Il n'est pas facile de définir la concentration "limite" en-dessous de laquelle la variété "Bel W3" ne serait pas sensible à l'ozone. En effet, l'apparition de nécroses foliaires dépend de nombreux facteurs parmi lesquels l'état physiologique de la plante et les conditions météorologiques sont sans doute les plus importants.

 

1. En guise d'introduction : comment définir le niveau d'exposition, ou la "dose de polluant" recue par les plantes ?

Quelques définitions :

La communauté scientifique a donné quelques définitions précises des niveaux et des seuils d'exposition des végétations aux polluants.

Le niveau critique (critical level) est la concentration en polluant dans l'atmosphère au-delà de laquelle des effets négatifs directs peuvent apparaître (dans l'état actuel des connaissances)  sur des récepteurs tels que les organismes animaux (y compris l'homme), les végétaux, les écosystèmes et les matériaux. Ces concentrations sont estimées par des valeurs moyennes instantanées, horaires, journalières ou saisonnières.

La charge critique (critical load) est une estimation quantitative de l'exposition à un ou plusieurs polluants en-dessous de laquelle des effets négatifs significatifs sur des éléments sensibles de l'environnement n'apparaissent pas (dans l'état actuel des connaissances). Cette charge critique est le plus souvent exprimée par une vitesse de dépôt du polluant par unité de surface (kg ha-1 an-1)

Ces grandeurs sont souvent insuffisantes pour pouvoir décrire correctement le niveau d'exposition des plantes aux polluants. En effet, les plantes peuvent être exposées pendant une durée plus ou moins longue à des concentrations en  polluants qui sont le plus souvent variables dans le temps. Pour pouvoir établir des relations entre le niveau d'exposition des plantes aux polluants et les réponses biologiques observées, il est nécessaire d'établir des indices d'exposition.

Pour l'ozone, l'indice d'exposition le plus utilisé est l'AOT40 (voir la page consacrée à cet indice, et par exemple Fuhrer, 1994). C'est la somme des concentrations horaires se situant au-delà de 40 ppb,  mesurées pendant la phase diurne au cours de la période de sensibilité des plantes au polluant. L'introduction de cette notion a permis d'établir d'assez bonnes relations entre cet indice d'exposition et les pertes de rendement des végétaux.

Aujourd'hui, il est maintenant bien admis que la relation indice d'exposition - impact est peu fiable, et qu'il vaut mieux travailler en termes de quantité de polluant absorbée - impact. Cette approche n'est cependant pas parfaite car plus une quantité de polluant est absorbée rapidement, plus son impact sera important sur le végétal. Pour le tabac Bel-W3, quelques études (voir par exemple Castell et al, 2002, Filella et al., 2005) ont montré l'intérêt de cette approche pour expliquer les effets de l'ozone et des paramètres climatiques sur l'importance des dégâts foliaires observés.  

Sur le plan du vocabulaire, les écotoxicologues parlent de dose pour exprimer la quantité (en général la masse) de substance toxique absorbée par l'organisme concerné pendant un temps donné. Elle est souvent exprimée (notamment en médecine) par rapport au poids de l'organisme concerné. Il est donc abusif de parler de dose quand on exprime l'exposition par le produit concentration x durée d'exposition.

2. Seuils d'exposition à l'ozone provoquant l'apparition de dégâts foliaires sur les tabacs Bel-W3

La plupart des auteurs indiquent qu'une exposition à 40-50 ppb pendant 4h est suffisante pour provoquer des dégâts foliaires chez le tabac Bel-W3. Cette affirmation qu'on retrouve dans de nombreux articles ne repose jamais sur une référence précise, mais dans ces textes, la synthèse de Heggestad (1991) sur l'origine des variétés « Bel-B » et « Bel-W3 » n'est jamais bien loin. Si on consulte cet article (Heggestad, 1991), on y trouve une revue des études visant à établir l'exposition minimale nécessaire pour l'apparition de nécroses chez le tabac Bel W3 (tableau I).

 

 Tableau I.Doses d'ozone provoquant des dégâts foliaires sur Bel W3.
  Etudes citées par Heggestad (1991)

Il serait certainement intéressant de rechercher ces vieilles références pour mieux savoir comment les auteurs ont procédé pour obtenir ces valeurs. Un peu plus loin dans l'article de Heggestad, on trouve une référence à Heck et al (1966) qui ont établi une relation dose-réponse non linéaire (plus la dose est obtenue sur un temps court, plus ses dégâts sont sévères).

Tout ceci doit être relativisé, car un peu plus loin dans l'article, on montre des résultats obtenus par Menser et Heggestad (1966) qui révèlent que la présence d'autres polluants peut modifier la valeur du seuil d'apparition des nécroses : 2h ou 4h d'exposition à 30 ppb d'ozone sont insuffisantes pour provoquer l'apparition de nécroses en l'absence de SO2, mais deviennent suffisantes en présence de SO2.

