rapport stratégie d’échantillonnage en biologie des populations
publicité
UNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES Département de Biologie Animale STRATIGIES D’ECHANTILLONNAGE EN BIOLOGIE DES POPULATIONS Année : 2017-2018 Présenté par : BA Mariama Diouldé DIOP Mame ILHAM Ali Ahmed KA Ndoumbé MENDES Marie RAHMA Hassane Rambou SOW Kalidou THIAW Alphonse Birame Matar Sous la supervision du Pr Pape Mbacké SEMBENE i TABLE DES MATIERES: INTRODUCTION ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1 I. BIOLOGIE DES POPULATIONS ------------------------------------------------------------------------ 1 I.1) NOTION DE BIOLOGIE DES POPULATIONS ---------------------------------------------- 1 I.1.1) La dynamique des populations -------------------------------------------------------------------- 2 I.1.2) La génétique des populations ----------------------------------------------------------------------- 2 I.2) NOTION DE POPULATION ---------------------------------------------------------------------- 3 I.2.1) Populations ouvertes ----------------------------------------------------------------------------------- 3 I.2.2) Populations fermées ----------------------------------------------------------------------------------- 3 I.2.3) Population en échantillonnage ---------------------------------------------------------------------- 3 I.2.3.1) Population statistique ---------------------------------------------------------------------------------- 3 I.2.3.2) Population cible ----------------------------------------------------------------------------------------- 3 STRATEGIES D’ECHANTILLONNAGES ----------------------------------------------------------- 4 II. NOTION D’ECHANTILLONNAGE ---------------------------------------------------------- 4 II.1) II.1.1) Définitions ---------------------------------------------------------------------------------------------- 4 II.1.1.1) Echantillonnage ------------------------------------------------------------------------------------------ 4 II.1.1.2) Echantillon ----------------------------------------------------------------------------------------------- 4 II.2) Les objectifs de l’échantillonnage ------------------------------------------------------------------------ 5 II.3) Les modalités de l’échantillonnage ------------------------------------------------------------------------ 5 II.3.1) Déterminer la population cible ------------------------------------------------------------------------- 5 II.3.2) Choisir le plan d’échantillonnage ---------------------------------------------------------------------- 5 II.3.3) Définir la taille de l’échantillon ------------------------------------------------------------------------- 6 II.3.4) Définir la taille des unités d’échantillonnage -------------------------------------------------------- 6 II.3.5) Définir le nombre d'échantillon -----------------------------------------------------------------------6 II.3.6) Positionner les échantillons-----------------------------------------------------------------------------6 II.3.7) Prévoir la durée de l'étude-----------------------------------------------------------------------------7 II.3.8) Choisir la méthode d'échantillonnage appropriée -----------------------------------------------7 II.4) Paramètres d’une distribution---------------------------------------------------------------------------- 7 II.4.1) Paramètres de position----------------------------------------------------------------------------------- 7 II.4.2) Paramètres de dispersion-------------------------------------------------------------------------------- 7 II.5) Utilisation du GPS dans l’échantillonnage----------------------------------------------------------- 8 i III. METHODES D’ECHANTILLONNAGES ----------------------------------------------------------- 9 III.1) METHODES PROBABILISTES (ALEATOIRES) ------------------------------------------- 9 III.1.1) Echantillonnage aléatoire simple (EAS)-------------------------------------------------------------- 9 III.1.2) Echantillonnage systématique ---------------------------------------------------------------------- 12 III.1.3) Echantillonnage stratifié ------------------------------------------------------------------------------ 15 III.1.4) Echantillonnage en grappes (par degrés) -------------------------------------------------------- 17 III.2.5) Echantillonnage à plusieurs degrés ---------------------------------------------------------------- 19 III.2.6) Echantillonnage à plusieurs phases ---------------------------------------------------------- 19 III.2) METHODES NON PROBABILISTES (EMPIRIQUES OU RAISONNEES) -------- 20 III.2.1) Echantillonnage par quotas -------------------------------------------------------------------------- 20 III.2.2) Echantillonnage de convenance (de commodité) ---------------------------------------------- 21 III.2.3) Echantillonnage selon le jugement ---------------------------------------------------------------- 21 III.2.4) Echantillonnage volontaire -------------------------------------------------------------------------- 22 III.2.5) Echantillonnage accidentel (à l’aveuglette)------------------------------------------------------ 22 IV. LES TECHNIQUES DE PRELEVEMENT -------------------------------------------------------------- 23 IV.1) TECHNIQUE DE PRELEVEMENT EN MILIEU TERRESTRE ------------------------ 23 IV.1.1) Prélèvement des échantillons de sol à l’aide d’une tarière---------------------------------- 23 IV.1.2) La technique de la berlèse---------------------------------------------------------------------------24 IV.1.3) Le parapluie japonais -------------------------------------------------------------------------------25 IV.1.4) Les pièges au sol --------------------------------------------------------------------------------------- 26 IV.2) TECHNIQUE DE PRELEVEMENT EN MILIEU AQUATIQUE ----------------------- 28 IV.2.1) La pêche à la roténone (également appelée nivrée) ------------------------------------------- 28 IV.2.2) Piège à Filet Surber ------------------------------------------------------------------------------------- 29 IV.3) TECHNIQUE DE PRELEVEMENT EN MILIEU AERIENNE ------------------------- 30 IV.3.1) Piège malaise-------------------------------------------------------------------------------------------- 30 IV.3.2) Pièges lumineux --------------------------------------------------------------------------------------- 31 IV.3.3) Pièges à phéromones -------------------------------------------------------------------------------- 32 IV.4) TECHNIQUE DE PRELEVEMENT MIXTE------------------------------------------------- 33 IV.4.1) Technique des quadrats ------------------------------------------------------------------------------- 33 IV.4.2) Cages d’émergences ----------------------------------------------------------------------------------- 33 IV.4.3) Technique de Capture- Marquage- Recapture (CMR) ----------------------------------------- 34 IV.5) QUELQUES EXEMPLES DE TECHNIQUES DE PRELEVEMENT MEDICAL--------------------36 ii V. ERREURS DE L'ECHANTILLONNAGE------------------------------------------------------------38 V.1) DEFINITION-------------------------------------------------------------------------------------------38 V.2) DIFFERENTS TYPES D'ERREUR---------------------------------------------------------------39 CONCLUSION----------------------------------------------------------------------------------------------------40 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES--------------------------------------------------------------------41 iii INTRODUCTION La population est définie comme un ensemble d’individu appartenant à la même espèce susceptible de se reproduire entre eux, occupant une aire géographique commune en un moment donné et jouant un rôle particulier dans un même écosystème. La science qui permet d’étudier la population est la biologie des populations. Cette notion de biologie de population a pour précurseur l’économiste anglais Malthus avec sa publication : « l’essai sur le principe de la population » en 1798, exposant quelques directions d’étude de la population humaine. Pour son travail sur l’évolution de l’espèce vivante, Charles Darwin s’inspira des idées sociologiques de Malthus qu’il transféra au monde animal et végétal. La biologie des populations des organismes vivants est un champ d’étude ayant comme disciplines de base la dynamique des populations qui s’intéresse aux variations d’abondance des populations et la génétique des populations qui utilise la variabilité spatio-temporelle des marqueurs génétiques afin de caractériser les populations. Cependant, il est pratiquement impossible de mettre la main sur l’ensemble des individus d’une population d’où la nécessité de faire recours à l’échantillonnage qui résulte de l’impossibilité de collecter des données sur tous les éléments d’une population ou d’une surface, souvent pour des raisons pratiques, techniques ou économiques. I. BIOLOGIE DES POPULATIONS I.1 NOTION DE BIOLOGIE DES POPULATIONS La biologie des populations s’intéresse aux caractéristiques collectives des individus organisés en population et à l’évolution de ces caractéristiques: abondance et variation de l’abondance dans le temps ou dans l’espace; phénomènes démographiques par lesquels une population se renouvelle et rendent compte des variations d’abondance; structure démographique qui sanctionne le comportement démographique passé et annonce celui à venir; structure allélique et génotypique, polymorphisme et variabilité génétique, hétérozygotie, etc.., dont l’évolution au cours du temps peut modifier les performances démographiques et par la suite le devenir à long terme des populations ; structure sociale qui décrit l’organisation des populations animales en unités sociales dans lesquelles les individus ont des rôles et des positions hiérarchiques différentes, en particulier au plan de reproduction. Les deux disciplines fondatrices de la biologie des populations sont la dynamique des populations, dont les concepts et les méthodes sont empruntés à la démographie humaine et écologique, et la génétique des populations, elle-même représentée par deux traditions, l’une mathématique, l’autre expérimentale. 