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Les diatomées
Bioindicateurs de la qualité
de l’eau
Master sciences de
l’environnement
[1]
Préparé par :
- OMARI Ahlam
- LAHMAME Salma
Sommaire
Introduction………………………………………………………………………………….4
I-
La bioindication de la qualité des eaux ……….…………………...………5
1.1- Définitions………………………………………………………………………………..……..….5
1.2- Types de bioindicateur…………………………………………………………………..……5
1.3- Pourquoi une diatomée est-elle un bon bioindicateur ?.................. 5
II- Les diatomées………………………………………………………….…..…..…..6
2.1- la biologie des diatomées…………………………………….……………………….…….6
2.2- Morphologie et structure cellulaires……………….…………………………..……6
2.3- Reproduction……………………………………………………………………….…….…….….7
2.4- Habitat et modes de vie des diatomées………………………….………….……..7
2.5- Classification des diatomée…………………………………………….………….…..….8
2.6 – systématique………………………………………………………………….……………..…..8
III- Méthodologie d’échantillonnage et d’analyses ……….……………...…9
3.1- la notion des diatomées polluosensibles et polluotolérantes…….…….…9
3.2- définition de l’indice biologique diatomées………………………….……….….10
3.3- domaines d’application de l’IBD…………………………………………...………… 10
3.4- Protocole expérimental de l’IBD……………………………………………………….10
3.4.1- phase de prélèvement……………………………………………………….….10
A- conditions d’échantillonnage…………………………………..……….10
B- Le choix de type de support…………………………………….……..10
C- Matériel de prélèvement………………………………………………….10
D- les types de prélèvement………………………………….……..……..11
E- conservation de l’échantillon…………………………………………..12
F- Pré- traitement et conditionnement………………………….…….12
3.4.2- phase d’analyse – préparation des lames……………………..……13
A- élimination de la matière organiques………………………………13
B- Élimination des carbonates…………………………………………..…13
C- Préparation des lames…………………………………………………..…14
3.4.3- Phase d’analyse – identification des diatomées…………….…..14
A- Comptage et détermination de la liste taxonomique……..14
B- détermination de la note de l’IBD……………………………….....15
a) Le calcul de l’IB…………………………………………………………..15
b) Les étapes de calcul de la formule…………………………..…16
3.5- exemple de la mise en œuvre…………………………………………………………..17
Conclusion ……………………………………………………………………………….18
Bibliographie…………………………………………………………………………………………….……….19
Résumé………………………………………………………………………………………………….………….20
[2]
Liste des figures
Figure 1 : Les différents types de bioindicateurs……………………………………………5
Figure 2 : Morphologie et structure cellulaire de diatomées………………..………………6
Figure 3 : Cycle de reproduction de diatomées……………………………………………..7
Figure 4 : Habitat et modes de vie de diatomées……………………………………………7
Figure 5 : (a) diatomées pennées (b) diatomées centriques…………………………………8
Figure 6 : Clé simplifiée de détermination des genres des diatomées d'eau douce…..……9
Figure 7 : (A) diatomée polluosensible, (B) diatomée polluotolérante……………………..9
Figure 8 : (A) Brosse à poil dur, (B) Racloir……………………………………………….11
Figure 9 : prélèvement par grattage………………………………………….……………..11
Figure 10 : prélèvement par raclage………………………..………………..……………..11
Figure 11 : Receuillage des échantillons……………………………………………...……12
Figure 12 : conservation de l’échantillon……………………………………….………….12
Figure 13 : élimination de la matière organique………………………………...………….13
Figure 14 : élimination des carbonates……………………………………………………..14
Figure 15 : préparation des lames…………………………………………………………..14
Figure 16 : le comptage des diatomées……………………………………………….……15
Figure 17 : détermination de la liste taxonomique………………………………………….15
Figure 18 : La formule de l’IBD ……………………………………………………………15
Liste des tableaux
TABLRAU I : valeur seuils et probabilité de présence des taxons appariée………………16
TABLEAU II : valeur indicatrice V de chacune des 209 diatomées…………………..….17
TABLEAU III : transformation de la note sur 7 en note sur 20………………………..….17
TABLEAU VI : valeurs de l’IBD, des classes et de l’état écologique qui correspondent..17
TABLEAU V : les résultats de l’étude…………………………………………………….18
[3]
Introduction
L’eau est la majeure et essentielle ressource de la vie de tous les êtres
vivants, elle représente presque 71% de la surface de notre planète Terre sous
formes des milieux aquatiques tels que : océans, lacs, rivières et courants
d’eau.
