Hydrobiologie : invertébrés, diatomées, macrophytes et oligochètes
L’hydrobiologie est une partie de l’écologie qui consiste à étudier l’écosystème "milieu aquatique". Elle s’intéresse donc aux organismes vivant dans l’eau et à leurs interactions avec leur milieu de vie. Pour évaluer le fonctionnement de ce milieu, on utilise la bio-indication. La bio-indication désigne en effet « la capacité d’organismes ou d’un ensemble d’organismes à révéler par leur présence, leur absence ou leur comportement démographique les caractéristiques et l’évolution du milieu » (selon Blandin, 1986). Ainsi, l’étude des organismes présents dans l’eau permet de déterminer la qualité d’un cours d’eau. Des protocoles généralement normalisés permettent d’aboutir à des indicateurs quantitatifs à partir de l’étude de ces organismes, dans ce cas on parle d’indices biologiques.
Invertébrés
Différents indices biologiques permettent d’évaluer la qualité biologique d’un cours d’eau en se basant sur la composition des populations de macro-invertébrés aquatiques (insectes, crustacés, mollusques et vers). Ces indices donnent une bonne image de la qualité biologique globale du cours d’eau, car la présence ou l’absence des macro-invertébrés dépend à la fois de la qualité de l’eau et de celle de l’habitat. Le poster "Focus sur les macro-invertébrés aquatiques" (format pdf - 1.9 Mo - 04/11/2015) donne plus d’informations sur les macro-invertébrés aquatiques.
Les indices invertébrés s’appuient sur l’ensemble des phases suivantes :
- choix de la station
- réalisation du plan d’échantillonnage et prélèvement de l’échantillon sur le terrain
- fixation de l’échantillon (avec un liquide conservateur ou par congélation)
- tri (ou extraction) des macro-invertébrés à partir du substrat prélevé
- détermination (ou identification)et comptage des taxons au niveau requis par la norme (majoritairement le genre)
- expression des résultats sous forme d’une liste faunistique
- calcul d’un ou plusieurs indices biologiques.
En France, depuis les années 1990, l’indice invertébrés le plus utilisé était l’Indice Biologique Global Normalisé (IBGN - AFNOR T90-350, mars 2004). Il ne constitue plus aujourd’hui un outil pour l’évaluation au titre de la Directive Cadre européenne sur l’Eau du 23 octobre 2000 (DCE) mais reste utilisé localement par certains organismes.
Aujourd’hui l’indice retenu dans le cadre de la DCE est l’indice invertébrés multimétriques (I2M2). Durant la transition entre ces deux indices, un indice intermédiaire (dit « équivalent IBGN ») a été proposé pour assurer la continuité avec les données d’IBGN, mais à partir du protocole de prélèvement conforme aux principes de la DCE : l’IBG-DCE. Comme pour l’IBGN, l’IBG-DCE fournit une note de 0 à 20, 20 correspondant au meilleur état. Mais comme l’I2M2, IBG-DCE s’appuie sur un prélèvement en trois phases (A, B et C) qui correspond davantage aux critères de représentativité de l’échantillon sur la station.
L’indice I2M2
L’indice I2M2 est un indice qui s’exprime en écart à une référence. Ainsi il varie de 0 à 1, 1 correspondant au milieu non perturbé (état de référence) et 0 correspondant à l’écart maximal à la référence. Il s’appuie sur des protocoles normalisés de prélèvement et de détermination (normes NF T90-333 pour les cours d’eau peu profonds et XP T90-388). L’I2M2 s’appuie sur un prélèvement en 3 phases, correspondant aux habitats marginaux (phase A), aux habitats dominants par ordre d’habitabilité (phase B) et aux habitats dominants par ordre de représentativité sur la station. Ainsi, les habitats les plus représentés sur la station seront davantage échantillonnés.
Dans le cas des cours d’eau profonds, le protocole de prélèvement est différent (norme XP T90-334), et l’indice équivalent à l’I2M2 n’a pas encore été élaboré.
Le calcul de l’indice I2M2 est notablement plus complexe que celui de l’IBGN ou de l’IBG-DCE, et s’appuie sur l’écart à une référence de 5 « métriques » distinctes, pondérées selon leur capacité à discriminer un ensemble de « pressions » (17 pressions prises en compte). Les indices précédents (IBGN et IBG-DCE) prenaient en compte exclusivement la variété des taxons et le groupe indicateur (taxon le plus polluo sensible).L’I2M2 intègre quant à lui un ensemble de traits écologiques pour tous les taxons recensés.
Les 5 métriques élémentaires (sous-indices) qui composent l’I2M2
L’indice I2M2 peut ainsi être décomposé en 5 sous-indices variant de 0 à 1 pour chacune de ces métriques élémentaires.
Le passage de l’IBG-DCE à l’I2M2 peut déclasser une rivière
Le passage entre l’IBG-DCE et l’I2M2 peut induire des changements de classe d‘état de la rivière alors même que la rivière n’a pas eu de modifications notables. C’est une rupture statistique dans le système d’analyse de la qualité de l’eau.
Nous avons missionné le CEREMA pour étudier ce phénomène. En attendant les résultats, une étude préliminaire en interne a été menée sur le passage de l’IBG-DCE à l’I2M2. En Île-de-France, une première étude réalisée en 2015 montrait que sur les stations analysées (cf. figure ci-dessous), les masses d’eau sont fortement déclassées par ce nouvel indice. Cela ne veut pas dire que les rivières se sont dégradées en qualité, mais simplement qu’on observe plus finement la qualité des milieux ce qui a permis de rétablir un classement de ces cours d’eau au plus près de la réalité écologique au regard des peuplements d’invertébrés.