1 I.1.1) La dynamique des populations Elle s’intéresse aux variations d’abondance des populations au niveau le plus élémentaire, il s’agit simplement de décrire une population à un moment donné : abondance, structure et phénomènes démographiques. A partir de ces connaissances il est possible d’établir des projections qui décrivent les variations prévisibles de l’effectif et les changements de structure. Les phénomènes démographiques dépendent des relations que la population étudiée entretient avec d’autres populations présentes dans la même biocénose et des conditions abiotiques du milieu. La dynamique des populations est une analyse démographique éclairée par un savoir écologique concernant les relations que les populations entretiennent avec leur environnement. I.1.2) La génétique des populations Elle a pour objectif de décrire et d’interpréter l’évolution du patrimoine héréditaire des populations qui se manifestent au cours des générations successives. Les individus qui composent une population à un moment donné détiennent chacun une fraction du pool génétique de cette population et la transmettent, au moins en partie, à la génération suivante ; par le jeu de la fécondation croisée qui permet la recombinaison. Celle-ci implique la ségrégation et les réassortiments des gènes. Le patrimoine génétique collectif est continuellement recomposé et investi dans de nouveaux individus par le jeu des mutations, il est modifié dans sa nature même. La démarche de la génétique des populations est analytique les gènes y sont souvent considérés comme des unités indépendantes. Comme la liaison entre génotypes et phénotypes reste obscure pour tous les traits polygéniques, il s’est développé parallèlement une génétique des traits quantitatifs. Cette discipline s’intéresse à la sélection et à l’amélioration des espèces domestiques, sa démarche plus globale et sa pratique la situent directement dans le champ des préoccupations de la biologie évolutionniste des populations. Remarque: La biologie évolutionniste des populations est considérée comme étant une discipline à part entière qui étudie l’adaptation des traits de vie qualitatifs et quantitatifs aux conditions du milieu. Au sein d’une population biologique, les traits de vie varient d’un individu à l’autre, ouvrant ainsi directement la voie à la sélection ; ces traits doivent être vus comme des adaptations aux conditions d’existence, et le profil démographique qui en résulte, comme modelé par la sélection naturelle. Ici l’individu est pris comme l’objet de la sélection, et la population comme l’unité d’évolution. Les applications de la biologie des populations sont nombreuses et concernent particulièrement les problèmes d’exploitation (comment exploiter le mieux possible les espèces non domestiques présentant un intérêt économique ?), de contrôle (comment contrôler les espèces jugées nuisibles aux intérêts humains ?) et de conservation (comment sauver les espèces menacées d’extinction par le développement des populations humaines ?). 2 I.2 NOTION DE POPULATION A l’intérieur de l’aire géographique occupée par une espèce, les conditions de milieu et d’habitat varient. L’écosystème auquel une espèce appartient occupe rarement toute l’aire géographique de l’espèce. Les individus qui la représentent sont donc distribués en groupes plus ou moins isolés géographiquement qui constituent autant de populations. I.2.1) Populations ouvertes Elles restent génétiquement liées aux autres par l’émigration et l’immigration chez les animaux, par la dispersion des semences ou du pollen chez les plantes ; leur ensemble constitue une métapopulation. Les populations d’une métapopulation qui s’éteignent à un moment donné et peuvent se reconstituer ultérieurement par la recolonisation du site qu’elles occupaient. I.2.2) Populations fermées Elles n’échangent plus de gènes avec les autres populations de la même espèce ; leur isolement résulte fréquemment de bouleversements climatiques ou géologiques se manifestant à des échelles très longues. Aujourd’hui, l’isolement des populations est essentiellement lié aux modifications des milieux naturels qui accompagnent l’expansion de l’espèce humaine. N’entretenant plus d’échanges génétiques avec les autres, les populations fermées ne participent plus au pool de gènes de l’espèce qu’elles représentent. Lorsqu’elles ne s’éteignent pas, elles sont susceptibles d’évoluer indépendamment des autres et de diverger donnant naissance à de nouveaux taxons ; ce processus est la spéciation allopathique. I.2.3) Population en échantillonnage I.2.3.1) Population statistique Une population statistique est une collection d’élément, possédant au moins une caractéristique commune, permettant de la définir : c’est une population de laquelle on extrait un échantillon représentatif et sur laquelle portent les conclusions statistiques. I.2.3.2) Population cible C’est l’ensemble pour lequel on veut recueillir des informations et sur lequel doivent porter les conclusions de l’étude. Elle peut être distincte de la population statistique en particulier quand ses éléments ne peuvent pas être tous répertoriés ou sont soumis à des contraintes liés à l’étude menée. 3 II. STRATEGIES D’ECHANTILLONNAGE II.1) NOTION D’ECHANTILLONNAGE II.1.1) Définitions II.1.1.1) Echantillonnage C’est une opération consistant à sélectionner une fraction d’une population plus vaste. C’est aussi la procédure par laquelle les échantillons sont prélevés. L’échantillonnage est au mieux adapté à tester l'hypothèse que l'on a fait, à une échelle spatiale et temporelle donnée, sur la structure ou la dynamique du système biologique étudiée. Il faut donc clairement exprimer de quelle propriété on veut juger c'est-à-dire l’objectif de l’étude avant de pouvoir concevoir un plan d'échantillonnage. II.1.1.2) Echantillon C’est une collection d’éléments prélevés dans la population statistique c’est-à-dire à partir de la population que l'on va examiner selon un processus aléatoire ou une méthode dite à choix raisonné. C'est le fragment d'un ensemble pour juger de cet ensemble. L’échantillon doit posséder les mêmes caractéristiques que la population que l’on souhaite étudier, c'est-à-dire permettre d'estimer avec une marge d'erreur acceptable les caractéristiques de la population qui nous intéressent à partir des résultats de l’analyse de celles de l’échantillon. On parle alors d’échantillon représentatif de la population d’étude. Il conviendra donc de déterminer au préalable les caractéristiques essentielles de la population, selon les intérêts de l’évaluation menée, pour s’assurer d’obtenir un échantillon dit représentatif. Figure 1 : Echantillon représentatif (www.alloprof.aq.ca) 4 II.2) LES OBJECTIFS DE L’ECHANTILLONNAGE L’échantillonnage a pour but : D’estimer la taille d’une population De suivre les changements dans le temps et dans l’espace une population De caractériser une communauté vivante De connaitre l’étendue et les limites géographiques de chacun des attributs de l’espèce. De faire la structuration des espèces. De connaitre le mode de vie de la population II.3) LES MODALITES DE L’ECHANTILLONNAGE Il s’agit de : Déterminer la population d’étude ou cible Choisir le plan d’échantillonnage Définir le nombre d’échantillons Définir la taille de l’échantillon Positionner les échantillons Prévoir la durée de l’étude Choisir la méthode d’échantillonnage appropriée II.3.1) Déterminer la population cible Déterminer la population cible revient à repérer la population biologique sur laquelle doivent porter les conclusions d’une étude. C’est-à-dire l’ensemble des unités parmi lesquels l’échantillon sera prélevé. Autrement dit la population que l’on veut observer. Exemple: lorsqu’on veut étudier la structuration génétique au sein de l’espèce sytophilus zea maïs à l’intérieur de plusieurs pays ouest africains, la population d’étude ici est l’ensemble des espèces appartenant à un même pays. II.3.2) Choisir le plan d’échantillonnage Choisir le plan d’échantillonnage consiste à choisir de quelle manière les données seront recueillies sur le terrain (en certains endroits choisis au hasard, dans tous les habitats fréquentés par l’espèce visée…) donc choisir une méthode pour localiser les échantillons. La mise en place d’un plan d’échantillonnage est conditionnée par le choix du problème et la façon de le poser, le mode de traitement des données et donc les résultats. En ne portant pas une attention suffisante au plan, des investissements en temps et en argent sous forme de résultats non décisifs seront perdus. 