Toxicité subchronique de l’imidaclopride et de ses métabolites chez l’abeille domestique Apis mellifera

Par G. Séverine Suchail, Luc P. Belzunces et Bernard E. Vaissière.

Dans le cadre du vaste programme de recherche démarré en 1998 pour estimer la part de responsabilité du traitement au Gaucho® dans les affaiblissements des ruchers, des études toxicologiques ont été effectuées chez l’abeille domestique Apis mellifera. Ce travail a permis d’évaluer la toxicité aiguë (toxicité induite par l’administration d’une dose unique de toxique) de l’imidaclopride, substance active du Gaucho“, et de ses principaux métabolites (produits de dégradation).

Les métabolites testés correspondaient aux principaux produits de dégradation de l’imidaclopride détectés chez les végétaux : le 5-hydroxy-imidaclopride, l’oléfine, l’acide 6-chloronicotinique, le 4,5-dihydroxy-imidaclopride et les dérivés urée et guanidine (Araki et al., 1994). Cette étude a mis en évidence une toxicité extrêmement élevée de l’imidaclopride (DL50 ˜ 600 mg/kg d’abeilles) ainsi que de deux de ses métabolites : le 5-hydroxy-imidaclopride (DL50 ˜ 2600 mg/kg d’abeilles) et l’oléfine (DL50 ˜ 300 mg/kg d’abeilles ; Suchail et al., 2000 ; 2001). La dose létale 50 (DL50) représente la dose de toxique conduisant à la mort de 50% des individus. Cette DL50 rend compte de la toxicité intrinsèque de la substance active considérée. Ces études de toxicité aiguë, réalisées dans des conditions normalisées et standardisées (méthode de laboratoire officielle de la Commission des Essais Biologiques n°95 en accord avec les annexes II et III de la directive 91/414-CEE), permettent d’une part de classer les substances actives selon leur toxicité intrinsèque et d’autre part de mieux comprendre certains aspects de la dynamique d’action du toxique. Ces études restent une base nécessaire pour évaluer la toxicité d’une matière active chez un organisme.

De plus et dans ce contexte, il a été aussi important de déterminer la toxicité subchronique c’est-à-dire la toxicité induite par l’ingestion répétée de toxique par l’abeille. Les cultures de tournesol présentent une masse florale importante et les capitules sont très attractifs de sorte que l’on y observe souvent de densités de butineuses élevées tout au long de la floraison. En présence d’une source de nourriture abondante et renouvelée pendant plusieurs jours consécutifs comme, par exemple, une surface de tournesol en fleurs, les abeilles sont fidèles pendant plusieurs jours aux fleurs d’une même espèce et d’une même zone (Singh, 1950). C’est pourquoi, nous avons étudié la toxicité subchronique de l’imidaclopride et de ses principaux métabolites chez l’abeille domestique. Les études toxicologiques de ce type ont pour objectif d’évaluer la toxicité à long terme de faibles doses de toxiques ingérés de façon répétée. Les essais ont été effectués avec des concentrations de toxiques comparables au niveau de contamination observé dans les ressources collectées par les abeilles (nectar et pollen) qui est de l’ordre de quelques mg/kg (Bonmatin et al., 2003). De plus, la floraison du tournesol se déroulant sur une dizaine de jours, les tests de toxicité subchronique ont été réalisés pendant dix jours consécutifs.
La veille de l’essai, les abeilles sont prélevées dans la colonie puis sont immédiatement soumises à une brève anesthésie par diffusion de dioxyde de carbone et sont ensuite réparties dans les cagettes de contention de type Pain à raison de 30 individus par cagette.

Pour l’étude, les abeilles sont nourries pendant 10 jours consécutifs avec des solutions de saccharose à 50 % (poids/volume) supplémentées ou non d’imidaclopride ou d’un de ses métabolites. La mortalité des abeilles est suivie quotidiennement pendant ces dix jours. Chaque essai comprend des traitements contrôles (solution de saccharose), des traitements témoins (solution de saccharose supplémentée en diméthylsulfoxyde (DMSO : solvant de l’imidaclopride et de ses métabolites) et des traitements essais avec différentes doses de produit à tester. Chaque modalité de traitement est constituée de 3 cagettes d’abeilles et chaque essai est répété à trois reprises. Les traitements contrôles estiment la mortalité naturelle et vérifient la qualité des abeilles utilisées dans l’essai. Les traitements témoins évaluent la toxicité du solvant utilisé pour préparer les solutions d’imidaclopride et de ses métabolites. Pendant toute la durée de l’étude, les abeilles sont placées à l’obscurité dans une enceinte climatisée à 25 ± 2°C avec une humidité relative d’environ 60%.

Les abeilles sont intoxiquées pendant 10 jours consécutifs avec des solutions de saccharose contenant de l’imidaclopride ou l’un de ses métabolites à des concentrations de 0,1 (l), 1 (n) et 10 (p) _g/L. La mortalité corrigée correspond à la mortalité des abeilles intoxiquées par l’imidaclopride corrigée en enlevant la mortalité des abeilles ayant ingéré uniquement une solution de saccharose. Les valeurs représentent la moyenne de 3 expériences répétées à trois reprises.

On constate qu’après des ingestions répétées de faibles doses, l’imidaclopride et tous ses métabolites sont toxiques pour les abeilles. Les premières mortalités d’abeilles apparaissent seulement 24 heures après l’intoxication et ce, quel que soit le composé testé. Il n’existe pas de relation effet-dose que ce soit pour l’imidaclopride ou pour ses métabolites. La mortalité des abeilles atteint 50 % après avoir ingéré de façon répétée ces toxiques pendant environ 8 jours.