Diatomées
L’Indice Biologique Diatomées (IBD - AFNOR NF T 90-354, avril 2016) permet d’évaluer la qualité biologique d’un cours d’eau à partir de l’analyse des diatomées, qui sont des algues unicellulaires. L’IBD traduit plus particulièrement le niveau de pollution organique (saprobie) et trophique (nutriments : azote, phosphore). La contamination du milieu par des toxiques (micropolluants minéraux ou synthétiques) est également susceptible d’affecter l’IBD. Il s’exprime par une note allant de 0 à 20. Plus la note est élevée, meilleure est la qualité biologique du milieu.
Après le choix de la station, la réalisation de cet indice comporte plusieurs phases :
- le prélèvement consistant à récupérer des diatomées principalement fixées sur les pierres(mais parfois sur d’autres supports) de la rivière
- le traitement et rinçage de l’échantillon qui vise à l’élimination de la matière organique et des carbonates pour ne conserver que le squelette externe siliceux
- la préparation de la lame
- le comptage et la détermination d’au moins 400 diatomées, sous microscope
- l’expression des résultats sous forme d’une liste floristique avec l’abondance relative
- le calcul de l’IBD.
Le calcul de l’IBD s’appuie sur le profil écologique de chaque taxon pris en compte dans la norme. Ce profil représente la probabilité de présence d’une diatomée dans 7 classes de qualité des eaux, qui tiennent compte des paramètres physico-chimiques. Pour un échantillon donné, l’ensemble des profils écologiques des diatomées déterminées sont tracés, puis est dessinée la courbe synthétique représentant la probabilité de présence d’un taxon fictif représentatif de l’échantillon. L’IBD correspond au barycentre de cette courbe.
Dans le cadre de la mise en œuvre de la Directive Cadre européenne sur l’Eau du 23 octobre 2000 (DCE), l’IBD est également exprimé en écart à une référence. La référence est régulièrement actualisée.
Macrophytes
Le terme macrophyte désigne l’ensemble des végétaux aquatiques ou amphibies visibles à l’œil nu ou vivant habituellement en colonie visible. Cela comprend des végétaux supérieurs, des bryophytes (mousses et hépatiques), des lichens, des macro-algues, et par extension, des colonies de cyanobactéries, d’algues (diatomées), de bactéries et de champignons. La sensibilité des macrophytes à la pollution varie selon les espèces ce qui rend leur étude intéressante pour évaluer la qualité de l’eau et des sédiments. Les macrophytes sont notamment de bons marqueurs de la quantité de nutriments et de certaines caractéristiques morphologiques du milieu (substrats, vitesses d’écoulements, éclairement…).
L’indice utilisé pour évaluer l’état du milieu est l’Indice Biologique Macrophytique en Rivière (IBMR).
Après le choix de la station (en général tronçon de 100 m de long du cours d’eau), la réalisation de cet indice comporte plusieurs phases :
- inventaire exhaustif de la flore sur le terrain et prélèvement d’échantillons si nécessaire
- estimation du recouvrement, selon des classes, pour chaque taxon
- détermination ou confirmation au laboratoire des taxons au microscope ou loupe binoculaire , au genre ou à l’espèce selon les groupes taxinomiques ;
- expression des résultats, sous forme de liste floristique assortie de classes de recouvrement.
Calcul de l’IBMR
L’Indice Biologique Macrophytes en Rivière (IBMR - AFNOR NF T 90-395, octobre 2003) permet donc d’évaluer la qualité de la rivière et plus particulièrement son degré d’eutrophisation lié aux teneurs en azote et phosphore dans l’eau. Il prend également en compte les caractéristiques physiques du milieu comme l’intensité de l’éclairement et des écoulements.
L’IBMR prend en compte l’abondance relative des taxons de l’échantillon, et s’appuie sur deux coefficients attribués à chaque taxon :la cote spécifique et le coefficient de sténoécie. Il s’exprime par une note allant de 0 à 20, selon 5 classes de qualité (ou niveaux trophiques). Plus la note est élevée, meilleure est la qualité biologique du milieu.
Dans le cadre de la mise en œuvre de la Directive Cadre européenne sur l’Eau du 23 octobre 2000 (DCE), l’évaluation de la qualité s’effectue par rapport à la valeur de référence (indice attendu en situation non perturbée). La référence est régulièrement actualisée.
Oligochètes
Les oligochètes sont des vers aquatiques vivant dans les sédiments au fond des cours d’eau. Ces organismes sédentaires et fouisseurs se caractérisent par leur capacité d’adaptation et de colonisation d’habitats très diversifiés. Leur sensibilité à la pollution varie selon l’espèce ce qui rend leur étude intéressante pour évaluer la qualité des sédiments. Cet indice n’est pas utilisé pour le suivi de la qualité des masses d’eau.
L’Indice Oligochètes de Bioindication des Sédiments (IOBS - AFNOR NFT 90-390, avril 2002) permet d’évaluer la qualité biologique des sédiments fins et sableux présents dans les cours d’eau naturels ou artificialisés. Il renseigne sur l’influence des micropolluants organiques et minéraux sur les milieux aquatiques.
La richesse taxonomique (nombre d’espèces différentes) de l’échantillon et le pourcentage des individus les plus tolérants à la pollution (famille des Tubificidae) permet de calculer l’IOBS qui s’exprime selon 5 classes de qualité. Lorsque la valeur de l’indice est supérieure ou égale à 6, cela signifie que le niveau de qualité des sédiments est "Très bon". A l’inverse, quand l’indice est strictement inférieur à 1, cela indique que le niveau de qualité des sédiments est "Mauvais".
Des campagnes annuelles de prélèvements et d’analyses pour déterminer l’IOBS ont été réalisées entre 2002 et 2005 dans le cadre du Réseau National de Bassin (RNB).