Projet UICN Med/ABHM

Moulouya - Maroc

Document du stage de formation à la connaissance et la gestion de la biodiversité aquatique

Echantillonnage et étude des macro-invertébrés de la Moulouya

par

Pr. Mohammed MELHAOUI avec la collaboration du Pr. Ali BERRAHOU

REMERCIEMENT Nous tenons à remercier toutes les personnes et organismes qui ont contribué de près ou de loin à l’organisation de cette formation. Ce projet a été financé en grande partie par l’AECI (Agence Espagnole de Coopération Internationale) que nous remercions. LAECI est un organisme autonome du Ministère des Affaires Etrangères qui gère la politique espagnole de coopération internationale pour le développement. La Coopération Espagnole pour le Développement a comme objectif principal de contribuer à la croissance économique et au progrès social, culturel et politique des pays en voie de développement. Que Madame Annabelle CUTTELOD, Coordinatrice du projet au niveau du de l’UICN Malaga, ainsi que ses collaborateurs et la Directrice de l’UICN Malaga, Me Margarita ASTRALAGA, trouvent ici l’expression de notre estime pour les efforts et la logistique qu’elles ont fournis pour la mise en place de cette formation . Nous remercions vivement Monsieur Mohamed CHTIOUI, Directeur de l’ABHM Moulouya au Maroc qui nous a facilité la réalisation dela formation Nous remercions particulièrement Mme Bouchra BENZEKRI Point focal du projet à l’ABHM et Mr Boubker EL HOUADI Chef de Division à l’ABHM de leur aide précieuse et leur soutien. Nous remercions également l’équipe des formateurs, Pr latifa EL HAFID, Pr Ali BERRAHOU et Pr Guy CHAVANON de la faculté des Sciences d’Oujda pour leur contribution à la formation et leurs apports faunistique ou floristique dans la cadre du projet Nous remercions également les experts de l’UICN ayant participé à cette formation par l’apport des échantillons d’odonates en particulier, le Dr Jean Pierre BOUDOT du CNRS (France) Nous remercions également tous les partenaires du projet qui ont répondu favorablement à notre appel de formation. Nous remercions vont au Pr. Jamal Eddine DERKAOUI, Doyen de la Faculté des Sciences d’Oujda pour sa collaboration et l’intérêt qu’il a donné à cette formation Enfin, nous nous excusons auprès de tous ceux ou celles que nous avons omis de citer parmi des personnes à remercier.

Introduction

Conformément aux engagements du Maroc en tant que Partie contractante à la Convention pour la biodiversité et à sa volonté d’adhérer activement au concept de la Gestion Intégrée des Ressources en eau (GIRE), le Centre de Coopération pour la Méditerranée (IUCN-Med) et l’Agence du Bassin Hydraulique de la Moulouya (ABHM) au Maroc organise cette formation a pour objectif de renforcer les capacités des gestionnaires et des acteurs locaux à la préservation de la biodiversité aquatique dans le Bassin Hydraulique de la Moulouya

Cette formation qui répond au TDR est l’une des étapes majeures prévues

dans le projet. Elle est destinée en priorité pour les partenaires du projet en particulier les gestionnaires et les acteurs de la biodiversité aquatique dans la Moulouya (Membres du réseau de surveillance). Les personnes sélectionnées ou désignées par leur administration suivront un stage de formation de 5 jours à l’université d’Oujda par des formateurs locaux (Professeurs Universitaires hydrobiologistes).

Les candidats retenus vont être initié à : - La prise d’échantillonnage de la biodiversité aquatique en rivière - La connaissance de cette biodiversité à travers une série de Travaux

pratiques au Laboratoire - L’analyse de ces échantillons avec des outils spécialisés - L’utilisation d’un SIG de la biodiversité aquatique par le logiciel ArcGis. Cette formation aura lieu respectivement sur le terrain et dans les locaux de

l’Université d’Oujda selon le planning suivant :

Date Formation Jeudi 25 juin 2009 Echantillonnage sur le terrain Oued Za =

affluent de la Moulouya En amont Formateurs : A. Berrahou – M. Melhaoui

Jeudi 25 juin 2009

Echantillonnage sur le terrain Oued Za = affluent de la Moulouya En aval Formateurs : A. Berrahou – M. Melhaoui

Vendredi 26 juin 2009 (matinée)

TP1 : Faune aquatique, tri et détermination systématique Formateurs : A. Berrahou – M. Chavanon

Vendredi 26 juin 2009 (après midi)

TP 2 : traitement des données, synthèse et expression des résultats Formateurs : A. Berrahou – M. Chavanon

Samedi 27juin 2009 (matinée) TP 3 : Hydrophytes aquatiques Formateurs : L. El Hafid – M. Melhaoui

Samedi 27 juin 2009 (après midi)

TP 4 : TP de démonstration des 5 taxons du projet. Formateurs : L. El Hafid - M. Melhaoui

Vendredi 9 octobre 2009 Initiation au SIG (ArcGis) Formateurs : A. SBAI et col.

