Bio-indication - LPO Rhone

Bio-indication:
de l’écologie des
communautés aux
indicateurs standardisés
Une prise en compte progressive de la
vie aquatique
Nicolas ROSET, ONEMA-RA
Responsable de l’Unité
Connaissance et Information sur l’Eau
Eurre (26) – 12 avril 2013
De la qualité de l’eau à la qualité des écosystèmes
« Qualité » : une notion relative à des usages (eau potable, industrie,
bétail, loisirs…) et à des spécialités (chimiste, biologiste, pêcheur…)
Rapidement des besoins de seuils, normes…
…et donc d’ indicateurs
Historiquement : des critères exclusivement physico-chimiques
Bio-indicateurs – Pourquoi ?
La pollution n’est pas la seule source de dégradation des milieux
o
altération hydromorphologique => « habitat » des organismes vivants
o
rupture de la continuité => reproduction, recolonisation
Besoin d’aller au-delà du constat d’altération
=> évaluer les incidences sur les organismes vivants
« Rivière dégradée »
Peuplement
« simplifié »
Bio-indicateurs – Pourquoi ?
Diversité des sources de dégradation des cours d’eau
o
physiques : barrages, endiguement, chenalisation, rectification…
o
chimiques : pollutions organiques, toxiques, nutriments, MES….
Combinaisons multiples des types d’altération
o combinaisons chimiques de polluants
o effets cumulés
•
des polluants (organique+toxique…)
•
des modifications physiques (rectification+recalibrage,
enrochement...)
•
des dégradations physiques et chimiques
Difficulté d’identification des sources de
pollution / dégradation
=> rechercher plutôt leurs effets à travers des
paramètres intégrateurs
Photos G. Carrel Cemagref – Figure C. Henry Univ. Lyon1– Dessin
Bio-indicateurs – Fondements
!" #$!""
"#
%
&
'
Équilibre dynamique
entre les espèces et
leur milieu de vie
Bio-indicateurs – Fondements
En l’absence de dégradation : les espèces (ou groupes d’espèces) sont
adaptées à certaines caractéristiques de l’environnement (T°, O2,
vitesse…), en lien avec leurs caractéristiques « biologiques » propres
(respiration, mode de reproduction, régime alimentaire, stratégies de
survie, de colonisation…)
=> notion de preferendum
Les espèces ou groupes d’espèces peuvent tolérer
plus ou moins de variations autour de ces préférences
=> notion de tolérance / plasticité
les espèces « spécialisées » (spectre écologique étroit) sont donc
indicatrices de certaines conditions;
des variations des conditions environnementales vont entrainer une
modification des peuplements (généralement dans le sens d’une
régression des espèces les plus spécialisées au profit d’espèces plus
ubiquistes ou tolérantes
Bio-indicateurs – Comment ?
On utilise les modifications des communautés aquatiques en lien avec
les activités humaines comme « thermomètre » de la qualité du milieu
DEUX PRINCIPAUX MODÈLES
(
)
+
*
*
,
Cf. Les différents indices « historiques »
Cf. Indice Poisson
IBGN
et nouveaux indices DCE
IPS/IBD
IBMR
…
- échelle de sensibilité / tolérance
RÉFÉRENCE
- différents systèmes de pondération
(diversité, abondance..)
- calcul d’un indice et seuils
OBSERVÉ
définissant des classes
Bio-indicateurs – Comment ?
)
Connaissances approfondies des exigences écologiques des
espèces vis-à-vis des conditions de leur milieu (T°, O2, …)
o
Niveau de détermination (taxonomique) à définir (=compromis)
o
Sélection possible des taxons les plus pertinents (EPT,…)
Connaissances approfondies sur le mode d’organisation naturelle
des communautés en lien avec les exigences des différentes
espèces
o
Besoin de différencier la variabilité naturelle / influences anthropiques
o
Intérêt de distinguer les réactions des organismes vivants en fonction du
type d’altération (pollutions, modifications physiques…)
Bio-indicateurs – lesquels?
