les écosystèmes.
Plus récemment Newman en 2000; et Clements en
2008 a défini l’écotoxicologie comme la science des
contaminants dans la biosphère et leurs effets sur les
constituants de la biosphère en y incluant l’homme
 L’ écotoxicologie a pour objet de préciser:
- leurs effets biocénotiques ainsi que les perturbations
qu'ils induisent dans les processus écologiques
fondamentaux en particulier dans ceux qui assurent la
productivité biologique des écosystèmes et de la
biosphère.
- les modalités et mécanismes de la contamination des divers
écosystèmes par les principales catégories de polluants toxiques ;
- leur circulation et leurs transformations biogéochimiques dans
ces derniers ;
Parallèlement à l'écotoxicologie, la toxicologie de l'environnement
s'intéresse essentiellement aux modalités par lesquelles des
polluants exercent une action toxique ou perturbatrice sur les
organismes-cibles, animaux ou végétaux, et aux mécanismes de
cette action aux plans cellulaires et moléculaires.
Toxicologie
Les principales causes :
de contamination de
l'écosphère dans la civilisation
industrielle aujourd'hui sont :
 les activités agricoles.
 la production de l'énergie,
 les activités de l'industrie chimique,
LA TOXICITE DES POLLUANTS CHIMIQUES
VIS-A-VIS DES ORGANISMES MARINS
 La durée de vie d'un composé xénobiotique chez un animal est
déterminée par l'équilibre entre différents processus physiologique :
1. l'adsorption,
2. l’absorption
3. le stockage,
4. le métabolisme
5. et l'élimination.
 Ceci peut conduire à des phénomènes· de bioaccumulation et de
persistance de composés chimiques dans les organismes,
 Pour le cas des composés hydrophobes lipophiles, la distribution dans
les différents organes s'effectue en fonction de la teneur en lipides des
différents tissus.
Xénobiotiques:
Substances étrangère à l’organisme, ils
comprennent les médicaments, les
produits chimiques industriels, les
poisons naturels et les polluants
environnementaux.
Devenir du xénobiotique dans l’organisme
 Le devenir d’un xénobiotique dans l’organisme est divisé en 5 phases :
Adsorption
Absorption
Distribution
Métabolisme
et Excrétion
= Pénétration du xénobiotique dans
l’organisme
= Répartition du xénobiotique dans
l’organisme
= Biotransformation
du xénobiotique
= Elimination de l’organisme du
xénobiotique et de ses métabolites
= disponibilité en quantité et adhérence du xénobiotique
Quelques définitions
 L'adsorption : est un phénomène physique de fixation de molécules sur la
surface d'un solide. Ce phénomène est utilisé pour "récupérer" des
molécules ...
 L'adsorption est donc un phénomène de surface contrairement à
l'absorption. En effet, le préfixe « ad » indique que les molécules se
disposent sur le matériau considéré, sous l’effet de forces qui sont de
deux types: physiques ou chimiques et elles donnent lieu à la
physisorption ou à la chimisorption.
Les groupements de la biomasse algales chargées
négativement tels que les groupements
carboxyliques, hydroxyles sont connus pour
adsorber les cations métalliques
Le mécanisme d’adsorption
 Le processus d’adsorption d’un soluté à la surface d’un adsorbant peut être décomposé en
étapes élémentaires successives. Chacune de ces étapes peut contrôler le phénomène
global dans des conditions données.
 Au cours de l’adsorption d’une espèce sur un solide, le transfert de matière a lieu de la
phase fluide vers les sites actifs de l’adsorbant. Ce processus s’opère en trois étapes :
- Première étape : transfert de
matière par diffusion externe
(soluté surface de
l’adsorbant) ;
- Seconde étape : transfert de
matière en surface ;
- Troisième étape : transfert de
matière à l’intérieure des grains et
fixation sur les sites actifs de
l’adsorbant.
1-diffusion externe; ; 2-diffusion de surface; ;
3-diffusion interne (dans les pores).