Samedi 10 octobre 2009 Initiation au SIG (ArcGis) Formateurs : A. Sbai et col

TRAVAIL DE TERRAIN 1. Choix du lieu d’échantillonnage Au préalable a eu lieu une étape de choix et de définition de cette station de prélèvement en fonction de l’objet de l’analyse hydrobiologique. Le cours d’eau pédagogique retenu pour la formation terrain est : Oued Za un sous affluent de la Moulouya au niveau de la ville de Taourirt

2. Prospection pour caractériser le site à prélever

Une observation de l’ensemble du site, du bord de la berge et du cours d’eau est réalisée pour définir le plan d’échantillonnage. Cette opération permet de caractériser le site et les différents supports (pierres, sable, végétation aquatique, etc.) qui le composent. Les différents supports (ou micro-habitats) du site sont repérés, opération préalable indispensable pour effectuer l’échantillonnage suivant un protocole standardisé. 3. Échantillonnage dans le cours d’eau • Matériel de prélèvement Il est souhaitable de se mettre dans l’Oued avec des bottes, des cuissards ou des Wadders. Les prélèvements s’effectuent avec un échantillonneur de type « Surber » pourvu d’une base de surface de 1/20 m² (20x25 cm) et équipé d’un filet d’ouverture de maille de 500 µm.

Ce même échantillonneur s’utilise avec un manche dans les zones difficiles d’accès. Dans ce cas il est appelé échantillonneur de type « Haveneau ». • Ordre d’échantillonnage

Les prélèvements pour les différents micro-habitats présents sur le site sont réalisés face au courant d’eau dans un ordre prédéfini selon un protocole de prélèvement standardisé (NFT T90-350, Circulaire DCE 2007/22 du 11 avril 2007). Les échantillons se feront à la fois dans des milieux lotiques et lentiques. Le choix des micro-habitats retenus s’effectue à la fois en fonction de leur aptitude biogène (c’est à dire favorable à la vie aquatique), de leur représentativité au sein de la station et des différentes classes de vitesse du courant sur le site. • Prélèvement Pour effectuer le prélèvement, 2 choix sont possibles : - Soit l’échantillonneur de type « Surber » est posé sur le fond du lit du cours d’eau face au courant, le cadre de l’échantillonneur détermine la zone du micro- habitat à échantillonner. Le support est alors soit nettoyé à la main (exemple : les pierres), soit gratté à l’aide d’un râteau sur une épaisseur de quelques centimètres (exemple : le sable) ou éventuellement prélevé en totalité (exemple : les végétaux immergés). - Soit l’échantillonneur de type « Haveneau » où troubleau s’utilise par une traction sur environ 50 cm ou en va-et-vient au niveau du support à prélever. Généralement dans les milieux lentiques

4. Conditionnement des échantillons Les micro-habitats échantillonnés sont transférés sur un tamis (maille : 500 µm) afin d’éliminer notamment certains supports (vases, etc.) ou de réaliser un pré-tri en supprimant les éléments les plus grossiers (pierres, galets). Cette opération permet de réduire le volume du récipient, de limiter les risques de détérioration de la faune et le volume d’échantillon à fixer. L’échantillon est ensuite transféré dans un récipient adapté (bocal en verre). 5. Conservation des échantillons Sur le terrain, est ajouté un conservateur (formol dilué) et un colorant (pour s’assurer de l’ajout du formol et pour faciliter la détermination). L’échantillon est homogénéisé pour une bonne conservation des organismes. Cette conservation est un élément indispensable à la détermination. Des étiquettes au crayon permettent de reconnaître chaque échantillon. Les échantillons sont ramenés au Laboratoire pour tri, détermination et analyse.

SEANCE LABORATOIRE

TD sur la qualité de l'eau La qualité de l'eau ne peut pas se réduire seulement à celle distribuée au robinet. Celle-ci, en effet, dépend essentiellement de la qualité de la ressource, qu'il s'agisse d'eau souterraine ou d'eau superficielle (cours d'eau, lacs et réservoirs).

Pour ce qui est des eaux souterraines, le plus souvent, celles que nous utilisons, sont sinon des eaux fossiles, au moins des eaux " historiques ", c'est-à-dire des eaux qui, compte tenu du temps qu'il leur a fallu pour traverser les couches de roches avant d'atteindre les captages, ont pu passer plusieurs années, dizaines d'années, voire centaines d'années dans les aquifères où elles auront été filtrées, épurées, débarrassées de leurs bactéries, etc. et finalement acquis une qualité irréprochable*. Ces eaux sont presque toujours encore de bonne qualité parce que, originellement, elles n'avaient probablement pas été polluées. Le seront-elles encore dans dix, cinquante ou deux cents ans ? Rien n'est moins sûr, puisque certaines nappes vulnérables ont été polluées, et continuent de l'être, par nos activités industrielles, domestiques ou agricoles et que ces effets ne se manifesteront que très tardivement, probablement à une époque où la mémoire de ces pollutions initiales aura été effacée. Pour ce qui est des eaux de surface, le temps ne joue guère. Que les pollutions soient chroniques ou accidentelles, leurs effets se font sentir tout de suite ou presque. C'est la raison qui oblige, par exemple, les agences de bassins, mais aussi d'autres partenaires dans la fourniture d'eau, à mettre en place des réseaux de surveillance et de contrôle permanent, et de préférence en temps réel, de la qualité des eaux ressources.