5 II.3.3) Définir la taille de l’échantillon Pour déterminer la taille de l’échantillon à tirer et ainsi permettre des interprétations valables des analyses qui seront effectuées à partir de celui-ci, outre la taille de la population d’étude, il est nécessaire de prendre en compte certains critères statistiques pour calculer la taille de l’échantillon souhaiter, par le biais de formules mathématiques approuvées. Le choix de la taille d’un échantillon dépend aussi des contraintes de terrain observées et des questions auxquelles on désire répondre par le moyen de l’enquête. Plus les objectifs de l’étude sont pointus et la diversité des individus enquêtés est grande, plus la taille minimale requise sera grande. II.3.4) Définir la taille des unités d’échantillonnage Le choix de la taille des unités d’échantillonnage dépend du nombre et de la fréquence des espèces présentées. La taille de l’unité d’échantillonnage peut être mise en relation avec la variation du nombre d’individus enregistrés entre deux comptages consécutifs. Cette variation devrait, si possible, suivre la règle des 95 % d’intervalle de confiance. Si des variations inacceptables sont trouvées, il faut alors étendre l’aire d’échantillonnage jusqu’à ce que le nombre d’individus comptés se stabilise et que la variation soit réduite au niveau le plus bas (DAVIS, 1982). II .3.5) Définir le nombre d’échantillon En général plus le nombre d’échantillons est important, plus les résultats seront fidèles à la réalité, plus la valeur estimée s’approche de la valeur réelle. Ainsi les résultats d’une étude sont d’autant plus fiables que le nombre de données ou d’échantillons à traiter est important. Si le nombre d’échantillons est insuffisant, dans le domaine des analyses de pollution par exemple, on peut être amené à déclarer qu'il n'y a pas d'impact alors que l'on n'a pas la quantité d’échantillons nécessaire. II .3.6) Positionner les échantillons C’est l’étape à laquelle on procède à la disposition des pièges dans l’espace. Ainsi cette procédure se fera selon le type d’échantillonnage à utiliser. Par exemple: dans une forêt on peut mettre en place des quadrats ou bien des plots pour délimiter la partie à effectuer. 6 II.3.7) Prévoir la période de l’étude La période d’étude constitue la dernière étape du plan. Cependant elle doit se faire selon : - la phénologie de l’espèce a étudié, en fonction du lieu d’étude, en fonction des objectifs, et en fonction du moment de la journée II.3.8) Choisir la méthode d’échantillonnage appropriée Le choix de la méthode d’échantillonnage dépend de ce que l’on recherche. Chaque méthode possède ses propres caractéristiques techniques de mise en place et d’analyse des résultats Cette partie sera beaucoup plus détaillée dans le III (voir III. Méthodes d’échantillonnage). II.4) PARAMETRES D’UNE DISTRIBUTION Il existe deux types de paramètres pour les données quantitatives que sont : Les paramètres de position Les paramètres de dispersion I.4.1) Paramètres de position Les paramètres de position d’une distribution pour des données quantitatives sont : -la moyenne de la distribution : rapport de la somme des mesures au nombre de mesures observées -le mode de la distribution : valeur de la variable dont la fréquence est la plus élevée (également pour les variables qualitatives). -la médiane de la distribution : valeur de la variable partageant la distribution en 2 moitiés égales. I.4.2) Paramètres de dispersion Il s’agit de : - la variance : paramètre de dispersion généralement le plus utilisé : c’est la moyenne arithmétique des carrés des écarts à la moyenne de l’échantillon. - l’écart-type : également très utilisé. Permet d’exprimer la dispersion dans la même unité que la variable mesurée: c’est la racine carrée de la variance. -autres : quantiles, étendues, ... 7 I-5) UTILISATION DU GPS DANS L’ECHANTILLONNAGE Le GPS est un instrument qui permet de faire une localisation par satellite. En biologie des populations on peut l’utiliser pour l’échantillonnage par exemple : pour localiser sans se déplacer la population d’étude en fonction du lieu ; on peut aussi déterminer la taille de l’échantillon ; délimiter la zone d’échantillonnage par exemple pour les animaux supérieur tel que les mammifères dans une forêt. 8 III. METHODES D’ECHANTILLONNAGE Selon le but visé et les contraintes rencontrées, plusieurs méthodes d’échantillonnage fondées sur des connaissances scientifiques sont disponibles et répondent à des besoins particuliers. Chaque méthode fait généralement appelle à divers moyens de prélèvements, d’observations ou d’investigations (instruments, machines, appareils, engins, outils, aménagements, ...). En générale, il existe deux grandes méthodes d’échantillonnages: III.1) METHODES PROBABILISTES (ALEATOIRES) Les méthodes probabilistes reposent sur le hasard. Les unités statistiques (individus de la population cible) sont choisies au hasard et possèdent une probabilité connue de faire partie de l’échantillon. Il est à noter que ce n’est pas l’enquêteur qui choisit les unités mais c’est la méthode utilisée pour la sélection qui le fait. Cette probabilité permet alors de produire des estimations de l'erreur d'échantillonnage qui nous indique la fiabilité des résultats. Avantages : possibilité de calculer la marge de l’erreur d’échantillonnage et de Généraliser les résultats à l’ensemble de la population tout en prenant un risque calculé. Et aussi le caractère aléatoire minimise le risque de non représentativité de l’échantillon. Mais avant de commencer à utiliser ces méthodes, il faudra disposer d’une liste complète de toutes les unités statistiques de la population, que l’on appelle aussi une base de sondage (liste des individus à partir de laquelle on prélève un échantillon : cette liste déterminera la population observée). Il existe plusieurs méthodes d’échantillonnages probabilistes. III.1.1) Echantillonnage aléatoire simple (EAS) a- Définition et protocoles L’échantillonnage aléatoire simple est une méthode qui consiste à prélever au hasard et de façon indépendante n unités d’échantillonnage d’une population de N éléments. Les échantillons sont répartis au hasard et chaque point dans l’espace étudié a donc une chance égale d’être échantillonné (voir figure 2). L’échantillon aléatoire simple est tiré selon la technique qui accorde à chaque individu une chance connue, égale et non nulle d’être choisi. Figure 2: Echantillonnage au hasard 9 Il est parfois difficile en écologie ou dans de nombreuses disciplines d’effectuer un échantillonnage aléatoire simple qui se conforme à la définition. En effet, pour garantir la sécurité et la représentativité, le protocole consiste à dresser une liste complète et sans répétition des éléments de la population, à les numéroter, puis à tirer au sort « n » d’entre eux à l’aide d’une table de nombres aléatoires ou de tout autre système. Il faudra tirer un nombre d’unités statistiques égal à la taille de l’échantillon et Chaque élément sélectionné peut être remis dans la population après son tirage pour éventuellement être choisi une deuxième fois : on parle alors d’échantillonnage aléatoire avec remise ou tirage non exhaustif. Le tirage peut aussi se faire sans remise ou exhaustif c'est-à-dire que chaque individu choisi une fois ne peut l’être une nouvelle fois. L’application de ce plan ne nécessite aucune information préalable. En outre, les différentes estimations peuvent être calculées à partir des données recueillies sur l’échantillon, sans faire appel à d’autres renseignements. Figure 3: Illustration de l’échantillonnage aléatoire simple (www.youtube.com ) b- Application de la méthode D’après le protocole d’application, la probabilité (P) pour générer un échantillon de taille (n) dans une population de taille N est : P=n/N Cas d’une étude sur la reproduction et l’élevage des hérons bleus d’une colonie d’une Région donnée (El Kala, Algérie). On procède à un EAS des nids pour estimer certaines caractéristiques biologiques (état de propreté du nid assuré par les parents) qui, pour des raisons de temps et de dérangement des nids, ne pouvaient être mesurées sur l’ensemble de la colonie. Ainsi 163 nids de la colonie ont été repérés, reportés sur une carte et numérotés. Puis 7 d’entre eux ont été tirés au hasard pour constituer un échantillon. 