Mais qui sont ces renouées asiatiques dont on entend souvent parler ? Que faire face à leur colonisation folle ? Naturalisée en Europe dans une grande diversité de milieux humides, les renouées asiatiques sont des plantes invasives aux capacités reproductives exceptionnelles et aux impacts majeurs sur la biodiversité, leur progression se faisant au détriment de la flore locale.

 Alors que l’on pourrait penser que tout a été dit et écrit sur ces fameuses renouées asiatiques, l'Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA) a choisi de leur consacrer un numéro spécial dans sa revue Science Eaux et Territoires du mois de juin 2019.

Aquabio apporte sa contribution à travers différentes synthèses sur des travaux entamés depuis plusieurs années touchant à la gestion de ces plantes en bord de rivière :

  • une définition du stade invasif pour comprendre la progression des renouées et fixer des objectifs stratégiques de gestion ;

  • le déterrage précoce pour ralentir les fronts de colonisation ;

  • les traitements mécaniques pour traiter les terres envahies ;

  • les risques de dissémination de ces plantes via la filière de compostage.

 Découvrez ce numéro complet de Science Eaux et Territoires par ici !

Le projet BIOME (BIOindication des Mares et Etangs) a débuté en 2012 afin de répondre au manque d’outil d’évaluation pour les mares et étangs français. De 2012 à 2016, les travaux de recherche ont été financés par Aquabio et, en 2016, par une initiative IPME biodiversité pilotée par l'ADEME. Ils ont porté sur le développement de méthodes de monitoring adaptés à ces écosystèmes, les choix des compartiments biologiques les plus pertinents à suivre, ainsi que sur la validation scientifique de grands principes de fonctionnement des plans d’eau peu profonds, et notamment la définition d’une typologie écologique des plans d’eau. Arrivé à maturité, le projet a été labellisé en 2016 par le conseil scientifique du pôle de compétitivité DREAM. Dans le cadre de ce projet un autre indice multimétrique, permettant d'évaluer le potentiel frayère à brochet, a été développé en partenariat avec la FDAAPPMA33.

L’indice BECOME est la conclusion principale du projet. C’est un indice valable pour tout plan d'eau peu profond de métropole (jusqu'à 4m de profondeur moyenne, ou plus selon les conditions morphologiques et la situation géographique du plan d'eau), de 2m² à 50ha. Il repose sur des relevés de macrophytes et d’invertébrés.

Grands principes de fonctionnement des plans d’eau peu profonds

Les plans d'eau peu profonds se caractérisent par deux états bien distincts :

  • un état « clair », fonctionnel, avec des eaux claires, des communautés de macrophytes et d'invertébrés diversifiées

  • un état « turbide », dysfonctionnel, avec des blooms phytoplanctoniques provoquant une banalisation très importante de la faune et de la flore (diminution de la luminosité, disparition des habitats favorables à la faune, problèmes d'oxygénation pendant la nuit, production de toxines...). Cet état peut être pérenne ou saisonnier (Scheffer, 2004). Le basculement en état turbide est en général lié (1) à un enrichissement d'origine anthropique en nutriments, (2) l'introduction de poissons fouisseurs (carpes, brèmes) ou d’écrevisses invasives, (3) une communauté de macrophytes réduite à absente, liée à des particularités ou à des dégradations morphologiques, et (4) des cataclysmes climatiques.

Pourquoi étudier les macrophytes ?
  • Les macrophytes sont l’habitat le plus biogène des plans d’eau peu profonds. Ils accueillent la majorité des invertébrés, des poissons et des algues non planctoniques (periphyton). Ils servent de support, d’abris, ou d’aliment pour ces êtres vivants (Wetzel, 2001). La présence d’une communauté de macrophytes diversifiée et abondante est donc essentielle au bon fonctionnement des plans d’eau peu profonds.

  • Ils limitent les phénomènes de houle qui peuvent entretenir un état turbide sur les plus grands plans d’eau (Scheffer et al., 1993).

  • Ils sont en compétition avec le phytoplancton souvent responsable des états turbides (blooms). Les macrophytes peuvent également empêcher l’apparition de ces blooms en secrétant des substances allélopathiques (Mulderij et al., 2007), substances empêchant la croissance de certaines algues ou autres végétaux.

Pourquoi étudier les invertébrés ?

Les plans d’eau sont des pièges à matière : s’ils ne disposent pas d’un édifice trophique complexe assurant la dégradation, le recyclage, l’exportation ou le maintien dans la chaîne alimentaire de la matière organique, celle-ci s’accumule plus rapidement, entraînant des dysfonctionnements ou un comblement plus rapide du plan d’eau.