Fluide
L’absorption est l’incorporation d’une substance par l’organisme. Ce terme
comprend habituellement non seulement le passage à travers la barrière tissulaire,
mais aussi le transport ultérieur vers la circulation à l’intérieur des cellules.
Quelques définitions
Toxicocinétique :
 Relation entre la concentration de substance toxique et le
temps pour une exposition donnée indépendamment des effets
 Concentration = f (temps)
Toxicodynamique :
 Relation entre la dose de substance toxique et l’effet toxique
indépendamment du temps
 Effet = f (dose)
Résumé:
Exposition
à un
xénobiotique
Absorption
Distribution
Métabolisme
Elimination
Effets sur la
santé
Toxicodynamique
Toxicocinétique
Adsorption
Fragilisation
de l’organe
cible
Adsorbés
Absorbés
ligands précurseurs
Sous l’effet de la force centrifuge des
Cristaux sous forme de bâtonnets ou
paillettes qui représentent des ligands
précurseurs.
Carboxylate
Structure chimique de l’alginate :
- Acide b-1,4-D-mannuronique (M) et
- Acide a-1,4-L- guluronique (G)
Phase matricielle
Cystosiera stricta
La biosorption des MX a lieu à
l'intérieur du réseau
tridimensionnel du polymère.
Comportement
du métal par
rapport à un
substrat
végétale (la
membrane
plasmique)
Mécanisme de
réponse au
stresse oxydant
1
2
3
 L’étude de l’influence de la température sur l’adsorption nous a permet
de constater qu’une élévation de la température conduit à une
augmentation considérable de la capacité d’adsorption qui se stabilise
après 45 °C.
ETUDE DES PARAMETRE INFLUENÇANT L’ADSORPTION
 la température
 Les résultats expérimentaux obtenus illustré dans la figure ci-dessus
prouvent que ce paramètre affecte positivement ce processus par une
forte contribution énergétique, permettant de vaincre ainsi les forces de
répulsion localisées au niveau des interfaces des milieux liquides et
solides.
Remarque:
 Augmentation de la T° a été attribué
à l'augmentation de la taille des pores
de l'adsorbant ou, éventuellement, à
la création des nouveaux sites actifs
d'adsorption
 et détruit toute matière organique
susceptible de diminuer la capacité
d’adsorption.
 Influence du temps de contact sur la quantité d’adsorbtion.
 temps de contact
Evolution de la quantité d’un
élément (X) adsorbée en
fonction du temps de contact
pour différentes concentrations.
 Le pH :
Le pH est un facteur important dans toute étude d’adsorption du fait qu’il peut
influencé à la fois sur la structure de l’adsorbant et de l’adsorbat ainsi que sur
le mécanisme d’adsorption.
Exp: le pH acide ( plusieurs ions +) bloque les sites privilégiés des membranes
ou parois cellulaire des végétaux (composés de groupements fonctionnels
chargés négativement).
différents groupes de ligands
 Le comportement d'absorption des ions métalliques de la résine (PAGA =
résine chélatante qui est un produit synthétique) en fonction du Ph.
 Le comportement de la résine chélatante à la sorption des ions
métalliques, est influencé par la valeur du pH, qui influence à son tour la
structure de surface des sorbants,
Acide alginique alginate
 Influence de la vitesse de l’agitation sur la quantité adsorbée
 La surface d’échange et la distribution des particules de l’adsorbant
dans la solution sont intimement liées à la capacité d’adsorption de
l’adsorbant.
 quand la vitesse d’agitation est
supérieure à 400 tr/min, il y’a
formation de grands tourbillons
au sein de la solution, ce qui
réduit le contact adsorbant-
adsorbat.
 nous constatons que la quantité
adsorbée diminue avec
l'accroissement de la masse de
l’adsorbant introduite.
 influence de la Salinité
Salinité
Milieu devient basique
Milieu devient acide
Augmentation
importante de
Na+
Très faible adsorption
Facteurs qui influencent la toxicité des métaux
 Les métaux sont des polluants conservatifs, c'est-à-dire qu’ils ne sont pas
détruits par des bactéries. L’accumulation de ces derniers par les plantes et
les animaux dépend donc du métal et de l’organisme.