Les cours d'eau sont initialement classés en plusieurs catégories pour l'usage et la vie piscicole. Évidemment, quand les cours d'eau se révèlent de mauvaise qualité, tout doit être (et sera) fait pour y remédier. D'une manière générale, depuis quelques années, beaucoup d'efforts et d'investissements ont contribué à une très nette amélioration de la qualité de nos cours d'eau, au moins dans certains domaines comme les pollutions organiques, la qualité bactériologique, mais, dans le même temps, d'autres dégradations insidieuses, et dont on ne mesure probablement pas bien les effets à long terme, ont pris une ampleur inquiétante (pollution par les nitrates, pollutions par les herbicides, augmentation de la température, etc.). Les cours d'eau sont classés en quatre catégories :

Bonne : ce sont des eaux aptes à tous les usages comme la fabrication d'eau potable ou l'abreuvage des animaux, l'arrosage ou l'irrigation, etc., sans oublier les acticités de loisirs, et qui, par ailleurs, assurent une vie piscicole normale.

Moyenne : ce sont des eaux où la vie piscicole est perturbée, au moins dans ces aspects reproduction. Elles permettent encore la production d'eau potable, mais avec des traitements plus poussés, donc plus chers. Elles peuvent encore être utilisées pour l'irrigation, mais non pour abreuver les animaux ou pour l'arrosage direct des productions végétales de type fruits ou légumes. Cette eau peut servir pour certains usages industriels.

Mauvaise : ce sont des eaux où la vie piscicole est perturbée. Seuls des usages industriels de type refroidissement sont possibles. Les activités de loisir autres que la navigation et la baignade sont déconseillées ou interdites. L'irrigation est tolérée sous certaines conditions.

Très mauvaise : ces eaux sont des dangers pour la santé publique.

Pour apprécier la qualité initiale d'une eau, il est nécessaire d'en mesurer différents paramètres. Ces paramètres peuvent être de nature physiques, chimiques, biologiques ou microbiologiques.

Parmi les paramètres physicochimiques les plus couramment surveillés, on peut citer : Les matières en suspension ou MES : ces matières désignent tous les insolubles qui augmentent la turbidité de l'eau, c'est-à-dire la troublent ou diminuent sa transparence. Ces substances sont essentiellement des colloïdes d'argile et d'humus dispersés. Mais ce peuvent être aussi, pendant les crues des particules grenues de sable, de limon ou de lœss ou, à l'automne, des fragments des feuilles mortes et des tanins qu'elles libèrent. Ces matières en suspension freinent considérablement l'activité photosynthétique des algues et empêchent l'oxygénation des eaux. Elles conduisent, en outre, les fabricants d'eau à utiliser davantage de floculants (sulfate d'alumine) et à nettoyer plus souvent leurs filtres, trop vite colmatés.

Les matières organiques : les matières organiques dont il est question sont des matières organiques mortes (nécromasse). Bien souvent, il s'agit de matières organiques d'origine fécale. Normalement, les matières organiques sont oxydées par l'activité des microorganismes aérobies présents naturellement dans les eaux. C'est ce que l'on appelle l'autoépuration. Mais cette dégradation consomme de l'oxygène dont on sait qu'il n'est jamais dissous en grande quantité dans les eaux, ni facilement remplacé. Au-delà d'une certaine quantité, les matières organiques entraînent une désoxygénation partielle ou totale des eaux, d'abord préjudiciable à la vie aquatique, puis, dans un second temps, favorisant des organismes anaérobies peu compatibles avec la bonne santé des utilisateurs de ces eaux.

Les substances azotées et phosphorées : l'apparition de ces substances est directement liée à la dégradation des matières organiques, surtout d'origine fécale. Les protéines et l'urée sont d'abord transformées en ammoniaque. Celle-ci donne des nitrites et des nitrates (voir cycle de l'azote).

Les nitrates et les phosphates stimulent la croissance et la reproduction des végétaux aquatiques, particulièrement les algues du plancton et du benthon qui se mettent à proliférer (eutrophisation).

La mort, souvent brutale de cette masse planctonique, est suivie d'une forte désoxygénation des eaux (dystrophisation ).

En outre, l'ammoniaque rend plus difficile la potabilisation des eaux ; les nitrates sont déclarés toxiques quand leur taux dépasse 50 mg/l et les nitrites sont toxiques pour les animaux poïkilothermes (poissons, mollusques, crustacés et insectes aquatiques). Parmi les autres paramètres mesurés, on peut citer la température (facteur essentiel pour l'oxygénation, mais aussi facteur favorisant la pénétration et la survie d'espèces indésirables dans les écosystèmes aquatiques; le pH (idéalement, l'acidité d'une eau doit être à un point, un point et demi, au-dessus du pH des sols qu'elle traverse, si ces sols sont siliceux et au même pH, si les sols sont calcaires) ; les sels dissous ; la conductivité, le pH ; l'oxygène dissous ; les métaux lourds ; les micropolluants organiques (pesticides, PCB, HAP, etc.).