  • Les invertébrés occupent la quasi-totalité des niches trophiques des plans d’eau (figure 1). Ils participent très largement au recyclage et à la dégradation des matières organiques vivantes et mortes. L’analyse de l’édifice trophique des invertébrés permet d’obtenir une image de ce dont ils se nourrissent : matières organiques mortes, phytoplancton, zooplancton, périphyton, et même une partie des vertébrés. Leurs cycles de vie sont de plusieurs mois à plusieurs années. Ils sont donc une expression synthétique du fonctionnement trophique global du plan d’eau sur au moins plusieurs mois.

  • Certains insectes aquatiques ont la capacité de voler et peuvent quitter le plan d’eau. Ils sont donc une source d’exportation potentielle de matière organique susceptible de ralentir l’enrichissement et le comblement du plan d’eau. Cette exportation est plus importante pour les espèces qui ne sont aquatiques qu’à l’état larvaire, ces dernières n’y retournant que pour pondre. Ces insectes sont largement consommés par de nombreux vertébrés et insectivores, dont de nombreuses espèces à fortes valeur patrimoniales (oiseaux, chauves-souris, odonates adultes...).



Figure 1 : Place des invertébrés dans le réseau trophique du plan d’eau et pour partie dans les écosystèmes environnants (source : Aquabio)


L'indice become : une évaluation des fonctions et de la biodiversité par rapport à un optimum attendu

L’indice BECOME est multimétrique, il propose donc à la fois une évaluation globale robuste, mais également une déclinaison de sous-indices permettant d’exprimer le fonctionnement avéré du plan d’eau, ainsi que ses éventuels points faibles. Cela permet (avec une expertise) d’identifier les causes probables de dysfonctionnement mais également de piloter les actions de gestion en conséquence, et en évaluer l’efficacité.

Il se décompose en (figure 2) :

  • Deux métriques de richesses invertébrés et macrophytes évaluant l’écart entre le nombre de taxon invertébrés et macrophytes obtenu et celui attendu.

  • Deux métriques évaluant la biocontamination du site en taxons de macrophytes ou d'invertébrés potentiellement invasifs.

  • Cinq métriques traduisant des fonctions bio-écologiques majeures : la transparence et l’habitabilité assurées par les macrophytes, les fonctions trophiques (alimentation équilibrée et exportation) assurées par les invertébrés ainsi que la présence d’une communauté d’invertébrés équilibrée assurant la stabilité de ces fonctions.












Figure 2 : Exemple de diagramme radar des sous-métriques de l’indice BECOME, sur un plan d’eau du plateau des Millevaches, artificiel, impacté par le pacage, une morphologie défavorable et l’empoissonnement. Les valeurs de transparence potentielle et de stabilité de l’édifice trophique indiquent un risque de basculement cyclique en état turbide.

Une interface web devrait voir le jour avant fin 2018. Cette interface permettra de calculer librement l’indice BECOME.

Aquabio propose des formules d’accompagnement permettant à des tiers d’appliquer la méthode dans des conditions optimales (formations, validation des identifications…).

L’outil développé fourni également de nombreuses autres fonctionnalités, telles que diagrammes d’aide à l’interprétation, évaluation du niveau trophique, analyse phyto-sociologique…


Pour toute information, n’hésitez pas à nous contacter à l’adresse plan.deau@aquabio-conseil.com


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Ont également participé au projet : Le Parc National des Pyrénées, les PNR des Bauges, du Ballon des Vosges, des Causses du Quercy, du Périgord-Limousin, du Plateau des Millevaches, des Préalpes Cotes d'Azur, des Volcans d'Auvergne et des Vosges du Nord, l'EPTB Seine Grands Lacs, L'Agence de l'eau Adour Garonne, les CEN d'Aquitaine, de Lorraine et du Limousin, l'ONF, l'ONCFS, la Fédération départementale des Chasseurs de Gironde, les FDAAPPMA de Dordogne et des Vosges, le GEREPI, l'AMV, les communes ou syndicats de communes d'Andernos, Sage-Blavet et Trégor Lannion. Ainsi que de nombreux propriétaires et collectivités qui nous ont autorisés à échantillonner leurs plans d'eau.

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Références
Mulderij G., Van Nes E. H. & Van Donk E., 2007. - Macrophyte–phytoplankton interactions: The relative importance of allelopathy versus other factors. Ecological Modelling, 204 (1‑2) , p. 85‑92.
Scheffer M., 2004. - Ecology of shallow lakes. Reprinted with corr., Population and community biology series 22, Kluwer, Dordrecht, 357 p.
Scheffer M., Hosper S. H., Meijer M.-L., Moss B. & Jeppesen E., 1993. - Alternative equilibria in shallow lakes. Trends in Ecology & Evolution, 8 (8) , p. 275‑279.
Wetzel R. G., 2001. - Limnology: lake and river ecosystems. 3rd ed., Academic Press, San Diego, 1006 p.