 Les organismes sont exposés à ces métaux par trois voies d’exposition :
par voie respiratoire, à travers l´épiderme,
et par voie trophique.
 La figure ci-contre fait un résumé des facteurs qui influencent la toxicité de
métaux en solution.
 Ces facteurs incluent des facteurs abiotiques (température, pH, salinité) et
biotiques (âge, taille, cycle de vie, etc.).
 L’exposition simultanée à deux ou plusieurs contaminants
peut modifier l’expression de leur toxicité par suite à
l’existence de deux phénomènes opposés : la synergie et
l’antagonisme.
 Ainsi, quand on est en présence de deux ou plusieurs
contaminants ceux-ci peuvent ne présenter aucune
interaction ou alors avoir des effets synergétiques ou
antagoniques.
Notion d’effets synergétiques et antagoniques
 Dans l’effet synergétique, on constate que la prise de deux substances
toxiques est amplifiée par les deux toxiques administrés simultanément.
 Par contre, il existe un effet antagonique quand l’accumulation de deux
substances toxiques peut conduire à une atténuation de la toxicité.
 Tel est le cas quand le mercure (Hg) et le sélénium (Se) sont présents.
Le sélénium a un effet antagonique par apport au mercure.
Chélation naturelle des
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sans chimie !
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  • 1. Influence des propriétés physico-chimiques des composés xénobiotiques sur la vitesse et l'importance de l’Adsorption / Absorption.
  • 2. La pollution de la biosphère constitue une menace dont l'impact sur l'état de l'environnement s'accroit à une échelle globale. Introduction La connaissance scientifique sur les modalités de pollution de la biosphère, celle de ses effets, non seulement sur les êtres vivants isolés, mais sur les systèmes écologiques en tant que tels, est un préalable catégorique si l'on veut assurer la qualité et la pérennité de tous les écosystèmes. La pollution constitue un danger immédiat pour la santé de l’homme Tout ceci s’est d’ailleurs traduit ces dernières années par la création de Eco-toxicologie Interface entre Ecologie et Toxicologie
  • 3.  l'écotoxicologie peut être définie comme la science dont l'objet est l'étude des polluants toxiques dans les divers écosystèmes continentaux et marins, même ceux les plus reculés et donc apparemment les moins marqués par l'action de l'homme (Ramade, 1992) Eco-toxicologie Le terme inventé par Truhaut (1969) qui la considère comme une extension naturelle de la toxicologie appliquée aux effets sur les écosystèmes. Plus récemment Newman en 2000; et Clements en 2008 a défini l’écotoxicologie comme la science des contaminants dans la biosphère et leurs effets sur les constituants de la biosphère en y incluant l’homme
  • 4.  L’ écotoxicologie a pour objet de préciser: - leurs effets biocénotiques ainsi que les perturbations qu'ils induisent dans les processus écologiques fondamentaux en particulier dans ceux qui assurent la productivité biologique des écosystèmes et de la biosphère. - les modalités et mécanismes de la contamination des divers écosystèmes par les principales catégories de polluants toxiques ; - leur circulation et leurs transformations biogéochimiques dans ces derniers ;
  • 5. Parallèlement à l'écotoxicologie, la toxicologie de l'environnement s'intéresse essentiellement aux modalités par lesquelles des polluants exercent une action toxique ou perturbatrice sur les organismes-cibles, animaux ou végétaux, et aux mécanismes de cette action aux plans cellulaires et moléculaires. Toxicologie Les principales causes : de contamination de l'écosphère dans la civilisation industrielle aujourd'hui sont :  les activités agricoles.  la production de l'énergie,  les activités de l'industrie chimique,
  • 6. LA TOXICITE DES POLLUANTS CHIMIQUES VIS-A-VIS DES ORGANISMES MARINS  La durée de vie d'un composé xénobiotique chez un animal est déterminée par l'équilibre entre différents processus physiologique : 1. l'adsorption, 2. l’absorption 3. le stockage, 4. le métabolisme 5. et l'élimination.  Ceci peut conduire à des phénomènes· de bioaccumulation et de persistance de composés chimiques dans les organismes,  Pour le cas des composés hydrophobes lipophiles, la distribution dans les différents organes s'effectue en fonction de la teneur en lipides des différents tissus. Xénobiotiques: Substances étrangère à l’organisme, ils comprennent les médicaments, les produits chimiques industriels, les poisons naturels et les polluants environnementaux.
