Outils de diagnose structurelle et fonctionnelle pour la bioévaluation de la qualité des sédiments associés à la présence de barrages. Approche intégrée de la population au processus écosystémique

Diagnosis tools for structural and functional bioassessment of sediment quality associated with the presence of dams : integrated approach from population to ecosystemic processes

• Auteur / Autrice : Fanny Colas
• Direction : Jean-François Férard, Simon Devin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écotoxicologie, biodiversité et écosystèmes
• Date : Soutenance le 03/07/2012
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIEBE - Laboratoire Interactions Ecotoxicologie Biodiversité Ecosytèmes - UMR 7146
• Jury : Président / Présidente : Alain Geffard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yorick Reyjol
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Argillier, Éric Chauvet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pollution de l'eau -- Lutte contre

Évaluation écologique (biologie)

Sédiments (géologie) -- Analyse

Mots clés libres

Sédiment

Retenues au fil de l'eau

Perturbations multiples

Écologie fonctionnelle

Résumé

A la fois témoins et acteurs de contamination, les sédiments constituent un élément essentiel des écosystèmes aquatiques qu'il convient de surveiller, évaluer et protéger. Les méthodes actuelles d'évaluation de leurs risques écotoxiques restent peu transférables aux écosystèmes, et ne rendent pas compte de la présence de multiples facteurs de stress abiotiques et biotiques. Les sédiments stockés par les seuils et barrages offrent l'opportunité de développer des méthodes originales de diagnose des réponses biologiques in situ. Six retenues au fil de l'eau dont les sédiments présentent un gradient de contamination métallique et organique ont été étudiées. Les effets de la contamination ont été explorés à différentes échelles spatiales et biologiques via des approches structurelles et fonctionnelles. Dans les retenues, en réponse à l'augmentation de la perturbation chimique, nos résultats montrent une sélection de cortèges faunistiques associée à une réduction de la diversité taxonomique et fonctionnelle. Des réponses sublétales des macroinvertébrés ont été identifiées, notamment sur les niches spatiales, les régimes alimentaires ou la compétition interspécifique. La contamination des sédiments impacte aussi le potentiel métabolique bactérien et la richesse et la biomasse fongique. L'ensemble de ces altérations biocénotiques se traduisent au niveau écosystémique par la rupture du processus de décomposition des litières et la modification des flux benthiques à l'interface eau-sédiment. Les écosystèmes en aval sont également perturbés via la remise en suspension des sédiments contaminés, l?altération de la qualité de l'eau et les effets en cascades des réponses structurelles et fonctionnelles des communautés des retenues. L'ensemble de nos résultats soulignent les enjeux de préservation de la qualité des sédiments et la nécessité de développer des méthodologies intégratives de la vulnérabilité à chaque niveau d'organisation biologique pour mieux appréhender l'état et les trajectoires écologiques des écosystèmes aquatiques

Sediment evaluation and monitoring is an essential part of ecosystem monitoring since sediments represent an important component of aquatic habitats and are also a potential source of contamination. Current methodologies of their ecotoxic risk assessment do not encompass ecosystemic responses and do not take into account multiple abiotic and biotic stressors. Run-of-river reservoirs entrap a large amount of sediments and constitute an opportunity to develop original risk assessment methodologies that integrate biological responses in situ and their potential effects for river ecosystem functioning. Six run-of-river reservoirs were selected to study the effects of sediment contamination at several spatial and biological scales, thanks to structural and functional approaches. Our results evidenced a selection in faunistic assemblages in response to contamination, associated with low taxonomic and functional diversity. Our results also evidenced sublethal responses, with niches shifts of invertebrate population and modification of biotic interactions. Sediment contamination has also impacted metabolic functional diversity of bacterial communities and fungal richness and biomass. These biocenotic alterations have resulted in disturbances in ecosystemic processes such as leaf breakdown and benthic flux at the water-sediment interface. Ecosystems downstream dams were also impacted, through resuspension of contaminated sediments, alteration of water quality and cascading effects related to structural and functional responses of reservoirs communities. Our findings evidenced challenges of the sediment quality preservation and the need to develop risk assessment methodologies based on the vulnerability at each biological scale in order to understand and elucidate ecological status and trajectories of aquatic ecosystems