Les paramètres biologiques sont le plus souvent associés à des indicateurs biologiques ou bio indicateurs. Parmi les indices les plus couramment utilisés, on peut citer l'indice biotique, maintenant remplacé par l'indice biologique global normalisé (IBGN), l'indice diatomées, l'indice oligochètes, l'indice poissons, l'indice macrophytes ou l'indice oiseaux.

Les paramètres microbiologiques portent essentiellement sur la qualité du phytoplancton et sur la présence ou non de bactéries indésirables ou de bactéries témoins de la présence de ces bactéries indésirables ou pathogènes. Bactérie. La qualité des eaux dépend essentiellement de la présence de la bactérie Escherichia coli, témoin d'une contamination fécale.

Définition des altérations pour les eaux de surface

Altérations Paramètres décrivant l'altération

Matières Organiques et Oxydables (consomment l'oxygène de l'eau)

oxygène dissous ; taux de saturation en oxygène ; demande biologique en oxygène sur 5 jours (DBO5) ; demande chimique en oxygène (DCO) ; carbone organique dissous (COD) ; ammonium (NH4+) ; azote Kjeldahl (NKJ)

Matières azotées (hors nitrates) (contribuent à la prolifération d'algues)

Ammonium (NH4+) ; azote Kjeldahl (NKJ) ; nitrites (NO2-)

Nitrates (gênent la production d'eau potable)

Nitrates (NO3-)

Matières phosphorées (provoquent la prolifération d'algues)

Phosphore total ; orthophosphates (PO43-)

Particules en suspension (troublent l'eau et gênent la pénétration de la lumière)

Turbidité ; matières en suspension ; transparence

Couleur Couleur

Température (trop élevée, elle perturbe la vie des poissons)

Température

Micro-organismes (gênent la production d'eau potable et la baignade)

Coliformes thermotolérants ; streptocoques fécaux ; coliformes totaux

Minéralisation (modifie la salinité de l'eau)

Conductivité ; chlorures ; sulfates ; calcium ; magnésium ; sodium ; potassium ; dureté ; TA ; TAC

Acidification (perturbe la vie aquatique)

pH ; Aluminium

Phytoplancton (trouble l'eau et fait varier l'oxygène et l'acidité ; gêne la production d'eau potable)

Chlorophylle a + phéopigments ; pH ; taux de saturation en O2

Micropolluants minéraux (sont toxiques pour les êtres vivants et les poissons en particulier ; gênent la production d'eau potable).

Arsenic ; cadmium ; chrome total ; cyanures ; nickel ; mercure ; cuivre ; plomb ; zinc

Métaux sur bryophytes (indicateurs d'une pollution de l'eau par les métaux)

Arsenic ; cadmium ; chrome ; nickel ; mercure ; cuivre ; plomb ; zinc

Pesticides sur eau brute (sont toxiques pour les êtres vivants et les poissons en particulier ; gênent la production d'eau potable).

Total pesticides ; linuron ; isoproturon ; carbendazine ; lindane ; diuron ; chlordane ; simazine ; atrazine... (36 substances)*

Micropolluants organiques sur eau brute, hors pesticides (sont toxiques pour les êtres vivants et les poissons en particulier ; gênent la production d'eau potable).

HAP ; PCB... (63 substances)*

TRAVAIL PRATIQUE AU LABORATOIRE

T A M I S A G E, T R I E T D É T E R M I N A T I O N DES MACRO–INVERTÉBRÉS BENTHIQUES

Au laboratoire, les échantillons formolés sont stockés en attendant d’être traités. Ils sont alors triés (extraction des macro-invertébrés dispersés parmi les éléments minéraux ou organiques), puis déterminés afin de pouvoir calculer l’indice de qualité des eaux.

1. Tamisage : faciliter le tri en fractionnant le prélèvement

Le contenu du prélèvement est préalablement filtré sous hotte à travers un tamis de maille 350 µm afin de récupérer le jus formolé. Celui-ci est conservé dans une bonbonne puis éliminé par une société spécialisée dans le traitement des déchets toxiques. On procède par la suite par la séparation des éléments grossiers des plus fins

Le prélèvement est ensuite fractionné sur une colonne de 3 tamis (mailles 5 mm, 1 mm, 0.5 mm). On peut également pratiquer en parallèle une méthode de séparation par flottaison au sucre, qui contribue à améliorer l’efficacité du tri. Le prélèvement est ensuite fractionné sur une colonne de 3 tamis (mailles 5 mm, 1 mm, 0.5 mm). Méthode de flottaison au sucre

Le principe général repose sur la différence de densité entre les macro-invertébrés et le reste des éléments minéraux ou organiques parmi lesquels ils sont dispersés. Lorsque le prélèvement est plongé dans une solution d’eau sucrée, les macro-invertébrés flottent à la surface, tandis que les autres éléments plus lourds sédimentent au fond de la cuvette. Il suffit alors de récolter le surnageant pour obtenir la quasi-totalité des organismes dans un volume plus restreint à trier. Cela ne dispense pas l’opérateur de vérifier la totalité du prélèvement car certains organismes sédimentent également lors de la flottaison mais cela s’effectue de manière plus rapide à l’aide d’une petite épuisette.