  • 7. Devenir du xénobiotique dans l’organisme  Le devenir d’un xénobiotique dans l’organisme est divisé en 5 phases : Adsorption Absorption Distribution Métabolisme et Excrétion = Pénétration du xénobiotique dans l’organisme = Répartition du xénobiotique dans l’organisme = Biotransformation du xénobiotique = Elimination de l’organisme du xénobiotique et de ses métabolites = disponibilité en quantité et adhérence du xénobiotique
  • 8. Quelques définitions  L'adsorption : est un phénomène physique de fixation de molécules sur la surface d'un solide. Ce phénomène est utilisé pour "récupérer" des molécules ...  L'adsorption est donc un phénomène de surface contrairement à l'absorption. En effet, le préfixe « ad » indique que les molécules se disposent sur le matériau considéré, sous l’effet de forces qui sont de deux types: physiques ou chimiques et elles donnent lieu à la physisorption ou à la chimisorption. Les groupements de la biomasse algales chargées négativement tels que les groupements carboxyliques, hydroxyles sont connus pour adsorber les cations métalliques
  • 9. Le mécanisme d’adsorption  Le processus d’adsorption d’un soluté à la surface d’un adsorbant peut être décomposé en étapes élémentaires successives. Chacune de ces étapes peut contrôler le phénomène global dans des conditions données.  Au cours de l’adsorption d’une espèce sur un solide, le transfert de matière a lieu de la phase fluide vers les sites actifs de l’adsorbant. Ce processus s’opère en trois étapes : - Première étape : transfert de matière par diffusion externe (soluté surface de l’adsorbant) ; - Seconde étape : transfert de matière en surface ; - Troisième étape : transfert de matière à l’intérieure des grains et fixation sur les sites actifs de l’adsorbant. 1-diffusion externe; ; 2-diffusion de surface; ; 3-diffusion interne (dans les pores). Fluide
  • 10. L’absorption est l’incorporation d’une substance par l’organisme. Ce terme comprend habituellement non seulement le passage à travers la barrière tissulaire, mais aussi le transport ultérieur vers la circulation à l’intérieur des cellules.
  • 11. Quelques définitions Toxicocinétique :  Relation entre la concentration de substance toxique et le temps pour une exposition donnée indépendamment des effets  Concentration = f (temps) Toxicodynamique :  Relation entre la dose de substance toxique et l’effet toxique indépendamment du temps  Effet = f (dose)
  • 12. Résumé: Exposition à un xénobiotique Absorption Distribution Métabolisme Elimination Effets sur la santé Toxicodynamique Toxicocinétique Adsorption Fragilisation de l’organe cible
  • 13. Adsorbés Absorbés ligands précurseurs Sous l’effet de la force centrifuge des Cristaux sous forme de bâtonnets ou paillettes qui représentent des ligands précurseurs.
  • 14. Carboxylate Structure chimique de l’alginate : - Acide b-1,4-D-mannuronique (M) et - Acide a-1,4-L- guluronique (G) Phase matricielle Cystosiera stricta La biosorption des MX a lieu à l'intérieur du réseau tridimensionnel du polymère.
