Biomonitoring: Les Bioindicateurs

Méthodes d’études écotoxicologiques 

Biomonitoring

I-  Bioindicateurs : 

  1-  Bio-indicateurs d ’effets écologiques de polluants :

 Sp. sentinelle =>  Indices Biologiques (IB)

Espèces pollusensibles => Disparition

  ou

Espèces Polluresistantes => Progression 

 

Exemple:

Indice Biotique Global Normalisé  (IBGN)

Objectifs:

• Evaluer  la qualité biologique générale d’un cours d’eau;

• Suivi  spatio-temporel  de l'évolution de la qualité biologique d'un site;

• Détecter et évaluer l'effet d'une perturbation (rejet / exp.) d’un cours d’eau / Rejet à dominante organique, métallique ou MES  &  Eutrophisation

• Classification des cours d’eau

Milieux concernés:

Tous les cours d'eau pour lesquels :

– la profondeur n'excède pas  1 m (peu profond);

– la vitesse du courant n'est pas excessive;

        =>  échantillons / l'ensemble des habitats.

– la turbidité de l'eau n'empêche pas de visualiser les supports. 

Principe:

Étude des macro-invertébrés  benthiques

=> Identification et quantification des espèces en fonction de leur sensibilité aux polluants.

Échantillonnage (AFNOR, 1992)

 - Choix  St.  "représentative"  cours d'eau  fc. objectif

- 8 St. Amont-Avale/Rejet dont 2 St. Am./Av. Comparables

- Prélèvements dans  des habitats semblables  sur 1/20 m2

- L = 10 x largeur lit mouillé 

Conditions de prélèvement

  - Débit  stabilisé  dp.  au moins 10-15 j.

   - 15 j minimum après la crue ou le tarissement d'un cours d'eau 

        => Période préconisée: Basses eaux estivo-automnales 

        => Conc. polluants maximale,  T°  >>,   Perturbations hydrauliques  << 

              & Conditions de Prélèvement  Bonnes.

IBGN établi à partir du tableau de détermination comprenant

en ordonnée les 9 groupes faunistiques indicateurs

&

en abscisse les 14 classes de variété taxonomique

=> On détermine successivement :

a- Variété taxonomique de l'échantillon (St)  =  Nombre total de taxons récoltés (mm 1 ind.)

b- Groupe faunistique indicateur (GI)

  Seul pris en compte : taxons représentés / au moins 3 ou 10 ind. selon les taxons.

Détermination de l'indice  IBGN

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

  Excellent       Bonne        Passable    Mediocre     Mauvaise

= Indice  interprétée en fonction des caractéristiques de l’écosystème

Interprétation (Oxygène dissous, DCO, DBO MES):

en fonction des caractéristiques de l’écosystème

IBGN

Avantage:

·        Outil intégratif.

·        Nombreuses espèces bio-indicatrices.

·        Répartition dans l'ensemble des écosystèmes aquatiques.

·        Relative  stabilité  temps & espace des populations.

·        Invertébrés situés à plusieurs niveaux trophiques de l'écosystème (Consommateurs primaires, secondaires, décomposeurs, etc.).

=> Dt. santé d’un milieu à l’échelle d’un écosystème

Inconvénients:

·         Difficulté d’application à tous les milieux

·        Ne renseigne pas sur la nature des polluants ou les causes exactes

·        Influencé par des facteurs extrinsèques  (Variation saisonnière, …).

  2-  Bio-indicateurs de contamination :

  Espèces Bioaccumulatrice des polluants

              =>  FA,  FC

Sp. Bioindicatrice de la pollution ?