Le site Système d’évaluation de l’état des eaux (SEEE) est le nouvel outil d'évaluation de l’état des eaux de surface et des eaux souterraines. Il permet de calculer les différents indicateurs de qualité dont l’Indice Invertébrés Multi-Métrique I2M2 basé sur le compartiment invertébrés benthique et qui, à terme, remplacera l’IBG-DCE (ou équivalent IBG) pour l’évaluation de l’état biologique des cours d’eau selon l'arrêté du 27 juillet 2015.

Les peuplements de macro-invertébrés benthiques, qui colonisent la surface et les premiers centimètres des sédiments immergés de la rivière, intègrent dans leur structure toute modification, même temporaire, de leur environnement (perturbation, physico-chimique ou biologique d’origine naturelle ou anthropique).

L’I2M2 permet d'avoir une vision plus représentative du peuplement de macro-invertébrés sur la station. Compatible avec les prescriptions de la Directive Cadre sur l'Eau, il prend en compte la typologie des cours d’eau, intègre le calcul d'un écart à un état de référence et est exprimé en EQR (Ecological quality ratio) de 1 (peuplement conforme à la référence) à 0 (peuplement complètement perturbé).

Il est constitué de métriques élémentaires intégrant la notion de polluo-sensibilité (ASPT,fréquences en taxons ovovivipares et polyvoltins dans le peuplement) ou décrivant la structure taxonomique du peuplement (diversité et richesse taxonomique ).Ces métriques sont également exprimées en EQR (de 0 à 1).

Parallèlement à l’I2M2, un outil diagnostic, basé sur les traits biologiques, a été développé. Il permet une identification plus précise des pressions anthropiques les plus probables, présentées sous forme de deux diagrammes radar mettant deux types de pressions (qualité de l’eau et hydromorphologie) en évidence. Ces diagrammes ont essentiellement un caractère informatif, les probabilités d’impact ne constituant pas des preuves irréfutables de l’effet significatif d'un type de pression mais plutôt des indications sur la probabilité qu'un type de pression soit susceptible d’avoir un effet significatif sur les communautés d'invertébrés aquatiques.

L’indice utilisé jusqu’à aujourd’hui (IBG-DCE ou équivalent IBG) nous permet de quantifier l’impact des caractéristiques hydromorphologiques du cours d'eau (vitesses d'écoulement, mosaïque d'habitats, substrat dominant...) sur la variété de la macrofaune ainsi que de jauger la polluo-sensibilité d’un peuplement et, donc, de détecter la présence d'un éventuel problème de qualité d'eau.

L’I2M2 permet d’aller plus loin dans ce diagnostic en étudiant l’hétérogénéité et la stabilité de l’habitat (Shannon-Weaver), le niveau de polluo-sensibilité du peuplement (ASPT), la présence de pression anthropique forte (fréquence des polyvoltins), la dégradation de la qualité physico-chimique de l’eau (fréquence des ovovivipares) et la complexité de l’habitat (richesse taxonomique).

Exemple


S’appuyant sur une variété taxonomique et un groupe indicateur relativement élevés, l ‘IBG-DCE indique un bon état biologique.



Les scores des métriques de l’I2M2 indiquent un milieu perturbé par sa qualité physicochimique et par sa qualité hydromorphologique.



L’outil diagnostic permet d’émettre des hypothèses quant à la nature et l’origine de ces perturbations. Elles peuvent ainsi s’expliquer par les pratiques culturales présentes sur le bassin versant (irrigation, drainage, sols nus en hiver) qui peuvent créer des situations hydrologiques défavorables à l'installation d'une macrofaune diversifiée et aggraver des problèmes de qualité d'eau lors des étiages sévères, ainsi qu'un colmatage des habitats.



Disponibles seulement depuis quelques mois, ces nouveaux outils seront enrichis du retour d'expérience des différents utilisateurs. De plus, tout comme l'ensemble des outils basés sur les bio-indicateurs, ces éléments d'aide à l'analyse des peuplements et au diagnostic écologique ne peuvent remplacer l'expertise d’un hydroécologue.

Pour aller plus loin :
- http://www.eaufrance.fr/les-actualites/le-nouveau-seee-service-de-calcul
- https://hydrobio-dce.irstea.fr/cours-deau/invertebres/
- http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1470160X11004158
- Bioévaluation des cours d’eau peu profonds basée sur le compartiment des macroinvertébrés benthiques : I2M2 et outil diagnostique. Onema. 2015.