Bref aperçu historique
1971 : apparition « timide » du premier indice biotique basé sur les macroinvertébrés benthiques (Ib puis IQBG, puis IBG…)
1992 : essor des indicateurs biologiques : le SEQ-Bio => intégration
progressive des diatomés, puis des poissons et des macrophytes, en plus de
l’IBGN, indicateur historique (+ oligochètes…)
à partir de 2000 (DCE) : la biologie et le fonctionnement de l’écosystème dans
son ensemble comme élément central de l’évaluation
,
-
,
Les macro-invertébrés : bio-indicateur « pionnier »
Principe : repose sur deux caractéristiques fondamentales de la
communautés d’invertébrés : polluo-sensibilité de certains taxons /
richesse taxonomique / niveaux d’abondance
Sélection de taxons indicateurs et mise au point d’une échelle de sensibilité (1-9)
Chironomidae
Asellidae
Achètes
Oligochètes
1
Baetidae
Elmidae
Caenidae
Gammaridae
Mollusques
2
Capniidae
Brachycentridae
Odontoceridae
Philopotamidae
8
Chloroperlidae
Perlidae
Perlodidae
Taeniopterygidae
9
Les macro-invertébrés : bio-indicateur « pionnier »
IBGN 17
: très bonne qualité
17 > IBGN 13 : bonne qualité
13 > IBGN 9 : qualité moyenne
9 > IBGN 5 : qualité médiocre
IBGN < 5
: mauvaise qualité
(152 taxons)
D’après J Prygiel – Agence de l’eau Artois Picardie
Les diatomés : des principes similaires
Principe : combine les anciens modèles des saprobies et l’évaluation
trophique : polluo-sensibilité de certains taxons / abondance
Classement de taxons indicateurs en fonction de leur probabilité de présence
selon la qualité de l’eau (14 paramètres)
Prob. 1
Occ.
Cocconeis
pediculus
CPED
Nitzschia
capitellata
NCPL
Diatoma
hiemale
DHME
0
1
2
3
4
5
Classes de qualité d’eau
6
7
Les diatomés : des principes similaires
!"
#$
0 - 20
IBD 17 : très bonne qualité
17 > IBD 13 : bonne qualité
13 > IBD 9 : qualité moyenne
9 > IBD 5 : qualité médiocre
IBD < 5 : mauvaise qualité
IBD (Indice Biologique Diatomées)
Norme NF T 90-354 – 2007
#
"
! ""
$
D’après J Prygiel – Agence de l’eau Artois Picardie
D’autres bio-indicateurs…
Indice Biologique Macrophyte en Rivières IBMR (Afnor, T 90-395 - 2003)
%
&
'
$(
!
IBMR > 14
: très faible trophie
14 IBMR > 12 : faible trophie
12 IBMR > 10 : trophie moyenne
10 IBMR > 8 : trophie forte
IBMR ≤ 8
: trophie très élevé
%
(
(
) %
& "'
"* ( +
D’après J Prygiel – Agence de l’eau Artois Picardie
Brigitte Genin – DREAL Franche-Comté – 2010
D’autres indicateurs…
Indice Oligochètes de Bio-indication des Sédiments fins IOBS (Afnor,
T 90-390 - 2002)
)
$
D’après J Prygiel – Agence de l’eau Artois Picardie
Comment construit-on un bio-indicateur ?
Zoom sur l’indice poisson rivière
IPR
Pourquoi utiliser les poissons ?
Large répartition
• Présence dans la plupart des cours d’eau
Bonne connaissance
scientifique
• Biologie et écologie connues pour la plupart des sp.
• « Facilité » de capture et d’identification
• Sensibilité à différentes sources de dégradation :
eau : température, pH, oxygène,...