10 c- Avantages et inconvénients Avantages: -Il est connu est accepté universellement. - Les estimateurs ne sont pas biaisés. Comme on peut calculer les chances de chaque élément d'appartenir à l'échantillon, il devient possible de généraliser, c'est-à-dire de déterminer jusqu'à quel point les résultats obtenus avec l'échantillon s'appliquent à la population. - Le calcul des estimateurs s’avère facile et la majorité des banques de programmes informatiques se prêtent à ce plan. - Il n’est pas nécessaire d’élaborer une planification sophistiqué de la collecte et du traitement des données, dans la mesure où l’on est assuré que le processus de sélection est réellement dû au hasard non biaisé par une tendance, consciente ou non. Inconvénients: - L’inventaire des éléments de la population est souvent une opération difficile et parfois même impossible. - Le protocole de sélection des unités d’échantillonnage est peu commode comparativement à celui de l’échantillonnage systématique. - Son efficacité s'avère souvent très médiocre car on n’utilise pas les informations apportées par des expériences antérieures, ou ne collecte pas préférentiellement des éléments privilégiés dont l'accès ou l'examen s'avère plus commode ou plus économique, on ne module pas la probabilité de sélection des éléments en fonction de leur poids ou de leur importance relative. - Coûteux et irréalisable pour de grandes populations 11 III.1.2) Echantillonnage systématique a. Définition L'échantillonnage systématique est une méthode où les unités statistiques sont choisies à intervalle régulier dans la base de sondage. Il consiste à tirer au hasard un i nième élément, situé entre le premier et le p nième de la population puis à prélever systématiquement le (i + p) nième, (i + 2p) nième, (i + 3p) nième, …, (i + (n-1) p)nième élément de la population. Les rangs des n unités sont ainsi en progression arithmétique dont la base est un nombre aléatoire i et la raison un nombre p calculé de telle sorte que l'échantillon se répartisse uniformément sur toute population. Contrairement à l'échantillonnage aléatoire simple, les unités ne sont pas prélevées de façon indépendante puisque le choix du 1er élément détermine la composition de tout l'échantillon. Figure 4a: Echantillonnage systématique figure 4b: Illustration de l’échantillonnage systématique www.youtube.com b. Protocole et condition d’application de la méthode Le protocole s'avère très simple lorsque les éléments de la population sont facilement accessibles et en nombre connu. Pour cela, il faudra : 1. Choisir l'effectif « n » de l'échantillon : Numéroter de 1 à N les unités incluses dans votre base de sondage (où N est la taille de la population totale), 2. calculer la raison « p » (p = N/n) : Déterminer l'intervalle d'échantillonnage (p) en divisant le nombre d'unités incluses dans la population par la taille de l'échantillon que vous désirez obtenir. Par exemple, pour sélectionner un échantillon de 100 unités à partir d'une population de 400, vous auriez besoin d'un intervalle d'échantillonnage de 400 ÷100 = 4. p= 4, par conséquent vous devrez sélectionner une unité sur 4 pour avoir finalement au total 100 unités à l'intérieur de votre échantillon, 12 3. tirer au hasard un nième élément que l'on considère comme le premier : Sélectionner au hasard un nombre entre 1 et p. Ce nombre s'appelle l'origine choisie au hasard et serait le premier nombre inclus dans votre échantillon. À l'aide de l'échantillon fourni ci-dessus, on sélectionnera un chiffre entre 1 et 4 à partir d'une table de nombres aléatoires (pris au hasard). Si on choisit 3, la troisième unité incluse dans la base de sondage serait la première unité comprise dans l’échantillon ; si on choisit 2, le début de l’échantillon serait la deuxième unité incluse dans la base de sondage. 4. prélever un élément toutes les « p » unités : Sélectionner chaque p nième (dans ce cas, chaque 4e unité après ce premier nombre). L'échantillon pourrait par exemple, se composer des unités suivantes de façon à constituer un échantillon de 100 : 3 (l'origine choisie au hasard), 7, 11, 15, 19... 395, 399 (jusqu'à N, qui est 400 dans ce cas). Lorsque l'effectif N est inconnu et qu'il s'avère difficile d'en estimer un ordre de grandeur, il n'est plus possible de choisir l'effectif n de l'échantillon car la valeur de p est fixée arbitrairement. Toutefois, si l'on se rend compte pendant l'échantillonnage que la raison p est trop petite ou trop grande, on peut intervenir en augmentant à un moment donné la valeur de p ou recommencer avec une autre raison. On peut aussi stratifier la population au moment voulu et diminuer la raison p. Dans tous les cas on s'assure que les éléments soient uniformément répartis au sein d'une strate de la population (voir figure 4a ci-dessus). Pour que cette méthode soit utilisée sans risque, il faut absolument savoir comment s'agencent les éléments de la population (information préalables). Par exemple : Si les unités sont agencées dans un ordre aléatoire, l'échantillonnage systématique est équivalent à l'échantillonnage aléatoire simple et l'avantage du 1er réside essentiellement dans la commodité et sa préparation et son exécution sur le terrain. Si les éléments de la population apparaissent selon une séquence qui engendre des variations périodiques du caractère étudié, l'échantillonnage systématique est moins efficace que l'aléatoire simple. En effet, dès que la période p du prélèvement des unités s’approche de la longueur d'onde des variations du caractère étudié, ou d'un multiple entier de celle-ci, une importante erreur systématique peut entacher les résultats. Les éléments de la population peuvent aussi présenter des phénomènes d'auto Corrélation (les variations dans le temps et dans l'espace des conditions Météorologiques constituent un exemple simple d'auto corrélation puisque les informations recueillies auprès de deux stations rapprochées sont très corrélées (abondance de la végétation avec l'altitude). 13 c. Avantages et inconvénients Avantages: -L’échantillonnage systématique est moins demandeur en temps qu’un échantillonnage aléatoire ; -Il est beaucoup plus commode à préparer et à exécuter que l’E.A. S ; -Les points d’échantillonnage sont faciles à localiser à chaque relevé, c’est un avantage considérable dans le cadre d’un suivi permanent. -Si la population présente des phénomènes d'auto corrélation, c'est-à-dire, les éléments qui se suivent dans la série ont un comportement assez semblable au niveau des variables étudiées, ce plan se révèle plus efficace que E.A.S. qui comporte par le fait du hasard des relevés très rapprochés et d'autres très éloignés, ce qui entraine des redondances et des défauts d'information dans la répartition de la variable étudiée. -Si les éléments de la population présentent dans leur séquence une tendance linéaire au niveau de la variable étudiée, l'échantillonnage systématique s'avère plus efficace que l'E.A.S. Inconvénients: - Mise à part la répartition spatio-temporelle des relevés, le protocole de sélection des unités d'échantillonnage impose une énumération de tous les éléments de la population afin de retenir un tous les p (raison). Ce processus s'avère souvent très laborieux comparativement à celui de l'échantillonnage par degré. - Lorsque la série d'éléments présente au niveau du caractère étudié des variations périodiques insoupçonnées, ce plan s'avère peu efficace. - Ce plan ne permet pas de collecter préférentiellement des éléments privilégiés dont l'examen ou l'accès s'avère plus commode, il n'ajuste pas, la probabilité de sélection des éléments en fonction de leur poids ou de leur importance relative. 14 III.1.3) Echantillonnage stratifié a- Définition et protocole d’utilisation L'échantillonnage stratifié est une technique à subdiviser une population hétérogène en souspopulations ou « strates » plus homogènes (l’échantillon a la même composition que la population). La population hétérogène d'effectif N est ainsi découpée en K strates plus homogènes d'effectif Nh de telle sorte que N= N1+N2+N3+…NK. Un échantillon indépendant est par la suite prélevé au sein de chacune des strates en appliquant un plan d'échantillonnage aux choix du chercheur. Il est particulièrement utilisé quand l’aire étudiée est hétérogène, c’est-à-dire divisée en zones différenciées : Les strates peuvent correspondre à des divisions administratives, des unités de gestion, à des zones à topographie ou accessibilité différente. Figure 5a: Echantillonnage stratifié figure 5b: Illustration du protocole de L’échantillonnage stratifié (www.youtube.com) Pour utiliser ce plan, deux questions se posent à savoir : comment construire les strates et quel plan adopter au sein de ces dernières ? Pour créer une strate il va falloir : -choisir un critère de stratification (Le meilleur tarificateur est la variable étudiée lors d'un recensement antérieur ou alors un autre caractère en corrélation aussi étroite que possible avec la variable étudiée) ; -définir le nombre de strates : d’une façon générale, l'augmentation du nombre de strates s'accompagne d'une amélioration de la précision. Dans la mesure où l'échantillonnage d'une strate est totalement indépendant de celui d'une autre, le chercheur peut choisir n'importe quel plan. 15 b. Conditions et Situations propices à l'application du plan Pour l’utiliser, il faut connaître l'effectif Nh de chaque strate (strate male, femelle, petits). Et il s'impose quand l'effort d'échantillonnage ne peut être maintenu constant pour des raisons financières, techniques, humaines ... ou quand différents plan d'échantillonnage doivent être appliqués dans diverses catégories de la population. c. Application Pour évaluer l'importance des populations de grands herbivores dans un parc national, des chercheurs ont divisé le Parc en 5 strates correspond aux différents types de végétation. Dans chaque strate des itinéraires d’échantillons ont été répartis régulièrement selon le principe de l'échantillonnage systématique. L'utilisation de l'échantillonnage stratifié s'avère donc dans ces cas tout à fait justifiés puisque la densité des grands herbivores varie en fonction de la couverture végétale. d. Avantages et inconvénients