Comparaison entre la toxicité aiguë et la toxicité subchronique de l’imidaclopride et de ses métabolites. La détermination du rapport de la toxicité aiguë (DL50) sur la toxicité subchronique (dose 50 cumulée) permet de comparer les effets létaux induit par ces deux modes d’intoxication. La dose cumulée 50 est défini comme la dose de toxique ingéré de façon répétée tuant 50 % des abeilles. Sachant que (1) la consommation moyenne quotidienne de solution de saccharose contenant de l’imidaclopride ou l’un de ses métabolites a été évaluée lors des expérimentations à 12 mL, et (2) huit jours sont nécessaires pour entraîner la mort de 50 % des abeilles et ce, quelle que soit la dose ou le toxique utilisé, la dose 50 cumulée, pour des concentrations de 10, 1 et 0,1 mg/L d’imidaclopride ou de ses métabolites, est donc de 10, 1 et 0,1 mg/kg d’abeilles (poids frais) (Tableau 1).

Les rapports de la DL50 sur la dose 50 cumulée sont déterminés pour les concentrations de 0,1, 1 et 10 mg/L d’imidaclopride ou de métabolites. L’imid., le 5-OH, le 4,5-diOH, le 6-CNA correspondent respectivement à l’imidaclopride, au 5-hydroxy-imidaclopride, au 4,5-dihydroxy-imidaclopride et à l’acide 6-chloronicotinique.

Plus le rapport de la toxicité aiguë sur la toxicité subchronique est élevé, plus la différence entre la toxicité aiguë et la toxicité subchronique est importante et plus de faibles doses en intoxication subchronique sont capables d’induire des mortalités. Ce rapport met en évidence que tous les métabolites sont toxiques et ce à des doses 3000 à 100 000 fois inférieures à celles nécessaire pour produire les mêmes effets en toxicité aiguë. Ces résultats montrent que la différence de quantité de toxique ingéré par les abeilles, après intoxication aiguë et subchronique des composés (imidaclopride et métabolites) est extrêmement importante que ces quantités produisent le même effet en terme de mortalité. Quelles que soient les doses testées, cette différence est encore plus prononcée pour les métabolites qui n’induisaient pas de mortalité en toxicité aiguë, c’est-à-dire pour le 4,5-hydroxy-imidaclopride, l’acide 6-chloronicotinique et les dérivés guanidine et urée.

Conclusion

Nos résultats démontrent combien il est capital de mieux prendre en compte, les effets des faibles doses de toxiques dans l’évaluation du risque de pesticides chez l’abeille. En effet, nous avons montré que même des doses de l’ordre du mg/kg entraînaient non seulement des effets délétères (nocifs) mais aussi des effets létaux. Les effets sublétaux, c’est-à-dire les effets n’entraînant pas la mort des abeilles mais des modifications au niveau comportemental, physiologique ou biochimique, ne sont toutefois pas à négliger car ils peuvent avoir des conséquences graves à l’échelle des colonies d’abeilles. Les modifications comportementales observées affectent essentiellement la division des tâches entre ouvrières au sein des colonies comme l’operculation des cellules, le nourrissement des larves ou le nettoyage de la ruche (Storner et al., 1983 ; Nation et al., 1986). Des troubles de l’orientation spatiale des ouvrières ont été aussi constatés avec pour conséquence l’impossibilité de transmettre la localisation d’une source de nourriture à leurs congénères (Vandame et al., 1995). Les altérations morphologiques ou physiologiques, comme les malformations des ailes ou la diminution de la croissance sont toutes aussi importantes (Atkins et kellum, 1986). Enfin, des désordres biochimiques comme le déclenchement d’une hypoglycémie peuvent aussi avoir des conséquences néfastes pour la colonie d’abeilles (Bendahou et al., 1999). Tous ces effets sublétaux peuvent, in fine, se répercuter sur la production de miel et/ou sur l’activité pollinisatrice de la colonie.

Néanmoins, il faut souligner que nos résultats ont été obtenus en conditions de laboratoire et qu’il est, de ce fait, difficile de les extrapoler aux conditions de pleins champs car ctuellement il est délicat de relier ces deux niveaux d’approches. Mais il est clair que l’introduction d’une nouvelle génération de produits phytopharmaceutiques systémiques sur le marché nécessite des connaissances approfondies sur le mode d’action des substances actives et de leurs métabolites sur les abeilles non seulement en toxicité aiguë mais aussi en toxicité subchronique afin de mieux évaluer les risques de ces toxiques chez l’abeille.

Séverine Suchail, Luc P. Belzunces et Bernard E. Vaissière

Références bibliographiques

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Bendahou N, Bounias M, Fleche C. (1999). Toxicity of cypermethrin and fenitrothion on the hemolymph carbohydrates, head acetylcholinesterase, and thoracic muscle Na+, K+-ATPase of emerging honeybees. Ecotoxicol. Environ. Saf. 44:139-46.
Bonmatin JM, Moineau I, Charvet R, Fleche C, Colin ME, Bengsch ER. (2003). A LC/APCI-MS/MS method for analysis of imidacloprid in soils, in plants, and in pollens. Anal. Chem. 75:2027-33.
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Singh S. (1950). Behavior studies of honeybees in gathering nectar and pollen. Mem. Cornell Univ. Agric. Exp. Sta. 288. 57pp. Ithaca, NY.
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Vandame R, Meled M,Colin ME, Belzunces LP. (1995). Alteration of the homing-flight in the honey bee Apis mellifera L. exposed to sublethal dose of deltamethrin. Environ. Toxicol. Chem. 14:855-860.

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