Pour la technique de flottaison, sont utilisés : Un sirop de sucre : dissoudre approximativement 1 kg de sucre dans 450 ml d’eau. Porter à ébullition pour dissoudre (environ10 min si la plaque chauffante est réglée sur 300°), et le retirer dès que l’ébullition commence (éviter de faire du caramel !). Une solution sucrée réalisée à partir d’une dilution du sirop de sucre, d’une densité de 1,15 environ. 2. Tri : extraire les macro-invertébrés du substrat prélevé Cette opération consiste à extraire la faune du substrat contenu dans l'échantillon. Le tri s’effectue dans une cuvette de tri à fond quadrillé, à l’aide d’une loupe ou de lunettes grossissantes.

Les macro-invertébrés sont extraits à l’aide de pinces puis répartis dans des piluliers selon leur taxonomie.

3. Détermination : identifier les taxons Les taxons triés sont identifiés selon le niveau de précision requis (famille ou genre) à l’aide d’une loupe binoculaire et de clés de détermination et l’aide des formateurs. Les invertébrés sont systématiquement comptés sauf lorsque le nombre d’individus d’un même taxon dépasse largement 50, au delà il est possible de les estimer.

Macroinvertébrés d'eau douce

La page ci-dessous offre les illustrations de quelques organismes invertébrés que l'on rencontre fréquemment dans ou au bord des eaux douces et que l'on pourra peut-être ainsi reconnaître. Attention, les dessins ne sont pas du tout à la même échelle.

RESULTATS : UN INDICE DE QUALITE A partir de la liste de taxons obtenus, un indice de qualité peut être calculé, telle la note d’Indice Biologique Global Normalisé (IBGN). L’IBGN est calculé à partir de la variété taxonomique (nombre de taxons) du prélèvement et de son groupe faunistique indicateur (GI). Le GI correspond au taxon le plus sensible à la pollution. Illustration de l’impact de la pollution sur la note d’indice IBGN : - un exemple sur la station de prélèvement dans la Moulouya où une variété importante et des taxons très sensibles, ce qui illustre bien la bonne qualité générale du cours d’eau. - un exemple de station du cours d’eau dégradé qui ne comporte que peu de taxons et ceux-ci ne sont pas sensibles à la pollution.

INDICE BIOTIQUE

Aselle (Asellus aquaticus)

Une espèce détritivore fréquente dans les eaux riches en matières organiques

L'indice biotique selon Verneaux et Tuffery (1967) est déterminé à partir de 7 groupes faunistiques

Ces groupes faunistiques sont :

1) Plécoptères et Ecdyonuridés

2) Trichoptères

3) Ancylidés et Éphéméroptères sauf Ecdyonuridés

4) Gammaridés, Physes, Aphelocheirus (Hémiptères) et Odonates

5) Aselles, Sphæridés, Sangsues et Hémiptères sauf Aphelocheirus

6) Tubifex, Chironomidés

7) Éristales

L'analyse hydrobiologique consiste à inventorier les invertébrés aquatiques benthiques prélevés dans leur habitat naturel à la station considérée.

La prise en considération dans l'inventaire du degré de pollution des eaux superficielles de la diversité et des caractéristiques biologiques des organismes récoltés, au moyen d'un tableau standard à double entrée (groupes faunistiques et nombre d'unités systématiques) et ce pour les deux faciès (lotique - courant et lentique - stagnant), permet d'attribuer une note globale et synthétique comprise entre 0 et 10 dite indice biotique, indice pour chaque faciès et indice biotique moyen représentatif de la qualité biologique du cours d'eau au niveau de la station.

D'une manière très simplifiée, l'observation de macro-invertébrés appartenant principalement aux trois premiers groupes indique un cours d'eau de très bonne qualité à qualité moyenne. L'observation de macro-invertébrés appartenant principalement aux quatre derniers groupes suggère un cours d'eau de qualité moyenne, médiocre ou très mauvaise.

Cet indice, comme d'ailleurs l'indice biologique global normalisé qui le remplace maintenant, s'ils permettent une bonne approche de la qualité des eaux dans les cours d'eau, présentent aussi quelques limites. L'une de ces limites est qu'ils privilégient le fait que les ruisseaux de montagne ou les cours supérieurs des ruisseaux de plaine seraient de meilleure qualité que les ruisseaux de plaine ou que les cours inférieurs des ruisseaux de plaine. Ce qui n'est pas nécessairement faux, mais cela mériterait d'être apprécié, ne serait-ce qu'au regard des matières organiques, davantage présentes dans les cours d'eau lents ou dans les parties lentes des cours d'eau rapides et dont on ne peut pas dire qu'elles soient fatalement synonymes de pollution ou de mauvaise qualité, ce que suggéreraient les groupes faunistiques qu'on y prélève généralement.

Détermination des US

Grille de détermination d'un indice biotique

NATURE DES GROUPES FAUNISTIQUES classés par ordre de sensibilité décroissante à la pollution

NOMBRE D'UNITES SYSTEMATIQUES

DANS L'ECHANTILLON

Classe de

qualité Pour legroupele plus

sensible

NOMBRE TOTAL

12-5

6-10

11-

15

16 et plus

VALEUR DE L'INDICE

1 7 8 9 10

1A 1 5 6 7 8 9

1 6 7 8 9

1 5 5 6 7 8

2 5 6 7 8

1B

2 3 4 5 6 7

3 4 5 6 7

2 3 4 5 2

1 2 3 3

0 1 1 Hors classe

Source : Verneaux J. & Tuffery G. (1967)

Une méthode zoologique pratique de détermination de la qualité des eaux courantes.