Avantages: -La stratification peut entrainer des gains de précision appréciables. - Les estimateurs de l'échantillonnage aléatoire simple stratifié ne présentent aucun biais. - Ce plan constitue une solution avantageuse aux problèmes de variations de l'effort d'échantillonnage. - Même si les informations nécessaires à la stratification ne sont pas connues, ce plan reste applicable grâce au double échantillonnage. Inconvénients: - Le double échantillonnage nécessite des prélèvements à l’intérieur des strates ou « n' » est très élevé par rapport à « n ». - La majorité des programmes informatiques de traitement statistique des données ne sont pas conçus pour ce plan. 16 II.2.4) Échantillonnage en grappes (par degrés) a- Définition et principe L’échantillonnage en grappe est une technique qui consiste à tirer au hasard des groupes d’individus et non des individus et à examiner tous les individus constituant le groupe tiré. Le chercheur divise donc la population en sous-groupes appelés « grappes ». Les grappes ont le même profil, la variance d’une grappe à l’autre étant faible. Il sélectionne par la suite un échantillon aléatoire de grappes et non pas un échantillon aléatoire à l’intérieur de chaque grappe. En effet, chacune des N unités de la population, aussi appelées unités primaire ou grappes, se compose de sous-unités plus petites (unités secondaires), qui peuvent elles-mêmes comporter Kij unités tertiaires et ainsi de suite. A chaque niveau, un échantillonnage du 1er du 2ème ou 3ème degré (2ème ou 3ème degré sont des sous-échantillonnages). Les unités primaires et secondaires ne sont pas obligatoirement de la même taille. Figure 6 : échantillonnage par degrés (www.youtube.com/watch?) b- Situations propices à l'application du plan L'échantillonnage par degré s'impose lorsqu'il est impossible d'inventorier les éléments de la population et qu'il est possible d'énumérer les éléments de la grappe sélectionnée de façon aléatoire. Mais aussi lorsqu'il n'est pas possible de procéder à la mesure complète de l'unité d'échantillonnage. L'échantillonnage par degré est fortement recommandé lorsque la population étudiée est géographiquement ou temporellement étendue et lorsque les déplacements d'un élément à l'autre s'avèrent difficiles. 17 c. Avantages et inconvénients Avantages: -l’échantillonnage en grappe n'exige pas la liste complète des éléments de la population, -Il est peu contraignant, économique car il diminue généralement les frais directs et indirects de déplacements. -Il est flexible, car il permet un ajustement du protocole de sélection des unités d'échantillonnages aux conditions particulières de l'étude. Inconvénients: -Il est moins efficace que l'échantillonnage aléatoire simple et systématique lorsque le coefficient de corrélation intra-grappe s'avère très élevé (lorsque les grappes se composent d'éléments qui se ressemblent beaucoup). - perte de précision de l’estimation (homogénéité accrue : les unités d’une grappe se ressemblent entre eux). - Cette perte d'efficacité qui apparaît notamment dans les populations fortement auto corrélées, doit être compensée par l'économie de temps ou d'argent générée par le rapprochement spatiotemporel des éléments examinés. 18 III.1.5) Échantillonnage à plusieurs degrés Définition et principe La méthode d'échantillonnage à plusieurs degrés ressemble à la méthode d'échantillonnage en grappes, sauf qu'il faut dans son cas prélever un échantillon à l'intérieur de chaque grappe sélectionnée, plutôt que d'inclure toutes les unités dans la grappe. Ce type d'échantillonnage exige au moins deux degrés. On identifie et sélectionne au premier degré de grands groupes ou de grandes grappes. Ces grappes renferment plus d'unités de la population qu'il n'en faut pour l'échantillon final. Pour obtenir un échantillon final, on prélève au second degré des unités de la population à partir des grappes sélectionnées (à l'aide de l'une des méthodes d'échantillonnage probabiliste possibles). Si l'on utilise plus de deux degrés, le processus de sélection d'unités de la population à l'intérieur des grappes se poursuit jusqu'à l'obtention d'un échantillon final. II.1.6) Échantillonnage à plusieurs phases Définition et principe Un échantillonnage à plusieurs phases entraîne la collecte de données de base auprès d'un échantillon d'unités de grande taille et ensuite, pour un sous-échantillon de ces unités, la collecte de données plus détaillées. La forme la plus courante d'échantillonnage à plusieurs phases est l'échantillonnage à deux phases (ou l'échantillonnage double), mais il est également possible d'effectuer un échantillonnage à trois phases ou plus. L'échantillonnage à plusieurs phases est assez différent de l'échantillonnage à plusieurs degrés, malgré les similarités entre eux sur le plan de leur appellation. Même si l'échantillonnage à plusieurs phases suppose aussi le prélèvement de deux échantillons ou plus, dans son cas, tous les échantillons sont tirés de la même base de sondage et les unités sont structurellement les mêmes à chaque phase. Comme dans le cas de l'échantillonnage à plusieurs degrés, plus l'on utilisera de phases, plus le plan d'échantillonnage et l'estimation deviendront complexes. L'échantillonnage à plusieurs phases est utile lorsqu'il manque à l'intérieur de la base de sondage des données auxiliaires qui pourraient servir à stratifier la population ou à rejeter à la sélection une partie de la population. 19 III.2) METHODES NON PROBABILISTES (EMPIRIQUES OU RAISONNEES) Pour ces méthodes, les éléments sont inclus dans l'échantillon sans probabilité connue, on suppose que la distribution des caractéristiques à l'intérieur de la population est égale. Une évaluation de l'exactitude des résultats ne peut être faite. Il est généralement rapide, simple et abordable. Bien que pour pouvoir tirer des conclusions sur la population entière, il n'en demeure pas moins qu'il faut supposer, souvent à tort, que l'échantillon est représentatif. Malgré cela, ces méthodes sont souvent utilisées dans certaines disciplines. III.2.1) Echantillonnage par quotas C’est la technique selon laquelle les chercheurs veulent respecter les proportions de la population. L’enquêteur choisit un échantillon qu’il veut le plus représentatif possible des différentes strates de la population (les individus sont choisis au hasard dans chaque strate) Dans cette méthode, le chercheur veut reproduire les caractéristiques d’une population (exemple: âge, sexe, etc.) dans son échantillon. Avantages: -L’échantillonnage par quotas est peu coûteuse et assez rapide. -Ne nécessite pas une liste de tous les individus de la population. -Il permet de contrôler les proportions de la population. -La différence avec l’échantillonnage par strate vient du fait que les individus ne sont pas choisis au hasard. Inconvénients: -Impossibilité d’estimer l’erreur d’échantillonnage. -Ne permet d’aboutir à des conclusions sur l’impact d’un phénomène sur la population étudiée. Figure 7: Echantillonnage par quotas (www.hongbuy.net ) 20 III.2.2) Echantillonnage de convenance (de commodité) L'échantillonnage de commodité est une technique d'échantillonnage où les sujets sont choisis en raison de leur accessibilité et de leur proximité du chercheur. Cette méthode est la plus commune et de nombreux chercheurs la préfèrent parce qu'elle est rapide, peu coûteuse et simple et que les sujets sont facilement disponibles et généralement facile à convaincre. Cependant dans cette méthode, le chercheur exclut une grande proportion de la population, c'est à dire l'échantillon n'est pas représentatif de l'ensemble de la population, d'où dérive un biais d'échantillonnage. Il s'agit d'un écart constant entre les résultats de l'échantillon et les résultats théoriques provenant de l'ensemble de la population. Il n'est pas rare que les résultats d'une étude qui utilise un échantillon de commodité diffèrent de façon significative avec les résultats provenant de l'ensemble de la population. Avantages: -L’échantillonnage de commodité est rapide, simple et peu coûteuse. -Les sujets sont facilement disponibles. Inconvénients: -L'échantillon n'est pas représentatif de l'ensemble de la population, d'où dérive un biais d'échantillonnage. -Le chercheur exclut une grande proportion de la population. III.1.3) Echantillonnage selon le jugement Cette technique consiste à se fier au jugement du chercheur pour déterminer la composition d'un échantillon. Le chercheur juge quelles sont les unités statistiques les plus susceptibles de fournir l'information adéquate : C’est lui qui décidera aussi ce qui est typique, c’est-à-dire c’est à lui de juger si l’échantillon va lui permettre d’atteindre les objectifs de la recherche. Mais, dans quelle mesure peut-on se fier à son jugement pour en arriver à un échantillon typique ? L'échantillonnage au jugé reflète toutes les idées préconçues que risque d'avoir le chercheur. Inconvénients: il peut donc y avoir introduction de biais importants si ces idées sont inexactes, pas d’estimation de l’erreur d’échantillonnage. Avantage: il est peu couteux et encourt moins de temps. Figure 8: Echantillonnage au jugé (www.youtube.com) 21 III.2.4) Echantillonnage volontaire Pour cette méthode, on prélève l'échantillon à partir d'un groupe de volontaires c’est-à-dire des individus qui se portent