Cependant, ces milieux aquatiques peuvent être altérés de leurs qualité et
nature par des rejets industriels, agricoles et domestiques ; qui vont rendre ces
milieux plus dangereux par conséquent, ils perturbent d’écosystème c’est la
pollution aquatique.
Face à ce problème, les scientifiques réfléchissent jour après jour de contrôler
la qualité de ces eaux qui était un peu délicat et difficile. Mais, dès la découverte
d’un bioindicateur important qui sont les diatomées le problème est résolu.
Donc, l’objectif de ce sujet est comment évaluer la qualité des eaux grâce
aux bioindicateurs notamment les diatomées ?
[4]
ILa bioindication de la qualité de l’eau :
‘’There is no better indicator of the status of a species or a system than the species or
system itself’’ Tingey-1989.
1.1- Définitions:
❖ La bioindication:
Désigne l'évaluation de la qualité des différents milieux aquatiques ou terrestres à l'aide
de bioindicateurs.
❖ Les bioindicateurs :
Ce sont des êtres vivants animale ou végétale ou fongique dont leur présences ou
absences permet de façon pratique et sûre de caractériser l’état d’un écosystème.
1.2- Types de bioindicateurs :
Il existe plusieurs types de bioindicateurs utilisés pour évaluer la qualité des eaux tels
que :
Figure 1 : les différents types de bioindicateurs
1.3- Pourquoi une diatomée est-elle un bon bioindicateur ?
Les diatomées sont considérées comme des bons bioindicateurs, car elles sont
caractérisées par :
✓ Une grande diversité spécifique.
✓ Large distribution géographique.
✓ Grande ampleur écologique.
✓ Fort pouvoir intégrateur des conditions environnementales.
✓ Faible coût de mise en œuvre.
✓ Rapidité de mise en œuvre et d’acquisition de résultats de l’IBD
(indice biologique Diatomées).
[5]
✓ Facilité de conservation des échantillons et d’archivage des
préparations microscopiques.
II- Les diatomées :
2.1- la biologie des diatomées :
Les diatomées ou Bacillariophycées sont des algues brunes, microscopiques et
unicellulaires appartenant à l'embranchement des Chromophytes. Leur taille varie de
quelques micromètres à plus de 500 µm. Elles colonisent divers types de substrats dans
des conditions et des milieux très différents, des eaux pures aux plus polluées.
2.2- Morphologie et structure cellulaire :
Les diatomées sont des cellules eucaryotes composées de deux types de structures
cellulaires :
❖ Une structure externe :
Qui est un squelette externe de silice hydratée nommé le frustule qui se compose de
deux unités imbriquées :
✓ L’épivalve : la partie supérieure de valve.
✓ L’hypovalve : la partie inférieure de valve.
Ces deux valves sont reliées par des ceintures connectives constituées de fines bandes
siliceuses appelées copulae.
❖ Une structure interne :
Elle est composée de : Noyau, vacuole et chloroplastes.
B
A
Figure 2 : Morphologie et structure cellulaire de diatomées
(A) : structure externe, (B): structure interne.