Rouge: Espèces accumulatrices

Bleu: Espèces  indicatrices

Marron : Espèces  exclusives

Exemple d’espèces: 

Milieu aquatique => Macrophytes aquatiques => Mousses aquatiques

Forte aptitude des algues, bryophytes, phanérogames amphibies

ou hydrophytiques à concentrer dans leurs tissus des éléments minéraux et organiques

Corrélation chez 3 sp. de mousses aquatiques : 

Fontinalis,  Amblystegium et Rynchostegium

Mollusques lamellibranches:

a- Excellents indicateurs de contamination des eaux continentales et marines,

b- Caractéristiques favorables à leur emploi comme bioindicateurs

•        caractère sédentaire (organismes sessiles).
•        cycle vital long (plusieurs mois à plusieurs années).
•        échantillonnage qualitatif et quantitatif aisé (taxonomie connue).
•        métabolisme connu.

c- En milieu continental, bivalves de grande tailles à régime microphage filtreur   (Unio, Anodonta, Dreissena)

d- En milieu marin:

•        Moules (Mytilus edulis et M. galloprovincialis) et huîtres (Crassostraea   virginica et C. gigas)
•        Mise en place d’un vaste programme de monitoring de la pollution littorale du Pacifique et de l’Atlantique (IFREMER…)

Concentrations moyennes en PCB dans divers organes de morue Gadus morhua calculées (/ PF, PS, Lipides extractibles   &  Graisses) 

    

Cinétiques de contamination et de décontamination 

( Branchies, Muscle dorsale et Reins) :

Onchorynchus Mykiss

(truite Arc-en-ciel)

Invertébrés terrestre : 

 Annélides oligochètes

Ingèrent 3 fois leur Pc en MO morte mélangée au sol /j

Exp. 1:   Eisenia : sp. référence proposée / OCDE

Tester la contamination des sols en tout produit chimique nouveau

Exp. 2 :  Lombricus  terrestris

Forte bioconcentration des Organochlorés

=> Oniscoïdes : crustacés isopodes (cloportes)

Bons indicateurs des contaminations en métaux lourds (Cd, Pb)

Bioamplification des PCB dans une chaîne trophique arctique

PCB: Diphényles polychlorés
Bioaccumulation dans la chaine alimentaire arctique Fc = 5000000 (Graisses)

Pyramide de concentration dans les réseaux trophiques:

    Pyramide des biomasses                  Pyramides des concentrations
                                                         F>1                     F=1                         F<1
                                               bioamplification       simple transfert         diminution

En milieu terrestre:

Les lichens

 Pollution atmosphérique 

Soufre,  Azote, Métaux radioactifs ou toxiques (Pb), Fongicides

  exp.  aux abords des autoroutes 

Mousses

Excellents bioindicateurs de pollution atmosphérique

Pb   &   Organochlorés)

Vertébrés terrestres

      Oiseaux

Plumage  : Aptitude à accumuler des substances toxiques

Exp. Etude en Suède è  contamination  en milieu rural

Flamands roses   &  Aigrettes de Camargue  Contamination  /  Cd  &  Zn

    Mammifères

Bois des cervidés  è ML  (Cd, Cr, Pb) dans les écosystèmes forestiers

Exp. Chez les Chevreuils  des forêts de Silésie (Pologne)

Pollution /  Centrales thermiques   &  Sidérurgie  

Bioaccumulation : somme des absorptions d'un polluant par voie directe et alimentaire par les espèces animales aquatiques ou terrestres.

Bioconcentration : accroissement direct de concentration d'un polluant lorsqu'il passe de l'eau dans un organisme aquatique, de l'air ou des sols dans les plantes terrestres par pénétration transfoliaire et/ou transradiculaire et dans les animaux terrestres par inhalation.

Bioamplification : Phénomène par lequel une substance naturelle ou un contaminant présent dans biotope connaît un accroissement de sa concentration au fur et à mesure qu'il circule vers les maillons supérieurs d'un réseau trophique.

Facteurs de concentration : rapport de la concentration d'un polluant dans un organisme à sa concentration dans le biotope.

Fc= la concentration du substance dans l'organisme / la concentration du substance dans l'eau ou sol.

Facteur de transfert : rapport de la concentration d'un polluant dans un organisme à sa concentration dans le biotope (>1 lors de bioamplification)

Ft  = la concentration du substance dans l'organisme / la concentration du substance dans l'organisme au niveau inférieur.

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