Analyse et modélisation des effets toxiques cumulés associés aux mélanges multi-stress radiologique, chimique et thermique

Laboratoire d'accueil : Laboratoire d'écotoxicologie des radionucléides (LECO)

Date de début de thèse : ​2025

Nom du doctorant : Louis PILLOT

A l'heure actuelle, les études d'impact environnemental des installations nucléaires reposent sur une évaluation du risque écologique menée indépendamment pour les différents facteurs de stress (chimiques, radiologiques, thermiques). La prise en compte des effets combinés des différents facteurs en mélange constitue un enjeu pour une estimation plus robuste du risque réel (de Zwart et Posthuma, 2005). Les méthodes actuelles d'expertise développées pour évaluer l'impact des mélanges reposent sur l'hypothèse d'une simple additivité de la toxicité, en concentration ou en effets, qui reste à valider. En effet, l'existence d'interactions synergiques ou antagonistes entre les facteurs de stress pourrait conduire à une sous-estimation ou surestimation du risque réellement encouru par les espèces du milieu. En outre, la méthodologie proposée pour les mélanges de facteurs chimiques et radiologiques (Beaumelle et al., 2017) doit être étendue au stress thermique afin de prendre en compte le risque lié aux rejets thermiques industriels, en particulier lors du fonctionnement des centrales nucléaires. Les objectifs de ce projet sont de déterminer (i) quel type d'additivité (CA ou IA) est en jeu entre les effets toxiques des différentes sources de stress (chimique, radiologique et thermique), et (ii) si des interactions, synergiques ou antagonistes, doivent être prise en compte au sein des organismes exposés aux mélanges.

Afin de répondre aux objectifs, ce projet testera l'hypothèse que les effets du stress, quelle que soit la nature de la source (chimique, radiologique ou thermique) suivent une simple règle d'additivité (modèles CA/IA d'addition des concentrations ou d'action indépendante). Tout effet inférieur ou supérieur à la réponse attendue du simple cumul des effets des substances considérées séparément, suggérerait l'existence d'interactions antagonistes ou synergiques entre les facteurs de stress. 

Le projet s'organisera selon deux axes. Dans un premier axe, une analyse de l'écotoxicité des rayonnements ionisants en présence de contaminants chimiques et d'un stress thermique sera conduite chez le poisson modèle Danio rerio, via l'acquisition expérimentale de données d'effet sur les stades embryo-larvaires (survie, développement, etc.). Ces données seront ensuite analysées et interprétées à l'aide de modèles mathématiques (par exemple, Concentration Addition/Independent Action models, Toxicokinetic-Toxicodynamic models). Dans un second axe, le projet examinera les implications pour l'évaluation du risque écologique lié au fonctionnement normal des installations du cycle du combustible nucléaire, en intégrant les nouvelles connaissances acquises sur les effets des différents stress en mélange dans un calcul de risque cumulé (Indice de risque, Species Sensitivity Distribution, multi-substance Potentially Affected Fraction). 

Si nécessaire, des investigations complémentaires pourront être conduites pour préciser les mécanismes à l'échelle sub-individuelle (génotoxicité, stress oxydatif ou analyse transcriptomique sans a priori des voies biologiques modulées), confirmer la nature et la cinétique des effets, ou comparer les observations réalisées à une espèce représentative des écosystèmes aquatiques continentaux. 

Ce projet bénéficiera des moyens du plateau technique ECO2-CAD, permettant l'exploitation de l'animalerie, la mise en œuvre des expérimentations et la réalisation des analyses biologiques. Les expérimentations d'irradiation gamma se dérouleront grâce au plateau technique MICADO'lab de l'ASNR. L'ensemble des analyses de données sera réalisé sous R en bayésien, si nécessaire sur les stations de calculs de l'ASNR dévolues aux analyses bio-informatiques du LECO.