volontaire à l’étude, car certaines recherches ne pourraient s'exécuter autrement qu'en faisant appel à des volontaires : c’est le cas des essais pharmaceutique. Cette méthode est très utile et donne assez bons résultats, si le but est par exemple intéressé aux différents types d'opinions susceptibles d’être rencontré dans la population. Il en serait tout autrement si l’objectif est de chercher à savoir quel est, pour chacune de ces opinions, le pourcentage de la population qui la partage : il y’a donc possibilité d'un biais. Avantages: -il ne nécessite pas de plan de sondage. - Permet de s’informer indirectement sur des populations inaccessibles par le biais d’informateurs. Inconvénients: -Non représentativité de l'échantillon et présence de biais. -Il permet simplement une vision globale des caractéristiques d’une population. -Ne permet pas d’estimer l’erreur d’échantillonnage. III-1-5) L’échantillonnage accidentel (à l’aveuglette) C’est une méthode qui consiste à former un échantillon en laissant le chercheur sélectionner des unités statistiques parmi celles qui se trouvent en un lieu et temps spécifiques, l’unité statistique se trouve au mauvais endroit au mauvais moment : ce choix est totalement arbitraire. Les résultats obtenus seront acceptables seulement s’il existe une bonne homogénéité dans la population, ce qui est rarement le cas. Autrement, certaines caractéristiques risquent d’être sous-représentées. Par exemple : 1- un élève se place à l’entrée de la cafétéria et demande de remplir un questionnaire à toutes les personnes passant par-là à ce moment précis. 2-Ou encore, un technicien prélève un échantillon d’eau dans un lac pour déterminer la concentration d’un produit chimique. Si l’on suppose que la composition de l’eau dans le lac est homogène, tout échantillon devrait donner des résultats assez semblables. Avantage: il est simple et peu coûteux, obtention d’information rapide. Inconvénients: possibilité d'un biais, c'est-à-dire de construire un échantillon non représentatif de la population. 22 IV. LES TECHNIQUES DE PRELEVEMENT Les techniques de prélèvement permettent de recueillir grâce à un appareillage adéquat, des échantillons de volume connu. Ces techniques dépendent du milieu dans lequel se trouve la population à échantillonner, de l’objectif de l’étude mais aussi de la méthode d’échantillonnage choisie. En effet Certaines précautions standard doivent être appliquées, afin de réaliser un prélèvement dans des conditions d’hygiène et de sécurité surtout lorsqu’ il s’agit d’échantillons médicales. IV.1) TECHNIQUES DE PRELEVEMENT EN MILIEU TERRESTRE IV.1.1) Prélèvement des échantillons de sol à l’aide d’une tarière Ce prélèvement a pour but d’étudier les microorganismes du sol ou encore des organismes tel que les annélides. Les prélèvements doivent être réalisés dans des conditions optimisées pour éviter la contamination des échantillons entre eux. Les divers prélèvements sont réalisés de préférence à l’aide d’une tarière : en tournant, dans le sens des aiguilles d’une montre, introduire la tarière dans le sol afin d’obtenir une "carotte" compètent (= sur la hauteur de la partie de la tarière qui sert à prélever soit environ 20 cm de profondeur), mettre la totalité de la "carotte" dans le sachet plastique correspondant, répéter l’opération 5 fois en « étoile » autour d’un point central afin d’obtenir un échantillon représentatif de la zone de prélèvement. Figure 9 : Prélèvement d’échantillons dans le sol à l’aide d’une tarière (www.dijon.inra.fr ) 23 IV.1.2) La technique de berlèse Le Berlèse est un appareil utilisé pour l’extraction des arthropodes d’un échantillon de litière. Il est constitué d’un entonnoir sur lequel on dispose une grille. L’échantillon est mis à sécher sur la grille, soit naturellement soit pour accélérer le processus, en le chauffant. Les insectes et autres organismes visés descendent au fur et à mesure de la dessiccation du prélèvement. La plupart des organismes fuient aussi la lumière et finissent par tomber à travers la grille dans l’entonnoir. Celui-ci les conduit dans le flacon récepteur, placé à la base. Ce procédé est très efficace et fournit parfois de bonnes quantités d’insectes. Cette technique vise essentiellement les insectes de petites tailles et chez les coléoptères plus particulièrement certaines familles de curculionidae, de staphylinidae… Figure 10 : le berlèse (www.svt.ac-dijon.fr ) 24 IV.1.3) Le parapluie japonaise Cette technique permet de recueillir à la fois le ravageur et la partie du végétal attaquée. Quand le ravageur ne se trouve pas au centre de la zone attaquée, on doit le rechercher sur le pourtour de cette zone ou il risque de se trouver. Le ravageur peut abandonner le plant-hôte pour subir une transformation; il importe alors de le retrouver au stade ou il s'est transformé (œuf, larve, chrysalide, adulte). La technique consiste à placer un parapluie japonais ou toile de battage sous des structures végétales et à frapper celles-ci à l'aide d'un bâton. L'examen minutieux de la toile permet de retrouver les spécimens dont le comportement varie de la fuite rapide à l'inertie totale. Par exemple, de nombreuses espèces de Lamiinae (Cerambycidae) font le mort et, pattes recroquevillées, sont difficiles à discerner parmi les “débris végétaux”. La nature des plantes varie en fonction des groupes recherchés : branches mortes pour les Cerambycidae, Curculionidae, Elateridae, Erotylidae... rameaux vivants pour les Chrysomelidae, Membracidae… Figure 11: Le parapluie japonais (www.ssaft.com) 25 IV.1.4) Les pièges au sol Ce sont des pièges placés au sol dans le but de recueillir des échantillons d’espèces tels que les arthropodes et les nématodes. a. Piège fosse (ou piège de Barber ou pitfallstraps) Il permet d’obtenir des indices d’abondance de certaines espèces vivant au sol (peu fiable, par contre, permet estimer la densité de la population). Le diamètre du piège a un effet sur la taille des captures (chez les Coléoptères) ; un piège de plus grand diamètre capture proportionnellement plus de grosses proies que de plus petits. Figure12 : le Piège fosse (www.Insecterra.forumactif.com ) b. Piège Lindgren (Lindgren Funnel Trap, piège à Scolytes) C’est un piège pour les coléoptères qui creusent des galeries dans les arbres (Scolytidae surtout). Fait d’une série d’entonnoirs superposés. Se fonde sur la tendance de l’insecte à se laisser tomber au sol lorsqu’il perd prise en essayant de se poser. Peut-être appâté avec des phéromones, des substances extraites de l’arbre qui sert d’hôte (alpha-pinène, par exemple), de l’alcool ou de la térébenthine. Insectes recueillis dans le contenant à la base qui contient un liquide de conservation. Insectes recueillis dans ce contenant à la base qui contient un liquide de conservation. 26 Figure 13: Piège lindgren (www.slideplayer.fr) c. Le crochet L’herpétologiste utilise un crochet pour chercher et capturer les serpents sur le terrain. Le crochet est très utile pour pousser de côté l’épaisse végétation ou pour soulever de petits morceaux de bois. Le crochet lors de la recherche de spécimen permet d’éviter de mettre la main dans un trou où un serpent venimeux peut se cacher. Le crochet de serpent aide à capturer le spécimen tout en gardant une certaine distance de sécurité pour les spécimens dangereux. Avec le crochet, le chercheur peut sans risque de morsure faire rentrer le serpent dans un sac de tissu ou l’immobiliser afin de le saisir par l’arrière du crâne. Figure14: Capture de serpent avec un crochet (www.cediscount.com ) 27 IV.2) TECHNIQUES DE PRELEVEMENTS EN MILIEU AQUATIQUE IV.2.1) La pêche à la roténone (également appelée nivrée) Cette technique de prélèvement a pour but a capture des poissons. En effet, cette méthode est la seule permettant de récolter l’ensemble de la communauté de poissons sur un site donné. Elle est utilisée aussi bien pour la pêche traditionnelle que pour effectuer des inventaires faunistiques et des études de gestion des milieux aquatiques. L’utilisation de roténone a cependant un impact sur le milieu, puisque ce produit est toxique pour la faune aquatique et implique donc une mortalité locale. De manière à éviter tout impact durable, les surfaces échantillonnées ont été réduites au maximum. Pour chaque cours d’eau, deux tronçons contigus de 20 à 100m² ont été échantillonnés, délimités par des filets pour éviter la fuite des poissons hors de la zone de travail. Ce protocole permet d’utiliser une même dose de roténone pour les deux tronçons contigus et donc de réduire l’impact sur le milieu à l’aval de la zone d’échantillonnage. Figure 15: Pèche à roténone (www.lemonde.fr ) 28 IV.2.2) Piège à Filet Surber Le filet de Surber est idéal pour la récolte des invertébrés d'eau douce. Ce type de piège est utilisé dans des petites stations comme le bord des mares et les fondrières, pour capturer des espèces dans leurs allers et venues sur de courtes distances. Il se compose de deux cadres métalliques carrés dont l’un repose sur le lit de la rivière et l’autre, qui lui est perpendiculaire, porte le filet « nasse ». A l’entrée du filet, on frotte dans l’eau les dessous des cailloux et le substrat pour sortir les insectes qui sont emportés, par le courant, dans le fond du filet. Insectes interceptés : petits diptères comme les empiries, les