Les diatomées comme bio-indicateurs

Deux exemples de bio-indication de la qualité de
l’eau en France (Diatomées, Macroinvertébrés)
Sommaire
• Intérêt de la bio-indication
• Les diatomées comme bio-indicateurs
• Historique de l’IBD
• L’IBD : principe et calcul
• Les 10 grandes étapes de la constructions d’un indice à partir d’un
bio-indicateur
• 2 Exemples d’indices : l’IBD et l’IDA
• Plus fondamentalement…
• Les MIB comme bio-indicateurs
• Historique de l’IBGN et IBG-RCS
• De l’IBGN à l’I2M2 : principes et calculs
• La transposition dans les DOM ?
Intérêt de la bio-indication
« Le meilleur reflet de l’état de santé d’un milieu est fourni par les caractéristiques biologiques des communautés qui y vivent »*
Un bio-indicateur peut se définir comme une espèce ou un groupe d’espèces végétales ou
animales dont les caractéristiques observées (occurrence, abondance, biomasse, caractéristiques ou
« traits » biologiques) fournissent une indication sur le niveau de dégradation du milieu.
Blandin (1986) définit l’indicateur biologique comme « une population ou un ensemble de
populations, qui, par ses caractéristiques qualitatives et/ou quantitatives, témoigne de l’état d’un
système écologique et qui, par des variations de ces caractéristiques, permet de détecter
d’éventuelles modifications du milieu ».
Triple intégration
Variabilité naturelle
du milieu
(espace/temps)
Intégration temporelle
Intégration
« multi-pressions »
*rapport ONEMA 2012
Les diatomées comme Bio-indicateurs
DIATOMEES ?
Planctoniques
Algues brunes microscopiques
unicellulaires
Benthiques
S
R
A
E
CC
H
Schéma d’une diatomée Naviculacée. D’après
Round & al, 1990, modifié – E : Epivalve, CC :
ceintures connectives, H : Hypovalve, R : Raphé, S
: Stries, A : aréoles (ou pores)
Les diatomées comme Bio-indicateurs
•
Propriétés qui font des diatomées un bio-indicateur de choix :
o Producteurs primaires (1er « maillon » de la chaîne trophique),
o Sensibles aux variations physicochimiques (bons indicateurs de la qualité de l’eau),
o Benthiques donc intégratrices des conditions environnementales,
o Répartition très étendue (présentes dans tous les écosystèmes),
o Nombreuses espèces (> 10 000 taxons en eaux douces et saumâtres),
o Existence d’espèces « indicatrices »,
o Elles fournissent une gamme élevée d’informations écologiques (T°, pH, trophie,
charge organique,…)
o Capacité d’intégration,
o Faciles à récolter,
o Stockage simple et possible sur du long terme,
o Faible coût d’échantillonnage, de traitement et d’analyse.
Les diatomées comme Bio-indicateurs
•
Inconvénients des diatomées en tant que bio-indicateur :
o La non distinction des frustules morts ou vivants ce qui rend les diatomées
impropres au diagnostic des pollutions toxiques aiguës,
« Les diatomées ne mentent jamais sauf par omission »
Michel Coste
o Une taxonomie en perpétuelle évolution,
o Nécessité d’une bonne connaissance de la taxonomie,
o Détermination pas toujours évidente.
