Communautés de microorganismes et d'invertébrés et contamination du sédiment dans les rivières

Les sédiments de deux cours d'eau, l'Ardières et le Tillet, renferment de multiples contaminants. Les PCB, notamment, affectent clairement les communautés d'oligochètes. En revanche, l'effet de la pollution sur les communautés microbiennes est plus difficilement identifiable car ces dernières sont influencées par une multitude de facteurs environnementaux.

Pour comprendre les effets de la pollution sur les milieux aquatiques, il est particulièrement intéressant d'étudier les communautés d'organismes vivants : elles sont en effet intégratrices d'une multitude de facteurs écologiques et attestent de l'impact des perturbations sur l'ensemble de l'écosystème. Nous ne pouvons cependant décrypter ces effets à l'échelle de l'écosystème que si nous connaissons la relation entre la pollution chimique et l'état des communautés. Les communautés vivant dans le sédiment sont alors particulièrement intéressantes : ce compartiment écologique est en effet habité par une multitude d'organismes essentiels au bon fonctionnement écologique des lacs et des cours d'eau. Or, bien qu'il soit établi que de nombreux contaminants organiques et métalliques s'accumulent dans les sédiments, ce compartiment reste encore insuffisamment pris en compte dans l'appréciation de la qualité des milieux aquatiques.

Des scientifiques de l’institut français de recherche INRAE, de l'Université Savoie Mont blanc et du Centre Ecotox ont comparé plusieurs méthodes pour mettre en évidence l'influence des contaminants sur les communautés du sédiment. Ils ont choisi pour cela d'étudier l'Ardières et le Tillet, deux rivières françaises qui sont respectivement situées dans une zone viticole et une zone urbaine et qui présentent un gradient de pollution.

De nombreux paramètres relevés pour caractériser les communautés

La présence de polluants dans un milieu peut entraîner la disparition d'espèces sensibles, ce qui modifie la composition de la communauté et augmente sa tolérance à la pollution. Mais les polluants peuvent également agir sur la fonctionnalité ou les activités de la communauté, dont certaines, telles que les activités métaboliques ou la dégradation de la matière organique, sont mesurables.

Dans ce projet, les scientifiques ont étudié les communautés de bactéries (et archées) et d'invertébrés des sédiments de l'Ardières et du Tillet à l'aide de plusieurs méthodes. L'abondance, la sensibilité et la composition des espèces d'oligochètes ont ainsi été décrites à travers l'indice oligochètes de bioindication des sédiments (IOBS). Ensuite, différentes méthodes ont été employées pour caractériser les communautés microbiennes : la structure et la diversité des communautés ont été déterminées par la méthode d'empreinte moléculaire et le séquençage de fragments d'ADN ; leur tolérance vis-à-vis des métaux a été évaluée par l'approche PICT (Pollution Induced Community Tolerance) – cette méthode permet d'estimer si un polluant donné cause la disparition d'espèces sensibles et accroît donc la tolérance de la communauté ; l'activité biologique des bactéries a été évaluée par la mesure d'activités enzymatiques impliquées dans l’utilisation de différentes sources énergétiques, de la respiration, de la dénitrification et de la méthanogenèse. Enfin, la dégradation de la matière organique a été mesurée directement dans les sédiments en utilisant des substrats nutritifs artificiels présentés sous forme de bâtonnets (bait lamina) et ou de pastilles. Parallèlement à ces approches biologiques, les scientifiques ont analysé des échantillons de sédiment, de matières en suspension et d'eau de surface : ils ont recherché au total 79 polluants différents dont 7 polychlorobiphényles (PCB), 15 hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), 10 métaux, 24 pesticides et 23 substances pharmaceutiques.

Des profils de contamination complexes dans les sédiments

« Les analyses ont révélé la présence de nombreux polluants dans les deux rivières. Même les stations de prélèvement situées les plus en amont affichaient une certaine contamination, alors que nous n'en attendions pas sur ces sites », indique Benoît Ferrari.