[6]
2.3- reproduction :
On distingue deux types de reproduction chez les diatomées :
❖ La multiplication végétative :
Se fait par bipartition après une mitose. Chaque cellule fille conserve une valve de la
cellule mère et en secrète une deuxième, plus petite que la première : une réduction de
taille progressive est donc observée au fil des générations
❖ La reproduction sexuée :
Intervient lorsque la taille minimale des valves est atteinte et permet de restituer des
individus de taille normale. Les modalités de cette reproduction sexuée varient chez les
Centriques et les Pennées. L'auxosporulation ou production d'auxospore = œuf, est la
forme la plus fréquemment observée.
Figure 3 : cycle de reproduction de diatomées
2.4- Habitat et modes de vie des diatomées :
Les diatomées ont une grande amplitude écologique, on les trouve dans tous les types de
milieux et dans des conditions des plus favorables aux plus rigoureuses.
✓ Elles peuvent être libres en suspension ce sont des diatomées planctoniques.
✓ Ou elles peuvent être fixées sur les substrats ce sont des diatomées benthiques.
Figure 4 : Habitat et modes de vie de diatomées
[7]
2.5 - Classification des diatomées :
La classification de diatomées est basée sur plusieurs critères. Mais, les plus importants
sont : La symétrie et la nature et la forme de frustule. On a deux ordres :
❖ Les diatomées pennées : À symétrie bilatérale et frustule allongé.
❖ Les diatomées centriques : À symétrie radiale et frustule circulaire.
A
B
Figure 5: (A) diatomées pennées (B) diatomées centriques
2.6- systématique :
- Certaines présentent une interruption des stries dans l’axe longitudinal de la valve
(pseudo-raphé) ou une fente longitudinale (raphé). C’est la présence ou non de cette
caractéristique qui distingue les Araphidées (diatomées sans raphé) des Raphidées.
-Les caractéristiques du raphé permettent ensuite de distinguer les sous-classes des
Proraphidées (au raphé très court, restreint aux pôles des valves), des Monoraphidées
(où le raphé n’est présent que sur une seule des valves) et des Biraphidées (possédant
un raphé sur les deux
-Au sein des Biraphidées, le raphé est soit placé longitudinalement au centre (par
exemple chez Navicula), soit décalé latéralement (chez Cymbella), soit excentré (chez
Nitzschia), soit confiné aux marges de la valve entière (chez Surirella).
[8]
Figure 6 : Clé simplifiée de détermination des genres des diatomées d'eau douce.
III- Méthodologie d’échantillonnage et d’analyses :
3.1- la notion des diatomées polluosensibles et polluotolérantes :
Certaines espèces de diatomées, dites « polluosensibles », se développent
exclusivement au sein de milieux de bonne qualité. D’autres, au contraire, peuvent se
développer au sein de milieux pollués. Elles sont dites « polluotolérantes ».
C’est pourquoi le peuplement des diatomées est utilisé pour évaluer la qualité des cours
d’eau, cette évaluation se fait par l’indice biologique diatomées (IBD)
A
B
Figure 7 : (A) diatomée polluosensible, (B) diatomée polluotolérante
[9]
3.2- définition de l’indice biologique diatomées :
Indice de l'état des écosystèmes lotiques basé sur la communauté de diatomées, présente
dans le périphyton des cours d'eau, Il permet de donner une note comprise entre 0 pour
la qualité très mauvaise et 20 pour la qualité excellente
3.3- domaines d’application de l’IBD :
D'une façon générale, l'IBD peut être appliqué en vue de :
✓ Evaluer la qualité biologique d'une station bien définie (étude ponctuelle)
✓ Suivre l'évolution temporelle de la qualité biologique d'une station (saisonnière
ou pluriannuelle)
✓ Suivre l'évolution spatiale de la qualité biologique d'un cours d'eau (comparaison
entre l'amont et l'aval)
✓ Evaluer les conséquences d'une perturbation sur le milieu (comparaison entre
l'amont et l'aval d'un rejet)
3.4- Protocole expérimental de l’IBD :
3.4.1- phase de prélèvement :
A- conditions d’échantillonnage :
Pour réaliser le prélèvement il faut respecter certaines conditions
✓ Les prélèvements se réalisent entre Mai et Octobre
✓ L’échantillonnage se fait, dans une zone bien éclairée, au milieu du lit du cours
d’eau.