Réponse aux pressions
anthropiques
habitat : substrat (ponte), hydro-morphologie (survie,
croissance, reproduction)
continuité : migration pour reproduction / refuge (crue)
• Caractère intégrateur
sommet chaîne trophique (ex. bio-accumulation de
polluants)
longue vie (conditions écologiques à + long terme)
Valeur patrimoniale et
socio-économique
• Impact sur le grand public (pêcheurs…)
• Espèces emblématiques du point de vue conservation
Pré-requis 1 : mode et facteurs d’organisation spatiale naturelle
des peuplements
• même conditions environnementales -> peuplements similaires
• dans un type de cours d’eau donné, des groupes d’espèces ont des mêmes exigences écologiques
Truit
e
Érosion
Omb
re
Barb
e
au
Transfert
Brèm
e
Dépôt
Pré-requis 2 : réponse des peuplements aux dégradations
• Activités humaines -> modifications qualitatives et quantitatives du peuplement
• Même cause (=même altération) -> même effet (modifications similaires du peuplement)
• Sensibilité / tolérance contrastées des différentes espèces (type/intensité)
à la qualité de l’eau
Verneaux 1981
Truite
Vairon
Ombre
Apron
Hotu
Chevaine
Vandoise
Barbeau
Perche
Gardon
Gremille
Sandre
Tanche
Rotengle
B-Bass
à l’habitat
Grandmottet 1983
Chabot
Saumon de fontaine
Barbeau
Chabot
Brochet
Loche
Blageon
Toxostome
Goujon
Truite
Saumon de fontaine
B-Bass
Hotu
Lote
Spirlin
Bouvière
Tanche
Brochet
Vairon
Carpe
Ablette
Perche-soleil
Ombre
Spirlin
Goujon
Perche-soleil
Brèmes
Gremille
Poisson-chat
Gardon
Poisson-chat
Rotengle
Loche
Bouvière
Carpe
Toxostome
Lote
Blageon
Perche
Brèmes
Sandre
Vandoise
Ablette
Chevaine
Pré-requis 2 : réponse des peuplements aux dégradations
• Activités humaines -> modifications qualitatives et quantitatives du peuplement
• Mêmes causes (=mêmes altérations) -> mêmes effets (modifications similaires du peuplement)
• Sensibilité contrastée des différentes espèces (type/intensité)
« Rivière pseudo-naturelle »
Peuplement diversifié
Espèces spécialisées
& sensibles
« Rivière dégradée »
Peuplement
Simplifié
Espèces tolérantes
& opportunistes
Pré-requis 3 : des données standardisées sur tout le territoire
Les Indices Poissons :
PHVXUHQWOಬ«FDUWHQWUHSHXSOHPHQWREVHUY« HWSHXSOHPHQWWK«RULTXHVHUYDQWGH
U«I«UHQFHFRQGLWLRQVm SVHXGRQDWXUHOOHVರ
PEUPLEMENT DE RÉFÉRENCE
=fonction des conditions naturelles
plus l’écart est
important ;
plus le cours d’eau
est dégradé
PEUPLEMENT
OBSERVÉ
Processus de mise au point de l’IPR : en résumé
BV, dist, pent, alt, larg, prof,
T°jan, T°juil, bassin Hydro
Des espèces aux guildes ou « métriques »
Qu’est-ce qu’une métrique ?
• Descripteur synthétique du peuplement regroupant plusieurs espèces qui
partagent des exigences / sensibilités particulières vis à vis de certaines
caractéristiques du milieu
Sp. TSensibles
5-7 mg/l
SAT
OBR
CHA
LPP
Sp. Sensibles
2-3 mg/l
TRF
HOT
BAF
SPI
VAN
CHE
VAI
BOU
LOT
LOR
Sp. Tol.
1.5- mg/l
Sp. T Tol.
2 mg/l
BRO
PER
GRE
GOU
GAR
ROT
ABL
BRB
BRE
« Oxyphilie » croissante
EPI
EPT
CCO
TAN
LOE
ANG
CAS-CAG-CAA
Echelle d’exigence
vis-à-vis de l’O2
Des espèces aux guildes ou « métriques »
Qu’est-ce qu’une métrique ?
