Les algues à la rescousse de l’environnement

Pendant ses études doctorales dans l’équipe de Claude Fortin, professeur au Centre Eau Terre Environnement de l’INRS et titulaire de la Chaire de recherche du Canada en biogéochimie des éléments traces, Michel Lavoie s’est penché sur les impacts que le cadmium pourrait avoir à long terme sur les algues unicellulaires. Ses recherches permettront de peaufiner un modèle scientifique ayant déjà fait ses preuves et, du coup, de se distinguer auprès de ses pairs sur la scène internationale.

Émis dans l’environnement par diverses sources polluantes telles que les fumées industrielles, l’exploitation minière et les engrais, les métaux toxiques se trouvent dans la mire des chercheurs depuis quelques années pour leurs effets néfastes sur les organismes vivants. Dans cette optique, les algues unicellulaires – le fameux phytoplancton à la base de la chaîne alimentaire dans les eaux douce et salée – représentent un modèle d’étude de choix en raison de leur simplicité et de leur grande sensibilité aux métaux. C’est pourquoi Michel Lavoie les a choisies pour raffiner un modèle bien établi en écotoxicologie, le modèle de l’ion libre.

« Au cours des 30 dernières années, le modèle de l’ion libre a fait ses preuves à plusieurs reprises. Il a permis de prédire l’accumulation et la toxicité aigüe des métaux à court terme (à dureté et pH constant) chez différents organismes présents dans les milieux d’eau douce, notamment les algues, les invertébrés et les poissons, explique Michel Lavoie. Mais le modèle ne permettait pas de prédire les effets d’une exposition à ces métaux à long terme » C’est maintenant chose possible, du moins dans certaines conditions simplifiées recréées en laboratoire, grâce aux découvertes qu’il a faites.

Des résultats surprenants

Pour mesurer l’effet d’une telle contamination, Michel Lavoie a choisi d’évaluer son impact sur la capacité de reproduction d’une espèce d’algue d’eau douce, Chlamydomonas reinhardtii, après une exposition de 60 heures à diverses concentrations de cadmium. « Les algues unicellulaires peuvent se diviser d’une façon asexuée, précise-t-il, d’abord en deux cellules qui se scinderont elles aussi, à leur tour, en deux autres cellules. C’est donc une division cellulaire exponentielle, plus facile à modéliser qu’une division cellulaire sexuée. »

Le jeune chercheur a été le premier surpris par le résultat de ses expériences : pour certaines concentrations pourtant très faibles de cadmium – l’équivalent de quelques grains de cadmium dans une piscine olympique –, la vitesse de croissance des algues était déjà affectée de plus de 25 %. « C’est un effet important, commente Michel Lavoie. On ne s’attendait pas à obtenir de tels résultats pour d’aussi faibles concentrations de cadmium. On pensait qu’on aurait des effets significatifs avec l’espèce d’algue utilisée pour des concentrations de l’ordre de 100 nanomolaires (11 parties par milliard), mais pas pour des concentrations de 1 à 10 nanomolaires (1 partie par milliard ou 10 milliards). » Les expériences ont confirmé que la concentration de métaux essentiels comme le zinc ou le cobalt, qui se faufilent dans l’algue par la même porte d’entrée cellulaire que le cadmium, pouvait avoir un effet protecteur prépondérant contre cette contamination au cadmium. En présence de faibles concentrations de ces métaux représentatives de celles que l’on retrouve dans l’environnement, la toxicité du cadmium était exacerbée. Reste maintenant à comparer avec des recherches menées sur le terrain les données récoltées en laboratoire.

Qu’un jeune chercheur peaufine un outil de modélisation n’est pas banal, et c’est pourquoi la qualité des travaux de Michel Lavoie n’est pas passée inaperçue dans la communauté scientifique. À preuve, il a remporté en février 2013 le concours Étudiants-chercheurs étoiles du Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies (gouvernement du Québec) pour son article Influence of essential elements on cadmium uptake and toxicity in a unicellular green alga: The protective effect of trace zinc and cobalt concentrations, paru dans la revue Environmental Toxicology & Chemistry. Il est également le récipiendaire d’un prix remis par la Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC) pour le meilleur article rédigé par un étudiant dans cette même revue pour l’année 2012.

De l’écotoxicologie à la climatologie

Michel Lavoie poursuit désormais des recherches postdoctorales dans le laboratoire du professeur et océanographe Maurice Levasseur à l’Université Laval à Québec. Pour ce nouveau chapitre de son parcours universitaire, il a choisi de transférer son expertise à un tout autre milieu de vie et surtout, à une problématique bien différente : l’impact des algues unicellulaires marines sur la régulation du climat. Les algues sont connues pour jouer un rôle important dans la séquestration du carbone en accumulant le dioxyde de carbone, ce fameux gaz à effet de serre dont on tente de diminuer les émissions. Elles pourraient toutefois avoir un autre effet bénéfique sur l’équilibre climatique. Comment joueraient-elles un rôle dans l’immense problématique du réchauffement climatique ? En relâchant dans l’atmosphère, lorsqu’elles se dégradent, le soufre sous forme très concentrée qu’elles contiennent. Transformé en molécules gazeuses, le soufre aurait un effet non pas « réchauffant », mais « refroidissant ».

Voilà le nouveau défi de Michel : déterminer les mécanismes cellulaires par lesquels de minuscules algues arrivent à produire des gaz soufrés qui, tels un petit battement d’ailes de papillon, peuvent avoir des effets sur le climat planétaire. Après des études doctorales aussi remarquées, parions que ses nouvelles recherches poseront elles aussi un jalon important dans la concertation des efforts pour mieux prédire le climat de demain. ?

Michel Lavoie est photographié dans le laboratoire de Claude Fortin, professeur au Centre Eau Terre Environnement de l’INRS. Michel tient dans ses mains un erlennmeyer contenant des algues.