✓ Récoltes dans les faciès lotiques
✓ Un seul échantillon est réalisé par station sur un seul type de support
✓ La surface d’échantillonnage varie entre 100-1000 m²
✓ Immersion des supports au moins 4 semaines
B- Le choix de type de support :
Le prélèvement s’effectue sur un seul type de support et dans l’ordre de priorité
suivant : support dur naturel (pierre ou blocs), support dur non-naturel (La pile
d'un pont), support végétal ou support artificiel. Les supports tels que le sédiment
meuble ou instable (vase, sable, etc.) et le bois sont proscrits.
C- Matériel de prélèvement :
Le prélèvement s’effectue à l’aide d’une brosse à poil dur ou d’un racloir. Ces
instruments sont utilisés pour gratter ou racler une surface totale d’au moins 100 cm².
[10]
A
B
Figure 8 : (A) Brosse à poil dur, (B) Racloir
D- les types de prélèvement :
❖ Prélèvement par grattage :
Dans le cas des supports durs naturels, les diatomées sont prélevées sur des pierres ou
des petits blocs à l’aide d’une brosse à poils dur.
Figure 9 : prélèvement par grattage
❖ Prélèvement par raclage :
Sur les supports durs non-naturels un racloir est utilisé à une profondeur minimale de 30
cm. L’eau est agitée devant la zone à échantillonner afin d’en déloger les matières
faiblement fixées puis le raclage est effectué le long du support. Cette opération est
recommencée au minimum 3 fois.
Figure 10 : prélèvement par raclage
[11]
E- conservation de l’échantillon :
Le produit du brossage ou du raclage est recueilli, à l’aide d’une pissette emplie d’eau,
dans un plateau en plastique.
Figure 11 : Receuillage des échantillons
F- Pré- traitement et conditionnement :
Le contenu du plateau est homogénéisé, puis transféré dans un flacon. Une faible
quantité de formol est ensuite ajoutée avant de boucher, afin de conserver l’échantillon.
Figure 12 : conservation de l’échantillon
[12]
3.4.2- phase d’analyse – préparation des lames :
A- élimination de la matière organiques :
Une partie de l’échantillon est introduite dans un tube à essai à col vissé auquel sont
ajoutés environ 6 volumes d’eau oxygénée pour un volume d’échantillon afin de
dégrader la matière organique. Le tube est homogénéisé et plongé dans un bain-marie.
Le bain-marie est utilisé (sous hotte aspirante) pour accélérer le processus de
dégradation de la matière organique.
Le traitement au bain-marie se poursuit jusqu’à l’obtention d’une solution légèrement
blanchâtre. Le tube est ensuite laissé à décanter au moins une dizaine d’heures.
Figure 13 : élimination de la matière organique
B- Élimination des carbonates :
Après décantation, l’eau oxygénée est éliminée pour ne garder que le culot de
décantation au fond du tube. Un ajout d’acide chlorhydrique est effectué sur le culot
afin d’éliminer les carbonates et obtenir ainsi une préparation plus propre
L’échantillon traité à l’acide chlorhydrique est rincé à l’eau déminéralisée en laissant
décanter une dizaine d’heures et en gardant à chaque fois le culot de décantation.
L’opération est répétée 2 à 3 fois. Au final, le culot est récupéré dans un flacon
hermétique.
[13]
Figure 14 : élimination des carbonates
C- Préparation des lames :
Un peu de l’échantillon traité est transféré dans un pilulier puis dilué avec de l’eau pour
obtenir une suspension légèrement trouble. Une goutte de cette suspension est déposée
sur une lamelle puis laissée à sécher à l’abri de la poussière.