Une exigence de la Directive Cadre Européenne

Une directive cadre européenne de 2008 (modifiée en 2013) établit des normes de qualité environnementale (NQE) pour la surveillance des polluants prioritaires dans les milieux aquatiques. Il s’agit de rechercher les polluants bioaccumulés dans les organismes aquatiques (poissons et invertébrés).

Deux approches peuvent être utilisées :

  • les approches passives s'appuient sur le prélèvement ou la collecte d’organismes autochtones sur la station de mesure. Elle permettent de vérifier la conformité des biotes prélevés vis-à-vis de NQE (Normes de Qualité Environnementales) applicables dans cette matrice et d’évaluer un risque envers les prédateurs supérieurs et/ou l’Homme par l’ingestion de proies/produits de la pêche contaminés

  • les approches actives reposent sur la transplantation, par encagement, d’organismes provenant d’une population source de référence. Elles permettent d’améliorer la comparabilité des résultats et de fiabiliser leur interprétation en termes de tendances.

La France a décidé de suivre les deux approches : collecte de chair de poisson pour l’approche passive, et encagement de gammares pour l’approche active.

Une méthode issue de la recherche

La méthode d’encagement de gammares est issue de 10 années de recherche d’IRSTEA. Elle est développée par la société BIOMAE (Spinoff du laboratoire d’écotoxicologie d’IRSTEA), et a fait l’objet de tests à grande échelle en partenariat avec Aquabio qui a pu apporter son expérience de terrain. La méthode, en cours de normalisation, prévoit plusieurs étapes :















Figure 1 : Du prélèvement des gammares jusqu’à l’exposition in situ dans les cours d’eau (Biomae)

  1. Prélèvement de gammares dans une station de référence ou une population source : BIOMAE possède une ancienne cressonnière dans laquelle il assure l’élevage d’une population homogène. Deux espèces peuvent être utilisées : Gammarus pulex et Gammarus fossarum.

  2. Stabulation et calibration en laboratoire. Les organismes sont maintenus pendant 7 jours dans des conditions contrôlées pour la température, la conductivité, l’oxygène, l’alimentation et photopériode. Puis une sélection des individus est opéré pour obtenir des mâles d’une taille et d’un poids homogène.

  3. Encagement pendant 21 jours dans le milieu. Les individus calibrés sont introduits dans des cages ajourées permettant les échanges avec le milieu, puis acheminés sur la station de mesure dans des conditions ambiantes contrôlées (température, oxygène dissous). Ils sont déposés dans une zone profonde et lotique, pendant 21 jours.
    A la fin de la durée d’exposition, ils sont réacheminés vers le laboratoire en les maintenant dans l’eau issue de la rivière.

  4. Conditionnement avant analyses. Au laboratoire, les individus morts ou moribonds sont comptabilisés et retirés. Les gammares survivants sont congelés et envoyés au laboratoire d’analyse pour recherche des contaminants métalliques et organiques.

    Les concentrations biodisponibles brutes des 250 molécules obtenues peuvent ensuite être interprétées en fonction du niveau de contamination par rapport à un référentiel Irstea / Biomae construit au niveau français ou du niveau de contamination par rapport aux NQE fixées par l’Union Européenne.

Une méthode aux applications multiples

Le même bioessai peut également être utilisé, au-delà de la DCE, pour évaluer la biotoxicité dans le cadre de suivi en milieu naturel : amont-aval rejet industriel , amont-aval déversoir d’orages, avant-après une interaction sur le milieu naturel (lâcher de barrage, travaux, etc.).
D'autres bioessais sont également pratiqués par Biomae pour évaluer le niveau de toxicité de l’ensemble des micropolluants présents dans le milieu récepteur par implémentation (alimentation, neurotoxicité, reprotoxicité et perturbation endocrine).

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Conseil d'expert
La bioaccumulation est l'absorption de substances chimiques, présentes dans l'environnement, et leur concentration dans certains tissus par les organismes. La biodisponibilité désigne la fraction d'une substance ayant la possibilité d'être absorbée et d'être utilisée par le métabolisme d'un organisme vivant.
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Pour aller plus loin...
- Téléchargez la Note technique du 26 décembre 2017 relative à la mise en œuvre du suivi des substances de l’état chimique des eaux de surface dans le biote dans le cadre de la directive cadre sur l’eau conformément à la directive 2013/39/UE du Parlement européen et du Conseil du 12 août 2013
- Site internet BIOMAE


Contacts
Laurent Viviani (Co-fondateur Biomae) - laurent.viviani@biomae.fr
Bruno Fontan (Directeur Technique d'Aquabio et membre commission AFNOR T95E Biosurveillance de l'environnement ) - bruno.fontan@aquabio-conseil.com



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