Dans l'Ardières, les scientifiques ont observé des teneurs accrues en cuivre et en HAP dans les sédiments. Cette rivière traverse une région viticole dans laquelle le cuivre est souvent utilisé en traitement phytosanitaire. En parallèle, les échantillons d'eau présentaient des teneurs élevées en pesticides organiques. En aval de la bourgade de Beaujeu, la rivière présentait par ailleurs des concentrations notables de composés pharmaceutiques. Dans le Tillet, les sédiments étaient contaminés par des HAP, des PCB et des métaux, en particulier au niveau du port situé à l'embouchure de la rivière. Les PCB proviennent d'une activité industrielle historique dans le bassin versant dont les effets sont encore nettement visibles malgré la décontamination partielle du site et du cours d'eau. En aval de la ville d'Aix-les-Bains, l'eau du Tillet présentait des teneurs importantes en médicaments. Dans les deux rivières, les matières en suspension affichaient des concentrations élevées de métaux, d'HAP et, dans une moindre mesure, de PCB. Il apparaît donc que les matières en suspension sont en mesure de participer au transport de la charge polluante.

L'indice oligochètes et la tolérance bactérienne, indicateurs de l'action des polluants

Certaines méthodes indiquaient clairement un impact des polluants, mais, bien souvent, la relation entre charge polluante et composition des communautés s'avérait complexe. Ainsi, l'IOBS reflétait fidèlement le degré de contamination des sédiments par les PCB, les HAP et les métaux. De même, la méthode PICT a attesté d'une progression de la tolérance au cuivre en relation avec la pollution de l'Ardières par ce métal dans la communauté microbienne vivant à la surface sur des cailloux ou rochers (périphyton).

Forte influence d'autres facteurs environnementaux

Avec les autres méthodes, il s'est avéré plus difficile d'établir une corrélation entre la pollution et les effets écotoxicologiques. « Il est évident que les communautés du sédiment ne sont pas uniquement influencées par la présence de polluants », commente Benoît Ferrari. Les conditions physicochimiques varient d'un cours d'eau à l'autre et cela a un effet sur la biocénose. Certains de ces paramètres comme la finesse du sédiment, sa teneur en matière organique et en nutriments (et en particulier en phosphore) et la température de l'eau, vont influencer par exemple les activités enzymatiques et la dégradation de la matière organique et la densité des oligochètes. Ainsi, le poids relatif de la contamination sur certains indicateurs fonctionnels utilisés dans cette étude semblait faible, voir nulle, au regards de l’ensemble des variables environnementales étudiées. « Cela montre à quel point il est difficile d'établir, sur le terrain, une relation spécifique entre une exposition à des polluants et des effets sur les communautés d'être vivants », commente Stéphane Pesce.

Besoin de seuils de référence

Mais même si la pollution n'a pas clairement perturbé l'activité bactérienne et la dégradation de la matière organique, cela ne signifie pas qu'elle n'a aucun effet sur la fonctionnalité des communautés du sédiment. « Nous devons absolument déterminer des seuils de référence pour une série de sédiments non contaminés présentant des propriétés physicochimiques différentes. Cela faciliterait grandement l'interprétation des données en situation de pollution. » précise Stéphane Pesce. De tels seuils permettraient en effet de prédire dans les sédiments superficiels des plages fonctionnelles « normales » pour un contexte physico-chimique donné et, ainsi, de mieux identifier les effets écotoxicologiques éventuels des polluants. Une telle approche exige des études de terrain d'envergure comme celles ayant permis de mettre en place l'indice Macroinvertébrés.

Cette étude a montré qu’il était important de combiner plusieurs méthodes d'évaluation de la contamination des sédiments pour comprendre la relation entre l'exposition des communautés et leurs caractéristiques structurelles et fonctionnelles. Car c'est à cette seule condition qu'il sera possible de comprendre les effets écotoxicologiques sur les communautés et leurs conséquences sur la qualité de l'écosystème.

Plus d'infos

Pesce, S., Lyautey, E., Naffrechoux, E., Ferrari, B., Dabrin, A., Margoum, C., Miège, C., Masson, M., Vivien, R., Bonnineau, C. (2019) Pression chimique et impacts écologiques : Distribution des contaminants et réponse des communautés de microorganismes et d'invertébrés dans les sédiments de l’Ardières et du Tillet (CommuSED).

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Stéphane Pesce Envoyez un message