La lamelle retournée est collée sur une lame à l’aide d’une résine à fort indice de
réfraction. L’ensemble est porté quelques instants à ébullition sur une plaque chauffante
pour éliminer les solvants. L’ensemble lame-lamelle est retirée de la plaque et avant
refroidissement la lamelle est appuyée contre la lame afin d’obtenir une couche mince.
Figure 15 : préparation des lames
3.4.3- Phase d’analyse – identification des diatomées :
A- Comptage et détermination de la liste taxonomique :
Un microscope (objectif X100) équipé d’un système d’acquisition et d’enregistrement
vidéo est utilisé pour le comptage et la détermination (grossissement final environ 5000
fois). Un minimum de 400 valves de diatomées est compté à l’aide d’un compteur
manuel en balayant la lame sous l’objectif du microscope. Au fur et à mesure de leur
comptage, les diatomées entières sont identifiées au niveau taxonomique requis par la
norme (généralement à l’espèce). Pour les diatomées cassées, celles-ci ne sont prises en
compte que si au moins les ¾ sont visibles et identifiables. Les vues non identifiables,
connectives (sur la tranche) ou valvaires, sont comptabilisées au plus bas niveau
taxonomique auquel on peut les rattacher avec certitude.
[14]
Figure 16 : le comptage des
diatomées
En cas de difficultés de détermination des ouvrages de références, des publications
acquises par le laboratoire et des photographies sont consultés.
Figure 17 : détermination de la liste taxonomique
B- détermination de la note de l’IBD :
❖ Calcul de l’IBD :
• La formule utiliser :
Figre 18 : la formule de l’IBD
[15]
• F (i) = la probabilité de présence d’un taxon apparié pour chacune des
classes de qualité d’eau i
• n = Le nombre de taxons appariés après application de la seuil
• Px(î) = la probabilité de présence du taxon apparié x pour la classe de qualité
i.
• Vx = valeur écologique du taxon apparié x
• Ax = Abondance du taxon
• X = Taxon apparié
Les étapes de calcul de la formule :
✓ Calcul en %. De l'abondance A de chaque taxon apparié
Si la distinction a été faite, le cumul de l'abondance du taxon associé avec celle du taxon
apparié correspondant est impératif avant de passer à l'étape suivante ou avant saisie des
données sur informatique. Ce point est crucial car deux taxons (un taxon apparié et un
taxon associé) peuvent être éliminés si le seuil requis n'est pas atteint alors que la somme
des deux conduit à retenir le taxon apparié.
✓ Détermination de Px (i) :
A partir du tableau suivant :
TABLEAU I : valeur seuils et probabilité de présence des taxons
appariée
[16]
✓Détermination de Vx :
a partir du tableau suivant :
TABLEAU II : valeur indicatrice V de chacune des 209 diatomées
Appliquons la formule pour chaque taxon retenu
7 valeurs de F(i) sont calculées pour chacun des classes
Calcul de B selon la formule suivante
B correspond à la valeur de l’IBD sur 7 et constitue une valeur intermédiaire
✓ Détermination de l'IBD sur 20 :
La valeur de l'IBD sur une échelle de 20 s'obtient en utilisant ce tableau. Ce dernier
permet à l'IBD de mieux atteindre les valeurs extrêmes (très basses et très hautes
valeurs)
TABLEAU III : transformation de la note sur 7 en note sur 20
TABLEAU VI : valeurs de l’IBD, des classes et de l’état écologique qui
correspondent
[17]
La valeur de l'IBD s'exprime avec une seule décimale.