Indices biotiques, Ann. Sci. Univ. Besançon, Zool., 2, pp 79-89.

Tableau standard de détermination des indices biotiques (méthode Tuffery et Verneaux)

Groupes faunistiques * U.S.: Unités systématiques

Indice Biotique Nombre total des unités systématiques

présentes

0 – 1 U.S.

2 – 5 U.S.

6 – 10 U.S.

11 – 15 U.S.

16 et + U.S.

Plus de 1 U.S.* - 7 8 9 10

1 seul U.S.* 5 6 7 8 9

Plus de 1 U.S.* - 6 7 8 9

1 seul U.S.* 5 5 6 7 8

Plus de 2 U.S.* - 5 6 7 8

2 ou moins de 2 U.S.* 3 4 5 6 7

Toutes les U.S.* ci-

dessus absentes 3 4 5 6 7

Toutes les U.S.* ci-dessus absentes

2 3 4 5 -

Toutes les U.S.* ci-dessus absentes

1 2 3 - -

Toutes les U.S.* ci-dessus absentes

0 1 1 - -

Indice Biologique Global Normalisé (IBGN)

La détermination de l'indice biologique global normalisé (IBGN) a été normalisée en 1992 (Norme NF T 90-350).

L'indice biologique global normalisé complète l'ancien indice biotique, mis au point et proposé par Verneaux et Tuffery (1967) et normalisé en 1985. Il s'agit toujours d'une méthode d'évaluation de la qualité générale d'un cours d'eau à partir de la présence ou non de certains macro-invertébrés benthiques capturés au moyen d'un engin (troubleau ou surber) de taille définie (1/20 m2), au maillage de 500 microns et dans des conditions d'échantillonnage telles que tous les habitats d'un cours d'eau soient prospectés au mieux (nature du support, vitesse du courant, etc.). La détermination de l'IBGN est basée sur l'appartenance des macro-invertébrés à des unités taxonomiques susceptibles d'être identifiées par des non spécialistes de la faune aquatique. Le plus souvent, l'unité taxonomique retenue est la famille, sinon, pour les macro-invertébrés pour lesquels une détermination plus fine s'avérerait difficile ou peu fiable, c'est l'embranchement ou la classe.

138 taxons sont retenus pour participer à l'évaluation de la diversité totale du cours d'eau (VT ou variété totale). 38 taxons sont retenus comme indicateurs et sont répartis en 9 groupes faunistiques indicateurs (GI).

L'IBGN est calculé à partir, d'une part, de la classe de variété et d'autre part, en fonction du rang du groupe faunistique indicateur.

IBGN > 17 16 - 13 12 - 9 8 - 5 < 4

Qualité Excellente Bonne Passable Médiocre Mauvaise

Code couleur (cartographie)

Bleu Vert Jaune Orangé Rouge

Bien que la détermination de l'IBGN soit suffisamment simplifiée pour qu'elle puisse être conduite par des non spécialistes et même, sans grande difficulté, par des enfants dès le collège, l'interprétation de l'indice n'est pas toujours aussi simple que ce que le nombre obtenu suggère de la qualité d'un cours d'eau. Sans entrer dans les détails, on peut obtenir un même IBGN dans des cours d'eau où la biodiversité faunistique est réduite, mais où les eaux sont d'excellentes qualité et dans un cours d'eau où les eaux sont de qualité moyenne à médiocre, mais où la biodiversité est grande. L'indice IBGN, comme n'importe quel autre indice, n'est intéressant qu'en terme de suivi de l'évolution de la qualité d'un ruisseau.

ANALYSE DE LA BIODIVERSITE

I - La notion d’écosystème

Le terme d'écosystème a été proposé par le botaniste anglais George TANSLEY en 1935. L’écosystème est l’unité fonctionnelle de base en écologie puisqu’elle inclut à la fois les êtres vivants et le milieu dans lequel ils vivent avec toutes les interactions complexes entre les organismes et le milieu et les organismes entre eux.

Écosystème = biotope + biocénose - Le biotope : c’est la partie non vivante, cadre de l’écosystème ou agissent les facteurs abiotiques, qui déterminent les caractéristiques physico-chimiques du milieu (température, humidité, lumière, oxygène, sels minéraux, etc.). - La biocénose : c’est la partie vivante, constituée par un ensemble d’espèces végétales et animales. Le terme d’écosystème peut être appliqué à des biocénoses et des biotopes d’extension très variables. On pourra distinguer ainsi :

- des microécosystèmes, comme un tronc d’arbre mort ; - des mésoécosystèmes, comme une forêt, un étang ;

- des macroécosystèmes, comme l’océan. La zone de transition entre deux écosystèmes est connue sous le nom d’écotone, exemple : la zone située entre un lac et une forêt. II. Les études écologiques

