Pourquoi les gros poissons contiennent-ils plus de mercure ?
― La réponse dormait dans de vieilles coquilles d'œufs de musée
Ils nagent dans la même mer, pourtant on peut manger des sardines à volonté, alors que le thon est limité à « une fois par semaine » pendant la grossesse. Dans l'océan, le mercure se concentre à chaque fois qu'un animal en mange un autre. La première personne à démontrer ce mécanisme n'était pas un chimiste, mais un chercheur en protection de la nature qui inspectait des nids et pesait, un par un, des coquilles d'œufs de musée.
Le livret remis lors d'un contrôle prénatal mentionne des précautions sur la consommation de poisson. Pour l'empereur, l'espadon ou le thon rouge, la recommandation est « environ 80 grammes, une fois par semaine maximum ».
En revanche, pour les sardines, le maquereau ou le chinchard, aucune limite de fréquence particulière n'est indiquée. Le thon en conserve est lui aussi considéré comme sans problème.
Ce sont pourtant des poissons de la même mer. Où est la différence ? Il ne s'agit pas d'endroits de l'océan plus ou moins riches en mercure. Ce qui change, c'est ce que ce poisson a mangé pour grandir.
Deux raisons expliquent, et deux seulement, pourquoi le mercure se concentre
On estime qu'un poisson doit manger environ 10 kilos de nourriture pour prendre 1 kilo de poids. Les 9 kilos restants partent en fumée, brûlés comme énergie pour nager ou maintenir sa température.
Une partie du mercure marin est transformée par des micro-organismes en « méthylmercure ». Cette forme se lie aux protéines musculaires et peine à ressortir du corps.
La nourriture brûle et disparaît, mais le mercure reste. Le mercure contenu dans 10 kilos de nourriture se retrouve donc concentré dans 1 seul kilo de chair. Et cela se répète à chaque étage de la chaîne alimentaire.
De combien la concentration augmente-t-elle à chaque étage ?
La chaîne alimentaire marine commence par le phytoplancton, invisible à l'œil nu. Il est mangé par le zooplancton, lui-même mangé par de petits poissons comme la sardine, puis par des poissons de taille moyenne comme le maquereau, et enfin par le thon.
Regardez la partie gauche de la figure 1. Plus on descend, plus la quantité d'êtres vivants est grande ; plus on monte, plus elle diminue. À l'inverse, la concentration de mercure augmente vers le haut. La pyramide des quantités et celle des concentrations sont inversées l'une par rapport à l'autre.
En supposant un facteur d'environ 8 par étage, le thon, situé 4 étages plus haut, atteindrait environ 4000 fois la concentration de départ. En réalité, une partie du mercure ressort progressivement du corps, donc l'écart n'est pas aussi extrême. Il reste que la concentration de mercure du thon est estimée à plusieurs dizaines de fois celle de la sardine.
C'est une personne qui pesait des coquilles d'œufs qui a percé le mystère
Dans les années 1950, en Grande-Bretagne, la population de faucons pèlerins s'est soudainement effondrée. Derek Ratcliffe, un chercheur qui inspectait les nids, remarque un fait étrange : les œufs, que les parents devaient pourtant couver, se retrouvent brisés dans le nid.
Et si les coquilles s'étaient amincies ? Suivant cette intuition, il emprunte de vieux œufs conservés dans des musées et par des collectionneurs privés, et pèse leurs coquilles une par une. Les données rassemblées couvrent la période allant d'environ 1900 aux années 1960.
Le résultat apparaît à droite de la figure 1 : le poids des coquilles est resté stable pendant près d'un demi-siècle, puis a brutalement chuté d'environ 20 % vers 1947. Cette période coïncide avec la généralisation du DDT, un pesticide, dans les champs. En 1967, ces résultats sont publiés dans une revue scientifique.
La quantité de pesticide épandue dans les champs n'aurait pas dû, en soi, nuire aux oiseaux. Mais le faucon pèlerin mange de nombreux petits oiseaux, qui eux-mêmes ont mangé des insectes contaminés. Au sommet de la chaîne alimentaire, le pesticide s'était concentré au point de perturber le mécanisme de formation des coquilles.
Au Japon, à la même époque, dans la baie de Minamata (préfecture de Kumamoto), le méthylmercure rejeté par les eaux usées d'une usine s'est concentré chez les poissons. Les habitants qui en consommaient quasi quotidiennement ont développé de graves atteintes à la santé. C'est la maladie de Minamata, officiellement reconnue en 1956. On a d'abord observé des troubles chez les chats et les oiseaux marins, avant même que les humains ne tombent malades — là encore, parce que les animaux mangeant le plus de poisson ont été les premiers touchés par la concentration.