Historique de l’IBD
2007
2000
IBD Mis à jour
1996
1994
IBD Normalisé
1er Version IBD (LENOIR et COSTE)
1982
1er mise au point IBD
1977
Premier indice IPS (COSTE)
Début des relevées
l’IBD : Principe de l’indice
Relevés physico-chimiques
(14 paramètres, >15000 analyses)
Définition de 7
classes de qualité
1332 relevés
Biologiques
(1300 pour contrôle)
Sélection des taxa
indiciels
Calculs des profils écologiques
(P de présence d’un taxon dans
les 7 classes de qualité)
l’IBD : Principe de l’indice
209 taxa au départ, plus de 800 actuellement
Une formule permet ensuite de transformer le
barycentre en note sur 20
Les 10 grandes étapes de la construction
d’un indice à partir d’un bio-indicateur
Stations de références
1) Choix du territoire
2) Choix des stations
Stations impactées
(pressions individualisées)
3) Recueil données
existantes
Analyses physico-chimiques supplémentaires
Jeu de données suffisamment important
(robustesse indice)
4) Acquisition données
Taxinomiques
6) Création de
l’indice
5) Analyses données
« conception »
7) Echantillonnage
et analyse
8) Grille évaluation
Période, effort, type analyse
9) Inter-calibration
10) Règles agrégation
2 Exemples : l’IBD, l’IDA
Acquisition et consolidation du jeu de données
Classe de qualité physico-chimiques
Sélection des taxa indiciels
Taxon présent dans 5 relevés minimum
avec 2,5% d’abondance relative
186 Taxa sur 470 inventoriés
Profils de distribution des espèces par classe de qualité
IBD : Taxon fictif représentatif
Barycentre
Calcul des grilles de qualité biologique
Correction en fonction des HERs
IDA : Taxon d’alerte d’altérations
47 taxa « cibles »
TBE/BE note site de référence ; répartition équidistante
Plus fondamentalement…
Travaux plus fondamentaux et axes de recherche  l’acquisition de
connaissances potentiellement applicables dans le domaine de la bio-indication :
 Barcoding (Thèse Lenaig Kermarrec en collaboration avec l’INRA),
 Bio-indication par approche génomique fonctionnelle (IRSTEA),
 Etude des diatomées marines en Martinique (Thèse CIFRE Catherine Desrosiers en cours,
collaboration avec Ecolab -Université de Toulouse),
 Etude Diatomées des cours d'eau non pérennes (Thèse CIFRE Amélie Barthès en cours,
collaboration avec Ecolab -Université de Toulouse),
 Etudes des diatomées des sources hydrothermales de la Guadeloupe (en collaboration avec
l’unité 7138 SAE de Université Antilles-Guyane et l’Institut Physique du Globe de Paris)
 Collaboration à un projet ANR « CHLORINDIC » en Guadeloupe visant à identifier un ou des
bio-indicateurs de la contamination par un pesticide très rémanent (Chlordécone) (INERIS)
 Etude préliminaire des diatomées du bassin versant de la Rivière Bogota (Colombie) dans le
but d’étudier la faisabilité d’un indicateur basé sur les diatomées (IRSTEA)
Les MIB comme Bio-indicateurs
Vers aquatiques
Macroinvertébrés ?
Mollusques
Crustacés
Larves d’insectes
Plécoptères
Trichoptères
Ephéméroptères
Hétéroptères
Coléoptères
Diptères
Odonates
Les MIB comme Bio-indicateurs
•
Propriétés qui font des Macroinvertébrés benthiques de bons bio-indicateurs :
o Répartition dans l’ensemble des écosystèmes,
o Grande diversité taxonomiques (> 2000 espèces en France),
o Nombreuses espèces bio-indicatrices,
o Biocénoses variées et sensibles aux conditions de milieux,
o Représentation de plusieurs niveaux trophiques,
o Capacité d’intégration temporelle,
o Données taxinomiques et écologiques abondantes,
o Echantillonnage et détermination pas trop complexe (IBGN)
o Stockage possible sur du long terme,
Les MIB comme Bio-indicateurs
•
Inconvénients des MIB en tant que bio-indicateur :
o Faible distinction de certaines perturbations (IBGN),
o Tri et détermination : opérations fastidieuses,
o Coût le l’opération non négligeable,
o Limite d’applicabilité en l’état (source, grands cours d’eau profonds)
Historique de l’IBGN
vers l’IBG-RCS et l’I2M2
2002 2004
1992
2014
IBGN
1982
1976
IBGN
IBG (Verneaux et al.)
1967
IQBG (Verneaux et al.)