3.5- exemple de la mise en œuvre :
En 2009 et 2010, le Laboratoire de recherche sur les bassins versants de l’Université du
Québec à Trois-Rivières fut mandaté par l’Organisme de bassin versant de la Yamaska
pour effectuer le suivi de 35 stations à l’aide de l’Indice Diatomées de l’Est du Canada
La resultat de cette etude montre que La meilleure qualité de l’eau fut observée dans la
partie amont du bassin versant de la rivière Yamaska Sud-Est, incluant les ruisseaux
North Branch et Jackson
TABLEAU V : les résultats de l’étude
Conclusion
Les diatomées jouent un rôle dynamique dans l’écosystème et nous permettra d’évaluer
la qualité d’eau on remplacera des méthodes de mesures très lourdes et très couteuses.
C’est pour ça
les Travaux sur les diatomées sont en cours afin d’identifier des
métriques répondant à des contaminations par des métaux et des pesticides et ainsi
disposer d’un indicateur multimétrique sensible à différentes pressions anthropiques.
[18]
Bibliographie :
MORIN. S ; bioindication des effets des pollutions métalliques sur les communautés de
diatomées BENTHIQUES, l’Université BORDEAUX 1; 2006, p 24-27
DIRENIle-de-France ©Août 2009 préparation des lames et détermination des diatomées
AFNOR. 2007. « NF T 90-354. Qualité de l’eau. Détermination de l’Indice Biologique
Diatomées (IBD) pp.1-79. »
AFNOR. 2016. « NF T 90-354. Qualité de l’eau - échantillonnage, traitement et analyse de
diatomées benthiques en cours d’eau et canaux. pp.119. »
Prygiel. J Guide méthodologique pour la mise en œuvre de l’indice biologique diatomées
NF T 90- 354
Bourelly P (1981) Les algues d'eau douce Tome ll.algues jaunes et brunes. Boubée Ed. &
Cie Paris 517p.
Afnor (2016). Qualité de l’eau. Détermination de l’indice biologique diatomées (IBD).
Norme NF T 90-354, 121 p
Sites web
https://oraprdnt.uqtr.uquebec.ca/pls/public/gscw031?owa_no_site=1902&owa_no_fiche
=12&owa_apercu=N&owa_imprimable=N&owa_bottin=
https://www.puq.ca/catalogue/themes/guide-identification-des-diatomees-des-rivieres820.html
http://www.obv-yamaska.qc.ca/node/384
[19]
Résumé :
Les Diatomophycées sont des algues microscopiques unicellulaires ou coloniales.
Elles peuvent être planctoniques ou benthiques. Lorsqu’elles colonisent des
substrats durs, elles constituent un recouvrement de couleur brunâtre et leur
confèrent un aspect un peu visqueux (voire glissant). Les Diatomées sont
caractérisées par un frustule siliceux composé lui-même de deux valves
comprenant de nombreuses ornementations : c’est sur les caractéristiques de ce
squelette externe que leur systématique est établie.
Basés sur ces organismes aquatiques et en particulier sur ceux qui colonisent des
substrats durs (benthiques), plusieurs indices diatomiques ont été mis au point. En
tant que bio indicateurs, ils apportent des informations sur la qualité de l’eau. En
effet, selon leur sensibilité aux différentes caractéristiques environnementales
comme le degré d’alcalinité, l’éventuelle présence de matière organique, le
niveau trophique…, diverses populations de Diatomées vont s’installer, chacune
connue pour une valence écologique particulière. C’est de l’ensemble du
peuplement que l’indice retirera une note globale, allant de 0 à 20, exprimant la
qualité générale de l’eau, Après le choix de la station, la réalisation de cet indice
comporte plusieurs phases :
✓ Le prélèvement consistant à récupérer des diatomées fixées sur les pierres
de la rivière ;
✓ Le traitement de l’échantillon qui vise à l’élimination de la matière
organique et des carbonates ;
✓ La préparation de la lame ;
✓ Le comptage et la détermination d’au moins 400 diatomées, sous
microscope ; l’expression des résultats.
Mots-clés : bioindicateurs, cours d'eau, diatomées, IBD, qualité, polluosensibles,
polluotolérante, Diatomophycées, algues unicellulaires.
[20]