dolichopodidés, les chironomes. (a) (b) Figure 16 : Filet de surber (www.helloprod.fr (a) et www.dubost-environnement.fr (b)) 29 IV.3) TECHNIQUE DE PRELEVEMENT EN MILIEU AERIEN IV.3.1) Piège malaise Le fonctionnement du piège est basé sur l'interception de la trajectoire de vol des insectes par un tissu ou d'une toile à maille fine qui fait office de barrière verticale. Les insectes interceptés (se heurtant à cet obstacle) essaient de l'éviter. Soit ils se laissent tomber (c'est le comportement de nombreux coléoptères qui est exploité par le piège à vitre), soit ils ont tendance à prendre de l'altitude pour passer au-dessus. Une majorité de ceux qui adopte la seconde attitude présentent également un phototropisme positif. Ce phototropisme est renforcé par la présence d'un toit de couleur blanche (simulant une zone plus éclairée) sur le piège. Il existe aussi une variante du malaise qui a pour but l’étude de certains insectes comme la glossine. (a) (b) Figure 17: Piège malaise (www.zoom-nature.fr (a) www.maunakea.com (b)) Figure 18: Variante du malaise (www.slideplayer.fr ) 30 IV.3.2) Pièges lumineux Cette technique bien connue repose sur le fait que de nombreux insectes nocturnes sont attirés par la lumière. Le piège consiste à placer un système lumineux dans une zone dégagée. Le dispositif, assez complexe, est généralement constitué un drap blanc éclairé par la lampe lumineuse et un autre drap blanc étendu sur le sol, pour permettre de repérer facilement les insectes qui se posent à terre. Simplifiée elle ne permet qu’une collecte manuelle et sélective (pas vraiment de résultats chiffrés utilisables). (a) (b) Figure19: Piège lumineux simple (www.flickr.com (a) www.insectafgseag-myspecies.info(b) 31 IV.3.3) Pièges à phéromones Cette technique nécessite l’utilisation de phéromones sexuelles produites par les femelles pour attirer les males. Les pièges à phéromones sont très sélectifs et n’attirent qu’une espèce bien spécifique et qu’un seul sexe (mâles en général). Leur principal inconvénient c’est qu’ils ne permettent d’attirer qu’un seul sexe. Figure 20: Piège à phéromone (www.lutte-bio.fr ) 32 IV.4) TECHNIQUE DE PRELEVEMENT MIXTE IV.4.1) Technique des quadrats Le quadrat est adapté à l'échantillonnage des plantes, des animaux lents, comme les myriapodes, les insectes et certains organismes aquatiques. Le quadrat est un carré ou rectangle, ou forme à quatre côtés, de surface fixée à l'avance. Il est, soit en métal, en bois ou en plastique, et est utilisé dans l'écologie et la géographie pour isoler un échantillon. (a) (b) Figure 21: techniques de quadrats (a) (www.slideplayer.com) (b) www.aquaportail.com ) IV.4.2) Cages d’émergences Les cages d’émergences permettent de récolter tous les individus volants qui émergent du sol ou de l’eau. Cette technique donne d’excellent résultat car elle permet d’évaluer avec assez de précisions la valeur absolue des populations. Figure 22: Cages d’emergnces : (a) sur terre, (b) sur de l’eau (www.memoireonline.com ) 33 III.4.3) Technique de Capture- Marquage- Recapture (CMR) Les méthodes dites de Capture-Marquage-Recapture (CMR) consistent à capturer et marquer (sauf si reconnaissance individuelle par d’autres moyens, type photo-identification) puis à recapturer ou ré-observer les animaux au cours du temps, selon un protocole standardisé (même superficie couverte à chaque session, prospection aléatoire, etc.). L’estimation des tailles de population à l’aide de cette méthode impose généralement que la population étudiée soit « close », c’est-à-dire n’échange pas d’individus avec l’extérieur et ne présente ni natalité ni mortalité entre la première et la dernière session. Cette méthode est basée sur le même principe que le double comptage, elle s’applique à des espèces susceptibles de s’éloigner du point d’observation ou de capture. Elle fournit en général des estimations précises. Cependant, elle impose un effort de terrain conséquent et la manipulation d’individus pour les marquer. Notons qu’elle permet de tenir compte d’éventuelles variations de l’effort de terrain entre les sessions, d’une détection variable selon des groupes d’individus (par exemple de sexes ou d’âges différents) ou de comportements d’évitement de l’observateur après une première capture par exemple. On peut aussi procéder au double comptage qui consiste à faire compter simultanément par deux observateurs indépendants des animaux. Elle est relativement aisée à mettre en œuvre, et est donc couramment utilisée par les naturalistes, mais elle impose de pouvoir identifier les individus afin de les reconnaître lors de la deuxième visite (ou par le deuxième observateur). Cette identification se fait le plus souvent par marquage ou reconnaissance par photoidentification mais aussi par localisation géographique des individus si cette localisation est précise et stable dans le temps. Les calculs, à partir des données, sont extrêmement simples. Prenons le cas de deux observateurs qui prospectent un site et repèrent des tortues qu’ils marquent. Chacun de leur côté, ils détectent six individus et les marquent. Parmi eux, trois tortues ont été vues par les deux observateurs. 34 On dispose de deux séries d’observations dont une partie aura été vue les deux fois et l’autre une seule fois. L’estimation du nombre total d’individus présents est fournie par le rapport suivant, appelé Lincoln-Peterson index : N = ((n1 +1) (n2 +1) - 1) / (m + 1) Avec n1 : le nombre d’individus observés au premier passage ou par le premier observateur (ici 6), n2 : ceux du deuxième passage (6 aussi) et m : le nombre d’individus vus les deux fois (ici 3). Dans le cas présenté, la taille de la population (N) est estimée à 11 individus. (a) (b) (c) Figure 23 : Exemples d’espèces capturées et marquées : poisson (a) (www.bajoelega.com ), tortue (b) (www.reseau-tortue-marine.org) et loup (c) (www.osipanthera.org )) 35 IV.5) QUELQUES EXEMPLES DE TECHNIQUES DE PRELEVEMENT BIOLOGIQUE technique de prélèvement de sang Après identification du tube correspondant (tube EDTA, tube sec gélosé,…), procéder au prélèvement de sang qui se fait généralement par ponction veineuse à l’aide d’une aiguille et il faut au minimum 5 ml de sang. Il est préférable de faire le prélèvement au niveau des plis du coude de la main gauche. Avec les échantillons de sang prélevés, plusieurs types d’examens peuvent être faits tel que : examen hématologique et biochimique, examen bactériologique, virologique et aussi parasitologique examen de biologie moléculaire,… Figure 24: Ponction veineuse (https://www.indiamart.com/arjuns-clinical/services.html) technique de prélèvement d’urine et de selles Le prélèvement d’urine se fait à l’aide d’un pot stérile mais les premières urines jet d’urines ne sont pas à recueillir. Quant au prélèvement de selles il se fait à l’aide d’un pot de coproculture. Les échantillons d’urine et de selles ainsi recueillis vont permettre de faire des examens cytobactériologiques des urines et de selles. Figure 25: Echantillon d’urine (www.dreamtime.com ) Prélèvement de tissu ou biopsie La biopsie peut se faire à l’aide d’un bistouri d’une aiguille ou par laser. Exemple : la LCM (Microdeletion Coupure Laser) c’est une technique de prélèvement sélective souvent utilisée dans le prélèvement de tissu cancéreux. 36 Précautions -bien conserver les échantillons. -Si on congèle les échantillons, il faudra le faire le plus vite possible après le prélèvement. Si ce n’est pas possible, on conservera l’échantillon dans de la glace jusqu’à l’arrivée au laboratoire où on les mettra dans un congélateur. -L’expédition doit avoir lieu le jour même du prélèvement de façon à diminuer les risques de détérioration des échantillons. -Eviter dans le cas des échantillons de végétaux de prélever des tissus chlorosés (jaunâtres), morts ou endommagés par les insectes ou des tissus de végétaux contaminés par un engrais appliqué sur les feuilles ou le sol. -Il faut expédier les échantillons dans des sacs de plastique (entraîne souvent la détérioration et la pourriture échantillon insuffisant. Dans le cas du prélèvement médical, -Avant et après tout prélèvement, le préleveur doit réaliser une ANTISEPSIE DES MAINS. -Eviter de prélever des volumes insuffisants qui peuvent donc donner lieu à des résultats faussement négatifs. -La fermeture des récipients doit être hermétique, pour ne pas contaminer l'extérieur des flacons ou des tubes. -Il ne faut pas transporter une seringue avec son aiguille; celle-ci doit être retirée avec un dispositif de sécurité. -Le récipient est transporté dans un sac en plastique étanche et fermé hermétiquement, comportant un compartiment pour les papiers et la prescription. 