Elles portent sur trois niveaux : l’individu (spécimen d’une espèce), la population et la biocénose. - L’espèce est l’unité minimale de l’écosystème qui regroupe tous les individus interféconds qui se ressemblent entre eux autant qu’ils ressemblent à leurs parents. Tous les individus d’une même espèce auraient les mêmes capacités de résistance à des conditions environnementales. Par exemple l’espèce truite Fario ne peut pas supporter bien longtemps des températures supérieures à 18°C alors que l’espèce truite arc-en-ciel peut supporter une température jusqu’à 24°C. La valence écologique représente l’étendue des variations des facteurs de l’environnement auxquelles une espèce peut survivre à long terme. Il en résulte que l’espèce est indicatrice d’une situation écologique particulière. Certaines espèces supportent de grandes variations (thermiques eurythermes, salines euryhalines) ou aucune variations (sténothermes…). - La population est un ensemble des individus d’une même espèce occupant un même milieu. Tous les individus d’une même population vont avoir la même niche écologique c’est-à-dire qu’ils vont avoir la même fonction dans l’écosystème (alimentation, reproduction, concurrents, ennemis…) et donc occuper une position en masse dans le fonctionnement de ce même écosystème (liaisons organismes écosystèmes). On parlera de la niche des herbivores. La niche ne doit pas être

confondue avec l’habitat qui est le lieu biologique où positionne la population dans l’écosystème. L’habitat en raison des ressources alimentaires qu’il contient peut être définie par une capacité de support qui permet d’accueillir une biomasse maximale d’une population ou d’un peuplement. Par exemple dans un écosystème littoral se trouve l’habitat des herbiers où se trouvent réunies de nombreuses populations de crustacés, poissons, mollusques. En fait l’habitat d’une espèce est son adresse, la niche écologique sa profession. L’ensemble des populations d’un même milieu constitue la biocénose. On a reconnu jusqu’ici deux entités biologiques fondamentales la population et la biocénose. Il est rare de pouvoir étudier une biocénose complète, population par population. Généralement on délimite des ensembles plurispécifiques plus restreints qu’on appelle peuplement. - Le peuplement est un ensemble d’individus appartenant à plusieurs espèces, souvent limité à un ou plusieurs groupes taxonomiques, et provenant d’un même milieu. Exemple : les Poissons ou les Invertébrés d’une rivière ou d’un lac. III- Les caractéristiques de la biocénose

La biocénose est analysée par un ensemble de paramètres notamment : la richesse, l’abondance, la fréquence, la densité, la diversité, l’équitabilité, l’indice biotique etc. 1-La richesse spécifique ou richesse taxonomique. 1-1.Definition.

On appelle richesse d’un peuplement ou d’un écosystème est le nombre d’espèces ou de taxons (niveau genre, famille etc.). 1-2. Signification et interprétation de la richesse.

Le principe général de la signification de la richesse spécifique est que le milieu exerce une sélection vis-à-vis des taxons qu’il peut accueillir. Cette sélection s’exerce à deux niveaux. Au niveau écophysiologique de la tolérance ou de l’adaptation des organismes aux facteurs de l’environnement.

On prend par exemple une lagune située en bordure de mer qui est un écosystème soumis, en fonction des conditions climatiques d’une part et des relations hydrodynamique avec la mer d’autres part, à de fortes variations de température et de salinité. Seules un petit nombre d’espèces eurythermes, euryhalines pourront s’adapter à de telles conditions très variables de l’environnement aquatique. L’écosystème aura globalement, par nature, une richesse spécifique peu élevée. On prend comme autre exemple un milieu marin, comme un écosystème récifal où les conditions climatiques sont homogènes, la température, la transparence des eaux, la salinité varient peu au cours du cycle saisonnier. Les espèces de

l’écosystème précédant n’auront aucune difficulté physiologique d’adaptation. D’autres espèces moins tolérantes sténothermes, sténohalines pourront elles aussi coloniser cet écosystème qui sera par définition plus accueillant que le précédent. Il pourra abriter un plus grand nombre de taxons et aura donc une richesse spécifique plus élevée que l’écosystème précédent. Au niveau de la productivité de l’écosystème. Un milieu ayant une productivité plus élevée aurait également une plus grande richesse 1-3. Evolution de la richesse.

La richesse subit des variations dans le temps (fluctuations saisonnières, annuelles ou accidentelles) et dans l’espace.

Le nombre d’espèces présentes dans une aire déterminée varie beaucoup en fonction de la situation géographique. L’accroissement du nombre d’espèces est particulièrement important quand on se déplace depuis les régions arctiques jusqu’aux régions tropicales. 2- L’abondance absolue.

Elle correspond au nombre d’individus par unité de surface ou de volume. Elle subit des variations dans le temps (fluctuations saisonnières, annuelles ou accidentelles) et dans l’espace. Il n’est pas toujours facile d’évaluer exactement l’abondance des espèces ; souvent on se contente d’établir des catégories d’après des estimations plus ou moins précises, et on adoptent des classes d’abondances comme par exemple : 0, absent ; 1, rare ; 2, peu abondant ; 3, abondant ; 4, très abondant. 3- L’abondance relative.

