Diatoms : an ecoregional indicator of nutrients, organic mater and micropollutants pollution

par Frédéric Rimet

Thèse de doctorat en Biodiversité, écologie, environnement

Sous la direction de Isabelle Domaizon.

Le président du jury était Thierry Caquet.

Le jury était composé de Isabelle Domaizon, Soizic Morin.

Les rapporteurs étaient Judit Padisak, Marco Cantonati.


  • Résumé

    Les diatomées sont des microalgues ubiquistes d'une diversité exceptionnelle. Cela en fait de bons indicateurs de la qualité des écosystèmes aquatiques et sont utilisées depuis plus de 50 ans. Depuis l'année 2000, la Directive Cadre Européenne sur l'Eau impose leur utilisation pour évaluer la qualité écologique des cours d'eau. Un cadre typologique doit être utilisé afin de comparer des rivières comparables entre elles, c'est-à-dire des rivières de mêmes régions bioclimatiques, coulant sur les mêmes substrats géologiques et à des altitudes comparables. Différentes classifications écorégionales ont été définies sur la base de ces paramètres. Nous avons montré qu'à une échelle couvrant 4 pays (Espagne, France, Italie, Suisse) et à une régionale (Nord-est de la France), les écorégions et la géologie sont déterminantes pour expliquer les communautés. Les paramètres caractérisant la pollution sont moins importants. Contrairement à certains auteurs, nous n'avons pas observé d'homogénéisation des communautés lorsque le niveau de pollution augmente. D'autre part nous n'avons pas observé de communautés restreintes géographiquement : cela permettrait de rassembler des écorégions distinctes géographiquement mais présentant les mêmes caractéristiques physiques. Les diatomées présentent une diversité spécifique très importante qui peut être un frein à leur utilisation en routine. Nous avons montré qu'en augmentant la précision de détermination (de la subdivision à l'espèce), les performances d'évaluation de la pollution augmentait mais beaucoup moins que le nombre de taxons. Les performances d'évaluation entre le genre et l'espèce sont d'ailleurs proches, alors qu'il y a dix fois plus d'espèce que de genres. Nous avons montré aussi que des métriques simplificatrices (formes de vie, guildes écologiques) permettaient d'évaluer aussi bien le niveau en nutriment que des indices diatomiques basés sur les espèces. Ces métriques apportent des informations supplémentaires en termes de structure de biofilm qui ne sont accessible aux données en espèce. Enfin, la pollution des rivières par les micropolluants devient une préoccupation sociétale croissante. Nous avons émis l'hypothèse que les diatomées pouvaient être de bons candidats pour évaluer la pression en herbicides. Quatre expérimentations de 2 mois ont été réalisées en mésocosmes lotiques. Nous avons montré que les diatomées vivant entourées de matrices polysaccharidiques épaisses étaient plus résistantes aux pesticides dissous. Au contraire les diatomées présentant une surface cellulaire de contact importante avec l'eau étaient défavorisées. Ce type de métrique pourrait être utilisé in situ à plus large échelle. Nous concluons sur l'intérêt d'intégrer ces métriques à la bioindication par les diatomées. Mais également nous soulignons l'importance de croiser la phylogénie et l'écologie pour mieux comprendre quelles pressions environnementales ont forcées les diatomées à s'adapter. Si ces pressions peuvent être reliées à des pressions anthropiques, la bioindication par les diatomées en sera améliorée.

  • Titre traduit

    Les diatomées : un indicateur écorégional de pollution par les nutriments, les matières organiques et micropolluants


  • Résumé

    Diatoms are ubiquitous microalgae of an extreme diversity. This made them good indicators of aquatic ecosystems quality and they are used since 50 years for this purpose. Since year 2000, the European Water Framework Directive requires their use to assess the ecological quality of watercourses. A typological framework has to be used in order to compare comparable rivers between each other, that is, rivers of the same bioclimatic regions, flowing on the same geological substrate at similar altitudes. Various ecoregional classifications were defined on the basis of these parameters. We showed at a scale covering 4 countries (Spain, France, Italy and Switzerland) and at a regional scale (north-east France) that ecoregions and geology are determinant to explain communities. Parameters characterizing pollution were less important. Unlike some authors, we did not observe any homogenization of the communities when pollution level was increasing. Moreover, we did not observe geographically restricted communities: this would enable to aggregate ecoregions geographically distinct but presenting the same physical characteristics. Diatoms display a very important specific diversity which can be a problem for their routine use. We showed that when increasing determination precision (from sub-division to species), pollution assessment performances were increasing but much less than the number of taxa. Assessment performances between genus and species are similar anyway, whereas there are ten time more species than genera. We also showed that using simplifying metrics (life-forms, ecological guilds) enable assessing nutrient level as well as diatom indices based on species. These metrics bring additional information about biofilms structure that is not available with species data. At last, micropollutants pollution in rivers is of increasing concern to citizens. We hypothesized that diatoms could be good candidates to assess herbicide pressure. Four experiments lasting 2 months were conducted in lotic mesocosms. We showed that diatoms surrounded by thick exopolysaccharid matrices were more resistant to dissolved pesticides. On the over hand, diatoms presenting an important cell surface contact with water were disadvantaged. This kind of metric could be used in situ at a larger scale. We conclude on the interest to integrate such metrics to diatom bioassessment. But we also strength the importance to cross phylogeny and ecology to better understand which environmental pressure forced diatoms adapt. If these pressures can be related to anthropogenic pressures, diatom bioassessment will be improved.


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