Le poisson est riche en protéines de qualité et en graisses réputées bénéfiques (comme le DHA). Les recommandations du ministère japonais de la Santé, du Travail et du Bien-être ne demandent pas d'arrêter d'en manger. Le fœtus étant particulièrement sensible au mercure, elles invitent simplement les femmes enceintes à choisir le type et la quantité de poisson consommé. Il est conseillé de privilégier les petits poissons situés en bas de la chaîne alimentaire, en variant les espèces. Le méthylmercure absorbé par l'organisme diminuerait de moitié en environ deux mois.
En résumé
La majeure partie de la nourriture ingérée brûle et disparaît sous forme d'énergie, mais les substances qui peinent à quitter le corps, elles, restent. C'est pourquoi une même substance se concentre plusieurs fois à chaque étage franchi dans la chaîne alimentaire. Si les gros poissons contiennent plus de mercure, ce n'est pas leur faute : c'est parce qu'ils se trouvent du côté de ceux « qui mangent beaucoup » dans l'océan. Ce mécanisme a été révélé par des œufs de faucon brisés et de vieilles coquilles endormies dans des musées.
Ce qui est mangé brûle et disparaît, mais ce qui ne disparaît pas, lui, reste.
Le sommet de la chaîne alimentaire est l'endroit où se rassemblent tous les « restes » de l'océan.
Un autre exemple où la chaîne alimentaire marine se manifeste visiblement est présenté dans « Comment les pêcheurs repèrent-ils les bancs de poissons rien qu'en observant des oiseaux marins ? », et la pyramide des quantités d'êtres vivants est présentée dans « Si l'on pesait tous les êtres vivants de la Terre, lequel serait le plus lourd ? ».
- Au rayon poissonnerie, choisissez 3 ou 4 espèces différentes et renseignez-vous sur ce qu'elles mangent (la sardine se nourrit de plancton, la bonite de petits poissons, etc.).
- En partant du phytoplancton, notez sur papier à quel étage se situe chaque poisson.
- Comparez avec le tableau « Le mercure contenu dans les produits de la mer » du ministère de la Santé, du Travail et du Bien-être, et vérifiez si les recommandations sont plus strictes pour les poissons situés plus haut dans la chaîne.
Même au sein d'une même espèce, les individus qui ont grandi le plus longtemps ont mangé plus longtemps, et tendraient donc à contenir plus de mercure. La taille mérite aussi qu'on s'y intéresse.
Pour en savoir plus ― termes, formules et liens avec les programmes scolairesDu collège à l'université, le niveau de chaque partie est indiqué clairement
- CollègeProgramme de sciences du collège
- LycéeProgramme de « biologie » du lycée
- Lycée+Contenu avancé du lycée, ou encadré de manuel
- UniversitéNon enseigné au lycée : matière universitaire spécialisée (écologie, chimie environnementale, toxicologie)
- RechercheSujet encore à l'étude, pas encore enseigné comme un « acquis » même à l'université
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Bioaccumulation / bioamplification : phénomène par lequel une substance peu éliminée par l'organisme s'accumule à des concentrations d'autant plus élevées que l'on monte dans la chaîne alimentaire.
- Chaîne alimentaire : l'enchaînement des relations « manger et être mangé ». Dans l'océan, elle part du phytoplancton.
- Méthylmercure : forme du mercure liée à un petit groupement carbone-hydrogène. Il est facilement absorbé par les organismes vivants et en ressort difficilement.
CollègeLycéeVérification par le calcul : le facteur par étage, et sur 4 étages
On estime le facteur multiplicateur par étage à partir de l'équilibre entre la « quantité entrante » de mercure via la nourriture et la « quantité de croissance » du corps. Les valeurs numériques sont des hypothèses destinées à illustrer le mécanisme.
| En notation | C_haut ＝ C_bas × ( α ÷ ε ) |
| En mots | Concentration chez le prédateur ＝ concentration dans la proie × (part du mercure retenue dans le corps ÷ part de la nourriture ingérée transformée en masse corporelle) |
| Origine de la formule | Le bilan des entrées et sorties de mercure (conservation de la matière). Sur 1 kg de proie, une fraction α du mercure reste dans le corps, alors que 1 kg de proie ne produit que ε kg de masse corporelle ; le mercure par kilo de corps est donc multiplié par α ÷ ε |
| Symboles C_bas et C_haut | Concentration de mercure dans la proie et dans le prédateur (unité : milligrammes par kilo de corps, par exemple) |
| Symbole α (part du mercure retenue dans le corps) | Hypothèse : 0,8 (le méthylmercure ingéré serait, pour l'essentiel, absorbé) |
| Symbole ε (part de la nourriture transformée en masse corporelle) | 0,1 (règle empirique des « 10 % » des pyramides écologiques) |
| Nombre d'étages, du phytoplancton au thon | 4 étages |
| Facteur par étage | 0,8 ÷ 0,1 ＝ 8 |
| 2ᵉ étage (sardines, etc.) | 8 × 8 ＝ 64 |
| 3ᵉ étage (maquereau, etc.) | 64 × 8 ＝ 512 |
| 4ᵉ étage (thon) | 512 × 8 ＝ 4096 |
| Rapport thon / sardine | 4096 ÷ 64 ＝ 64 |
Selon cette estimation simplifiée, le mercure du thon serait 64 fois plus concentré que celui de la sardine, et environ 4000 fois plus que le phytoplancton de départ. En réalité, une partie du mercure ressort progressivement du corps, donc les facteurs réels sont plus faibles ; l'écart entre thon et sardine est estimé à quelques dizaines de fois. Il reste que ce « multiplicateur à chaque étage » est bien à l'origine de cet écart.