L’abondance relative d’un groupe, ou d’une espèce, est le nombre d’individus

de ce groupe, ou de cette espèce, par rapport au nombre total d’individus. La valeur est donnée en pourcentage :

Abr = Na/N x 100 dans lequel Na est le nombre d’individus de l’espèce a et N le nombre total d’individus récoltés. Elle exprime l’influence exercée par une espèce ou par un groupe dans le peuplement. 4- La fréquence. La fréquence est le rapport exprimé en %, du nombre de relevés ou une espèce est présente sur le nombre total de relevés effectués. F = Pa/P x 100

dans lequel Pa est le nombre de prélèvements ou se trouve l’espèce a et P le nombre total de prélèvements. En fonction de la valeur de F on distingue les catégories suivantes : - Des espèces constantes présentes dans plus de 50 % des relevés. - Des espèces accessoires présentes dans 25 à 50 à % des relevés. - Des espèces accidentelles présentes dans moins de 25 % des relevés 5- La diversité spécifique. La richesse spécifique, contrairement à la diversité ne prend pas en compte l’abondance de chaque espèce. Un peuplement plus riche qu’une autre n’est pas nécessairement plus diversifié. La mesure de la richesse spécifique est jugée insuffisante puisqu’elle ne permet pas de différencier des peuplements qui comporteraient un même nombre d’espèces mais avec des fréquences relatives très différentes. On conçoit qu’un peuplement de 10 espèces toutes communes ne puisse être assimilé à un autre, riche de 10 espèces également mais dont 9 seraient très rares. Le premier paraît plus diversifié que le second : il a une diversité spécifique plus élevée. Cette diversité est mesurée par l’indice de SHANNON. L’indice de diversité de SHANNON présente l’avantage de traduire la manière dont le peuplement est organisé. Il est donné par la formule : Ish = 3,322 (log Q –1/Q Somme qi log qi). Q = nombre total d’individus qi = nombre d’individus de chaque espèce ou taxon Un peuplement est diversifié (Ish élevé), lorsque : - sa richesse spécifique est élevée, - la répartition des individus entre les espèces est bien équilibrée, c’est-à-dire le peuplement ne présente pas d’espèces dominantes en effectif. Inversement, lorsque dans un peuplement quelques espèces sont largement dominantes par rapport aux autres, Ish est faible donc le peuplement est peu diversifié. 6- L’équitabilité. L’équitabilité est le rapport, exprimé en % de la diversité réelle sur la diversité maximale. E = Ish / Ish max ou Ish max = 3,322 log S. S = nombre total d’espèces Plus la valeur de l’équitabilité est élevée, plus la répartition des individus entre les espèces est équilibrée, plus le peuplement est bien structuré et stable. La comparaison d’un peuplement à l’autre se fait souvent par l’intermédiaire de l’équitabilité.

PLANCHES PEDAGOGIQUES

Saprobies Les saprobies désignent des associations d'organismes aquatiques dulçaquicoles vivant dans des eaux plus ou moins riches en matières organiques

L'origine des matières organiques pouvant être exogène, par exemple, des rejets liés à des activités humaines, on associe souvent matières organiques et pollution organique.

Des méthodes inspirées des mesures d'indice biotique ont été proposées pour caractériser des eaux et leur charge en matières organiques ou pollution. C'est ainsi que l'on a proposé des classements des espèces aquatiques (principalement invertébrées) en :

xénosaprobe, espèce pas du tout polluorésistante ;

oligosaprobe, espèce faiblement polluorésistante ;

bêta mésosaprobe, espèce relativement polluorésistante ;

alpha mésosaprobe, espèce polluorésistante ;

polysaprobe, espèce très polluorésistante

Espèces xénosaprobes

Espèces oligosaprobes à bêta mésosaprobes

Espèces alpha mésosaprobes à polysaprobes

Évolution de divers paramètres

Oxygène dissous O2 - Nitrates NO3 - DBO5 - Ammoniac NH4

Depuis un émissaire d'égout (rejet de matières organiques oxydables) En fonction de la distance vers l'aval

Évolution de divers organismes

Bactéries - Champignons saprophytes - Protozoaires - Algues filamenteuses et unicellulaires

Depuis un émissaire d'égout (rejet de matières organiques oxydables) En fonction de la distance vers l'aval.

Évolution de diverses espèces animales:

Tubifex - Chironomes - Aselles En lieu et place de la faune normale

Depuis un émissaire d'égout (rejet de matières organiques oxydables) En fonction de la distance vers l'aval.

Voir également La qualité d'un cours d'eau / Saprobies http://www.beaulieu.dfj.vd.ch/globe_eau.html Bio-indication et système saprobie http://www.beaulieu.dfj.vd.ch/globe_eau_des.html EFFETS DES CONTAMINANTS SUR LA STRUCTURE DES COMMUNAUTÉS http://www3.uqar.uquebec.ca/jpellerin/seme/18_effets_communautes/effets_communautes.htm Saprobies http://hse.iut.u-bordeaux1.fr/lesbats/tpdbo/autoepuriut/indexsap.htm Qualité des eaux, cours de microbiologie sur le site www.univ-ubs.fr/iutlo/hse/davoust/davoust.html).