1964
IB (Verneaux et Tuffery)
1er utilisation MIB
2010
I2M2
IBG-RCS
IBG – sites de référence
l’IBGN : Principe de l’indice
Relevés physico-chimiques
(près de 4400 analyses)
Relevés biologiques
(RNB : 965 relevés)
Analyses multivariées
Mise en place de 9 Groupes Indicateurs
(‘scoring’) : 1 (polluorésistant ; 9
polluosensible)
Répartition des
macroinvertébrés (138
puis 152 taxons) fonction
des paramètres de qualité
du milieu


GI 9 + CV 6 [17-20] = 14/20
GI 3 + CV 12 [41-44] = 14/20
Note indicielle /20
Croisement avec les
classes de variété
taxonomique (1[1-3] à
14[> 50]
l’IBGN : Principe de l’indice
Repérage de 8
couples S/V
Représentatif de la mosaïque
d’habitat
PRELEVEMENTS
Détermination
(famille essentiellement)
Capacité biogène de la
station sans
représentativité
surfacique
Pas de prise en compte de l’abondance
Pas de prise en compte de la typologie
Pas de notion
d’écart à la référence
(EQR)
De l’IBGN vers l’IBG-RCS
Repérage de la station avec
évaluation des % de
recouvrement des substrats
Représentativité surfacique de
la station
4 Substrats Marginaux
(ordre d’habitabilité)
PRELEVEMENTS
4 Substrats Dominants
(3 phases)
(ordre d’habitabilité)
Note /20
(équivalent
IBGN)
4 Substrats Dominants
(% de recouvrement)
Détermination
(genre principalement)
Notion seuil / HERs
De l’IBG-RCS vers l’I2M2
Indice Invertébrés Multi Métriques
Données
environnementales
Qualité eau
10 catégories (173 param., Moy. sur 6
mois) : MO, AZOT, NITR, PHOS, MES, ACID,
Métaux, PEST, HAP, Microp. organiques.)
Hydromorpho
et Espace
Sélection métrique si
Réponse à :
7 / 10 qualité eau
+
5/7 hydromorpho et
espace
Forte DE
(discriminante)
Stable en condition de
référence
7 catégories (10 param.): Voies de
comm., Ripisylve, Urbanisation (100m),
Risque colmatage, Instabilité
hydrologique, Anthropisation BV,
Rectification
Données faunistiques
Indices
Shannon (diversité sur P2+P3)
ASPT (Average Score Per Taxon sur P2+P3)
Structure
Richesse taxonomique (P1+P2+P3)
Traits Biol.
Non redondante
Polyvoltines (P2+P3)
Ovovivipare (P3)
De l’IBG-RCS vers l’I2M2
Indice Invertébrés Multi Métriques
Prise en compte exigences DCE
Calcul de l’EQR par
métrique
écart référence, typologie, abondance
diversité et sensibilité des taxa (polluo-sensibilité)
EQR
métrique
= (Obsr – Worst) / (Référence – Worst)
Pondération EQR par la DE
Calcul d’un sous-indice par
catégorie de pression (17)
I2M2 = moyenne
des sous-indices
D’après M. Prieto-Montes, M. Ferréol, P. Usseglio-Polatera et C. Mondy, 2012
Transposition aux Antilles : IBMA-972
Indice Invertébrés Multi Métriques
Même démarche que pour l’I2M2
16 variables
environnementales
13 Qualité eau
3 « Habitat »
5 métriques retenues
Preferendum habitat (BPCG)
Abondance Ephéméroptères (P2P3)
Richesse relative ETC (P1P2)
Richesse relative prédateurs (P2P3)
Shannon (P2P3)
IBMA-972 = Σ (DEm × EQRm)/ Σ DEm
avec DEm l’efficacité de discrimination de la métrique ≪ m ≫ et EQRm la valeur d’EQR de la métrique ≪ m ≫.
Le score final de cet indice est compris entre 0 et 1. Ce n’est pas une moyenne comme l’I2M2 (contexte multipression, peu de répliquas par pression).
Répond à 4 des 5 exigences DCE (écart référence, typologie, abondance, diversité)
Seul critère non pris en compte : sensibilité des taxa (polluo-sensibilité)
D’après C. Bernadet, N. Bargier et R. Cereghino, 2013
Merci pour votre attention
Véronique PASCAL
Pascal FRANCISCO
veronique.pascal @asconit.com
[email protected]