Une rapide revue des seuils habituellement cités dans des travaux plus récents est présentée dans les tableaux II et III.

 

 Tableau II. revue des concentrations minimales d' ozone provoquant
des dégâts foliaires chez Bel W3

 

 

Tableau III. revue des doses minimales d' ozone provoquant des dégâts foliaires chez Bel W3

 
Enfin, le tableau IV indique les valeurs mentionnées dans les publications présentant des études faites sur Bel-W3 sans que l'objectif soit de définir un seuil, mais de provoquer une réponse à l'ozone. Les auteurs mentionnent parfois que la dose appliquée a entraîné l'apparition de dégâts foliaires.

 

 

Tableau IV. revue des doses minimales d' ozone provoquant des dégâts foliaires chez Bel W3 (expérimentations diverses)


3. Estimation du niveau critique

Le seuil d'exposition à l'ozone nécessaire pour provoquer l'apparition de nécroses n'est pas constant. Il dépend des conditions météorologiques (diffusion du polluant en direction des feuilles) et écophysiologiques (degré d'ouverture stomatique).  Sur le plan pratique, les données publiées indiquent néanmoins que le tabac Bel W3 ne développe pas de dégâts foliaires quand la teneur en ozone est inférieure à 30 ppb, et que des nécroses peuvent apparaître dès que les feuilles sont exposées à des concentrations supérieures à 40 ppb pendant plus de 2 heures.

On peut aller un peu plus loin en essayant de calculer toutes les combinaisons [Ozone] - durée possibles à partir des données de la littérature (figure 1, graphe réalisé à partir des données des deux premiers tableaux)

 

 Figure 1. Combinaisons concentration-durée d'exposition à l'ozone
susceptibles de provoquer des dégâts foliaires chez Bel W3

A partir de ce graphe, on peut calculer la fonction qui passe au mieux par les points [ozone] - durée les plus bas. Ca marche assez bien avec une fonction puissance :

Cette fonction est pratique pour vérifier si la combinaison  durée-ozone d'une expérimentation est susceptible de provoquer des dégâts foliaires sur le tabac "Bel-W3". Cependant, elle est difficilement utilisable pour calculer un « niveau critique »,  seuil de concentration en-deça duquel l'exposition à l'ozone, même sur une longue durée ne provoque pas de dégâts foliaires.

On peut contourner cette difficulté en exprimant le rapport [O3]/durée d'exposition en fonction de la concentration en ozone (figure 2).

 

 Figure 2. Détermination de la teneur en ozone minimale susceptible de provoquer des
dégâts foliaires chez Bel W3, d'après les données de la littérature (tableaux 1 et 2)

On obtient alors une relation linéaire, permettant de calculer aisément le niveau critique d'ozone pour le tabac "Bel-W3" : il correspond à l'intersection de la droite de régression avec l'axe des abscisses (combinaison faible teneur en ozone - très longue durée d'exposition). Le calcul donne une teneur en ozone de 23 ppb, ce qui n'est finalement pas très loin des 30 ppb donnés plus haut.


Conclusion

Le seuil de sensibilité du tabac "Bel-W3" se situe donc probablement à une concentration comprise entre 20 et 30 ppb. Cela permet de conclure qu'il est peu probable d'observer des nécroses foliaires sur des plants de tabac exposés à des teneurs en ozone inférieures à 20 ppb (cette concentration est très basse par rapport à ce qu'on peut mesurer en été dans la plupart de nos régions). Par contre, dès que la teneur en ozone dépasse 30 ppb pendant quelques heures, l'apparition de dégâts foliaires est très probable.


Références :

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Castell JF, Maton C, Vivant AC (2002) An empirical model or Bel-W3 leaf stomatal conductance for ozone biomonitoring studies. In A Klumpp, W Ansel, G Klumpp, eds, Urban air pollution, bioindication and environmental awareness. Cuvillier Verlag, Hohenheim, pp 263-269

Filella I, Penuelas J, Ribas A (2005) Using plant biomonitors and flux modelling to develop O3 dose-response relationships in Catalonia. Environmental Pollution 134: 145-151

Fuhrer J (1994) The critical level for ozone to protect agricultural crops - An assessment of data from European open-top chamber experiments. Schriftenreihe der FAC 16: 42-57

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Lorenzini G (1994) A miniaturized kit for ozone biomonitoring. Applied Biochemistry and Biotechnology 48: 1-4

Penuelas J, Ribas A, Gimeno BS, Filella I (1999) Dependence of ozone biomonitoring on meteorological conditions of different sites in Catalonia. Environmental Monitoring and Assessment 56: 221-224

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