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]
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