  • 15. Comportement du métal par rapport à un substrat végétale (la membrane plasmique) Mécanisme de réponse au stresse oxydant 1 2 3
  • 16.  L’étude de l’influence de la température sur l’adsorption nous a permet de constater qu’une élévation de la température conduit à une augmentation considérable de la capacité d’adsorption qui se stabilise après 45 °C. ETUDE DES PARAMETRE INFLUENÇANT L’ADSORPTION  la température  Les résultats expérimentaux obtenus illustré dans la figure ci-dessus prouvent que ce paramètre affecte positivement ce processus par une forte contribution énergétique, permettant de vaincre ainsi les forces de répulsion localisées au niveau des interfaces des milieux liquides et solides. Remarque:  Augmentation de la T° a été attribué à l'augmentation de la taille des pores de l'adsorbant ou, éventuellement, à la création des nouveaux sites actifs d'adsorption  et détruit toute matière organique susceptible de diminuer la capacité d’adsorption.
  • 17.  Influence du temps de contact sur la quantité d’adsorbtion.  temps de contact Evolution de la quantité d’un élément (X) adsorbée en fonction du temps de contact pour différentes concentrations.  Le pH : Le pH est un facteur important dans toute étude d’adsorption du fait qu’il peut influencé à la fois sur la structure de l’adsorbant et de l’adsorbat ainsi que sur le mécanisme d’adsorption. Exp: le pH acide ( plusieurs ions +) bloque les sites privilégiés des membranes ou parois cellulaire des végétaux (composés de groupements fonctionnels chargés négativement).
  • 18. différents groupes de ligands  Le comportement d'absorption des ions métalliques de la résine (PAGA = résine chélatante qui est un produit synthétique) en fonction du Ph.  Le comportement de la résine chélatante à la sorption des ions métalliques, est influencé par la valeur du pH, qui influence à son tour la structure de surface des sorbants, Acide alginique alginate
  • 19.  Influence de la vitesse de l’agitation sur la quantité adsorbée  La surface d’échange et la distribution des particules de l’adsorbant dans la solution sont intimement liées à la capacité d’adsorption de l’adsorbant.  quand la vitesse d’agitation est supérieure à 400 tr/min, il y’a formation de grands tourbillons au sein de la solution, ce qui réduit le contact adsorbant- adsorbat.  nous constatons que la quantité adsorbée diminue avec l'accroissement de la masse de l’adsorbant introduite.
  • 20.  influence de la Salinité Salinité Milieu devient basique Milieu devient acide Augmentation importante de Na+ Très faible adsorption
  • 21. Facteurs qui influencent la toxicité des métaux  Les métaux sont des polluants conservatifs, c'est-à-dire qu’ils ne sont pas détruits par des bactéries. L’accumulation de ces derniers par les plantes et les animaux dépend donc du métal et de l’organisme.  Les organismes sont exposés à ces métaux par trois voies d’exposition : par voie respiratoire, à travers l´épiderme, et par voie trophique.  La figure ci-contre fait un résumé des facteurs qui influencent la toxicité de métaux en solution.  Ces facteurs incluent des facteurs abiotiques (température, pH, salinité) et biotiques (âge, taille, cycle de vie, etc.).
  • 22.
  • 23.  L’exposition simultanée à deux ou plusieurs contaminants peut modifier l’expression de leur toxicité par suite à l’existence de deux phénomènes opposés : la synergie et l’antagonisme.  Ainsi, quand on est en présence de deux ou plusieurs contaminants ceux-ci peuvent ne présenter aucune interaction ou alors avoir des effets synergétiques ou antagoniques. Notion d’effets synergétiques et antagoniques
  • 24.  Dans l’effet synergétique, on constate que la prise de deux substances toxiques est amplifiée par les deux toxiques administrés simultanément.  Par contre, il existe un effet antagonique quand l’accumulation de deux substances toxiques peut conduire à une atténuation de la toxicité.  Tel est le cas quand le mercure (Hg) et le sélénium (Se) sont présents. Le sélénium a un effet antagonique par apport au mercure.
  • 25. Chélation naturelle des métaux lourds Oui, elle est possible sans chimie ! Merci pour votre attention