• Descripteur synthétique du peuplement regroupant plusieurs espèces qui
partagent des exigences / sensibilités particulières vis à vis de certaines
caractéristiques du milieu
1-Stenoth.
Froide
SAT
OBR
2-Sténoth.
Fraiche
HOT
BAF
SPI
CHA
TRF
LOT
VAI
CHE
VAN
LOR
3-Euryth.
SAN
PER
GRE
BRO
GAR
EPI
ABL
LOF
GOU
BOU
1 : Létal >28°; Opt=7-17°; Repro<10°
2, 3 : Létal >28-34°; Opt=14-23°; Repro<7-15°
4 : Létal >34°; Opt=20-28°; Repro>15°
4-Eury2
Thermophiles
Echelle d’exigence
vis-à-vis de la T°
ROT
BRE
CCO
TAN
BRB
LOE
CAS-CAG-CAA
ANG
RQ
Lien avec O2 ; seuils plus sévères pour juvéniles
Des espèces aux guildes ou « métriques »
Pourquoi des métriques ?
• Donner plus de sens écologique / fonctionnel à une observation
• Donner de la robustesse, du poids à une observation
ex. : régression simultanée de plusieurs espèces lithophiles ↔ colmatage
ex. : augmentation simultanée de plusieurs espèces opportunistes (Omnivores)
-> simplification de l’édifice trophique, altération de certains compartiments
Invertébrés ? ↔ pollution (toxique?)
Descripteurs du peuplement = les métriques de l’IPR
Sélection des descripteurs du peuplement les plus pertinents =décrivant aux mieux les impacts
des activités humaines (34 espèce considérées)
7 métriques retenues parmi les 14 métriques candidates (sensibilité / redondance)
Catégorie
Guilde
« Habitat »
Guilde
« Sensibilité »
Guilde
« Trophique »
Richesse Tot.
Abondance
Tot.
Métriques
1. Nb. d’sp Rhéophiles
2. Nb. d’sp Lithophiles
Réponse
Type d’altération décrit
Destruction d’habitats lotiques et
modification des substrats (ponte)
3. Densité d’individus
tolérants
Dégradation globale de la qualité
de l’eau et de l’habitat
4. Densité d’individus
invertivores
Modification des équilibres trophiques :
perturbation de la production Iaire, IIaire
5. Densité d’individus
omnivores
Modification des équilibres trophiques :
apports organique, enrichissement N, P…
6. Nombre total d’espèces
Réduction de la diversité des habitatsPollution
7. Densité totale
Modification de la productivité
Occurrence
Abondance
Indice final et classes de qualité
IPR = somme des scores (proba. des écarts standardisés) des 7 métriques :
IPR = Score M1 + Score M2 + … + Score M7
• Plus la somme des écarts (scores des métrique) est grande, plus le score final de
l’indice est élevé, plus l’impact sur la faune piscicole est important
• En pratique, la note de l’IPR varie de 0 (TB état) à 100 et plus (Très Mauvais)
de la note de l’indice aux classes de qualité
7
Détermination des seuils de qualité
piscicole par confrontation des
stations de référence et de stations
perturbées indépendantes
] 7-16 ]
] 16-25 ]
] 25-36 ]
>36
Application : carte nationale de qualité piscicole
Application de ces méthodes :
combinaison des indices (DCE)
Evolutions des nouveaux indices
comparaison à une situation de référence
indices multimétriques => combinaison de descripteurs prenant en compte
différentes exigences des organismes /conditions environnementales
des indices « intercalibrés » au niveau européen
des modèles statistiques plus performants et de nombreuses métriques
testées / meilleure évaluation des pressions (hydromorpho)
une évaluation des incertitudes du classement
Lien avec la conservation?
les indices ne répondent pas à tout…
lien sans doute insuffisant avec la conservation
possibilité de mieux prendre en compte certaines espèces
ou groupes d’espèces dans les indices respectifs (lien TBE?)
Merci pour votre attention !