LycéeLycée+Pourquoi seules les substances « difficiles à éliminer » se concentrent-elles ?
LycéeLe programme de biologie enseigne que la matière circule dans l'écosystème alors que l'énergie s'en échappe. La matière organique ingérée quitte le corps par la respiration, sous forme de dioxyde de carbone et d'eau, mais les substances qui ne sont ni décomposées ni excrétées restent dans l'organisme. C'est le cœur du phénomène de bioamplification.
Lycée+Les substances solubles dans l'eau sont éliminées, par exemple dans l'urine, mais les substances solubles dans les graisses (comme le DDT) s'accumulent dans les tissus adipeux, tandis que le méthylmercure se lie aux groupements soufrés des protéines. Par ailleurs, comme les gros poissons vivent plus longtemps et mangent donc plus longtemps, la concentration tend à augmenter avec l'âge, même au sein d'une même espèce.
UniversitéFacteur de bioconcentration et niveau trophique
En écologie et en chimie environnementale, on distingue le « facteur de bioconcentration » (accumulation directe à partir de l'eau) du « facteur de bioamplification » (multiplication à chaque étage de la chaîne alimentaire). Le rapport α ÷ ε du texte correspond à l'estimation la plus simple de ce second facteur. Le niveau trophique d'un organisme (à quel étage il se situe) est souvent estimé à partir du rapport isotopique stable de l'azote dans son corps. Le méthylmercure lui-même serait produit par des micro-organismes qui méthylent le mercure inorganique, dans les sédiments marins ou dans les eaux de la zone mésopélagique.
📖 Pour la démonstration de la formule et pour aller plus loin : Bioamplification (Wikipédia, en japonais) ／ Maladie de Minamata (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qui reste encore mal compris
- Où le méthylmercure se forme-t-il exactement dans l'océan ? On pense qu'il se forme non seulement dans les sédiments du fond marin, mais aussi dans les eaux pauvres en oxygène de la zone mésopélagique, mais la part respective de chaque source reste au stade de l'estimation.
- Le réchauffement climatique augmente-t-il le mercure chez les poissons ? La hausse de la température de l'eau modifie le métabolisme des poissons et leur façon de se nourrir. Certaines études suggèrent que cela pourrait augmenter le mercure chez les poissons, mais les conclusions varient selon les zones marines.
- Les nouvelles substances chimiques se bioamplifient-elles aussi ? Certains composés fluorés utilisés dans les produits hydrofuges s'accumuleraient dans les protéines sanguines plutôt que dans les graisses, ce qui rend les modèles de prédiction habituels difficiles à appliquer.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète « ce que l'on comprend à l'heure actuelle ». Comme Ratcliffe pesant des coquilles d'œufs, ce sont de longues séries d'observations patientes qui, croit-on, mènent aux prochaines découvertes.
Liens avec les programmes scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences « L'équilibre du monde naturel », « chaîne alimentaire » | Les étages « manger / être mangé » et la pyramide des quantités |
| Lycée | Biologie « écosystèmes et cycles de matière » | La matière reste, l'énergie s'échappe |
| Lycée+ | Encadré de biologie « bioamplification » | Substances liposolubles / substances liées aux protéines |
| Université | Écologie, chimie environnementale, toxicologie | Facteur de bioamplification, niveau trophique et isotopes |
| Recherche | Cycle marin du mercure, nouveaux polluants | Lieu de formation du méthylmercure, effet du réchauffement |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Choix du poisson pendant la grossesse, varier les petites espèces |
- Ratcliffe, D. A. (1967) Decrease in Eggshell Weight in Certain Birds of Prey. Nature 215, 208–210
- Ministère japonais de la Santé, du Travail et du Bien-être, « Le mercure contenu dans les produits de la mer » (厚生労働省)
- Rachel Carson, Silent Spring (traduction japonaise par Ryōichi Aoki, éditions Shinchō, coll. Bunko) (沈黙の春)
- Ministère japonais de l'Environnement, Les leçons de la maladie de Minamata et la politique japonaise sur le mercure (環境省)
※Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Les chiffres présentés sont des ordres de grandeur destinés à faire comprendre le mécanisme. Pour l'alimentation pendant la grossesse, veuillez suivre les recommandations les plus récentes du ministère de la Santé, du Travail et du Bien-être, ainsi que les conseils de votre médecin ou des services de santé publique.