37 V. Erreurs de l'échantillonnage V.1) DEFINITION Une erreur correspond à une différence par rapport à la réalité (écart entre la valeur réelle et mesurée). Pour n'importe quel échantillonnage, des erreurs surviennent inévitablement. Il s’agit de la différence entre l’estimation calculée à partir d’une enquête-échantillon et la <<vraie>> valeur qui aurait été obtenue si un recensement (collecte de données sur toutes les unités d’une population) auprès de la population entière avait été effectué dans les mêmes conditions. Dans un recensement, il n’y a pas d’erreur d’échantillonnage étant donné que les calculs sont basés sur la population au complet. Dans le cas d'échantillonnage probabilistes, lorsque les valeurs de l'échantillon estimées s'écartent de celles de la population, il est possible de calculer l'erreur. On peut ainsi affirmer que les valeurs de l'échantillon se situent à l'intérieur d'une zone de valeurs probables, c'est ainsi qu'on parle de marge d'erreur. Exemple : La moyenne de mon échantillon comportant 20 unités est de 73. La science vous indiquera que, en fait, la vraie moyenne se situe entre 70 et 76 dans les 95% des cas. On peut dire autrement pour 19 échantillons sur 20, la moyenne sera située parmi les valeurs comprises entre 70 et 76. L'inconvénient pour l'échantillonnage non probabiliste, c'est impossibilité de calculer le degré de précision. V.2) DIFFERENTS TYPES D’ERREURS Il existe deux types d’erreur en échantillonnage : Les erreurs aléatoires ou vraies qui se traduisent par un manque de précision dans les résultats, donc elles ne changent la réalité mais introduisent un degré de d’imprécision. Les biais ou erreurs non aléatoires : ils surviennent surtout lors de la définition de l’échantillon Explication de la différence entre erreurs aléatoires et biais : Par rapport à la valeur réelle (représentée par un gros point), des erreurs aléatoires entrainent une imprécision (un flou), mais les valeurs mesurées sont centrées sur la valeur réelle. Lorsqu’il existe un biais, la réalité est déformée. L’imprécision (erreurs aléatoires) s’ajoute au biais et on obtient à la fois une valeur imprécise et inexacte. Erreur Biais Figure 26 : Illustration de la différence de conséquences résultant d’erreurs aléatoires et de biais 38 Des exemples de l’origine de toutes ces erreurs (aléatoires et non aléatoires) sont illustrés dans le tableau suivant : Echantillonnage Questionnaire Mesure Traitement des données Erreur totale Erreurs aléatoires Imprécision due à la taille de l’échantillon et à l’hétérogénéité de la population Erreurs dues à l’enquêteur (variabilité intra et interenquêteurs) et aussi aux enquêtés Erreurs de mesure Erreurs d’arrondis et de saisie Erreurs non aléatoires Non représentativité de l’échantillon à cause de l’absence de tirage au sort et d’un défaut de la base de sondage Biais dues à l’enquêteur et aux enquêtés Erreurs par excès ou défaut (sensibilité, spécificité du test) Erreurs de codification Analyse statistique sans standardisation Tableau 1 : Exemples d’origine des erreurs vraies et biais Précautions Pour éviter ces erreurs il faut : Se démarquer de l’échantillonnage selon jugement ou de commodité Veiller à ce que la population cible soit correctement définie Augmenter la taille de l’échantillon afin d’obtenir un échantillon représentatif Contrôler la manière dont les données sont collectées Dans le cas d’échantillon biologique, éviter des erreurs sur l’identité de l’échantillon la feuille de prescription et aussi de mesures (quantité insuffisante) de résultats… 39 CONCLUSION L'échantillonnage ne constitue en aucun cas en une simple prise d'échantillons, prélevés sans réflexion préalable et transportés dans n'importe quelle condition au laboratoire. Son but est donc de fournir des informations sur une population globale, avec un niveau de fiabilité connu et acceptable. La mise au point d'un protocole d'échantillonnage doit être conçue pour atteindre un objectif préalablement défini et doit répondre à un ensemble d'impératifs complexes. Ainsi les techniques d’échantillonnage sont nombreux et divers et ont permis d’appréhender comment on peut étudier une population de façon plus efficace selon le but de l’étude même si on n’a pas pu épuiser l’ensemble des méthodes utilisées pour recueillir des informations sur tous types de populations biologiques. Ce pendant certains modes d’échantillonnage entraînent un appauvrissement de la population étudiée. Lors d’un suivi à long terme, d’insectes par exemple, sur des stations limitées en nombre, éviter des prélèvements répétés aux mêmes endroits 40 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES: BIBLIOGRAPHIE: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Claude H., 2001. Biologie des populations animale et végétale, Dunod, Paris, 1-25p. Ramade F., 2009. Eléments d’écologie (écologie fondamentale). Dunod, 4eme édition, Paris, 176-181p. Frontier S., 1983. Stratégies d’échantillonnages en écologie. Masson, collection d’écologie volume 17, Université de Cornel. [en ligne] disponible sur : https://www.books.google.sn/books/about/Strat%C3%A9gies_d_%C3%A9chantillonn age_en_%C3%A9colo.html?id=piVFAAAAYAAJ&redir_esc=y, consulté le 22 novembre 2017. Meddad-Hamza A., 2017. Stratégies d’Echantillonnage en Ecologie, Département de Biologie, Faculté des Sciences, Université Badji Mokhtar. [en ligne] Disponible sur : https://www.researchgate.net/profile/Amel_MeddadHamza2/publication/312328312_ Strategie_d%27Echantillonnage_en_Ecologie/links/587aaebd08aed3826ae7bc8f/Strat egie-dEchantillonnage-en-Ecologie.pdf, consulté le 22 novembre 2017. Kherri A., année .Echantillonnage statistique. [en ligne] disponible sur : http://www.sg-ehec.jimdo.com, consulté le 24 novembre 2017. Fadel D., et Meddad-Hamza A., 2014.Stratégies d'échantillonnages des peuplements. Editions Al-Djazair. Beaud J-P., 2009. L’échantillonnage, chapitre 10. [en ligne] disponible sur: www.politique.uqam.ca/wp-content/uploads/sites.pdf, 251-283p, consulté le 24 novembre 2017. Pétillon J. Echantillonnage : principes et méthodes, 66p. Magniez T., et Pollet M., 2015. Les méthodes de collecte utilisées en forêt. “La Planète Revisitée” en Guyane, 12p. 10. Raoult D., 2013. Manuel de prélèvement, version 3. [en ligne] disponible sur : http://www.ap-hm.fr ou www.mediterranee-infection.com, 27p, consulté le 02 Janvier 2018. 11. Saegerman C., 2006. Les erreurs aléatoires et les biais, chapitre 5. [en ligne] disponible sur: http://www.dmipfmv.ulg.ac.be.pdf ,5p, consulté le 07 janvier 2018. 12. Méthodes d’échantillonnages entomofaune. [en ligne] disponible sur: http://www2.cegep-ste-foy.qc.ca/profs/gbourbonnais/entomo/12_methodes.pdf, consulté le 1erdecembre 2017. 13. Les méthodes d'échantillonnage d’oiseaux. Argos research note : numéro 17, Novembre 2006. [enligne] disponible sur: http://www.argos.org.nz/uploads/2/3/7/3/23730248/research_note_17_french.pdf. 14. Méthode de prélèvement des échantillons de sol, sur www.2dijon.inra.fr/plateforme.../prélèvement -échantillons-de-sol-gensol. 15. Les méthodes de prélèvement. [en ligne] disponible sur: http://www.wikilean.com. 41 16. Définir les modalités de l’échantillonnage/étude scientifique. [en ligne] disponible sur: http://www.espaces-naturels.fr/definir-les-modalites-de-l’echantillonnage, consulté le 27 décembre 2017. 17. Initiation à la génétique empirique des populations. [en ligne] disponible sur : http://www.cirad.fr, consulté le 30 Novembre 2017. 18. Guide Méthodologique: Enquêtes de terrain. [en ligne] disponible sur: http://www.fao.org/3/a-an686f.pdf, 42p, consulté le 22 Novembre 2017. 19. Échantillonnage de tissus végétaux. [en ligne] disponible sur : http:// www2.gnb.ca/content/dam/gnb/Departments/10/pdf/.../Echantillonnage.pdf, p1 à 3, consulté le 27 décembre 2017. WEBOGRAPHIE DES FIGURES : 20. Echantillon représentatif, disponible sur : www.alloprof.aq.ca, consulté le 22 Novembre 2017. 21. Illustration de l’échantillonnage aléatoire simple, systématique, stratifié, en grappe et au jugé disponible sur: www.youtube.com, consulté le 24 Novembre 2017. 22. Echantillonnage par quotas, disponible sur: www.hongbuy.net, consulté le 12 Décembre 2017. 23. Prélèvement d’échantillons dans le sol à l’aide d’une tarière, disponible sur: www.dijon.inra.fr , consulté le 12 Décembre 2017. 24. Le berlèse, disponible sur: www.svt.ac-dijon.fr, consulté le 27 Décembre 2017. 25. Le Piège fosse, disponible sur : www.Insecterra.forumactif.com, consulté le 22 Décembre 2017. 26. Piège lindgren, disponible sur : www.slideplayer.fr, consulté le 22 Décembre 2017. 27. Capture de serpent avec un crochet, disponible sur : www.cediscount.com, consulté le 27 Décembre 2017. 28. Pèche à roténone, disponible sur : www.lemonde.fr, consulté le 27 Décembre 2017. 29. Filet de surber, disponible sur : www.helloprod.fr (a) et www.dubostenvironnement.fr (b), consulté le 22 Décembre 2017. 30. Piège malaise, disponible sur : www.zoom-nature.fr (a) et www.maunakea.com (b), consulté le 22 Décembre 2017. 31. Variante du malaise, disponible sur : www.slideplayer.fr, consulté le 27 Décembre 2017. 32. Piège lumineux simple, disponible sur : www.flickr.com (a) et www.insectafgseagmyspecies.info(b), consulté le 22 Décembre 2017 33. Piège à phéromone, disponible sur : www.lutte-bio.fr, consulté le 22 Décembre 2017. 34. Techniques de quadrats, disponible sur : (a) www.slideplayer.com) et (b) www.aquaportail.com , consulté le 22 Décembre 2017. 35. Cages d’emergnces : (a) sur terre, (b) sur de l’eau, disponible sur : www.memoireonline.com , consulté le 22 Décembre 2017. 42 36. Exemples d’espèces capturées et marquées, disponible sur : poisson (a) www.bajoelega.com , tortue (b) www.reseau-tortue-marine.org et loup (c) www.osipanthera.org , consulté le 29 Décembre 2017. 37. Ponction veineuse, disponible sur : https://www.indiamart.com/arjunsclinical/services.html, consulté le 16 Janvier 2018 38. Echantillon d’urine, disponible sur : www.dreamtime.com, consulté le 08 Janvier 2018. 43 44
