Dynamique et diversité du phytoplancton dans le réservoir Marne (bassin versant de la Seine)

par Anne Rolland

Thèse de doctorat en Biologie des populations et des écosystèmes

Sous la direction de Stéphan Jacquet.

Soutenue en 2009

à l'Université Savoie Mont Blanc .


  • Résumé

    La mise en place de la Directive Cadre sur l'Eau (DCE) et l'atteinte du bon état écologique pour les masses d'eau artificielles à l'horizon 2015 obligent les gestionnaires à définir ou adopter une certaine stratégie d'échantillonnage afin d'assurer le suivi écologique des réservoirs et renseigner quelques indices d'état. Parmi les indices biologiques, le phytoplancton a été propose par la DCE comme élément de qualité pour les lacs et est identifié aujourd'hui comme un bio-indicateur potentiel puisque répondant aux changements trophiques des masses d'eau. Face à l'existence et/ou l'émergence de nombreux outils de détection et de suivi du phytoplancton, nous avons testé et utilisé un spectrofluoromètre immergeable in situ (bbe FluoroProbe) et la cytométrie en flux (FACSCalibur) afin de proposer la possibilité de les utiliser dans le cadre du suivi de la communauté phytoplanctonique pour le réservoir Marne. Parallèlement, un dosage de la chlorophylle a et une analyse taxonomique du phytoplancton ont été réalisés. Le lac-réservoir Marne, également appelé Lac du Der-Chantecoq, a été mis en service en 1974, et constitue l'un des plus grands réservoirs d'Europe occidental. Nos travaux ont porté sur deux années, 2006 et 2007, où plusieurs stations et profondeurs ont été échantillonnées. Il ressort de notre étude que les mesures de la sonde spectrofluorométrique et les concentrations de chlorophylle a mesurées en laboratoire ont présenté une corrélation hautement significative, et que les groupes pigmentaires majoritaires détectées par la sonde étaient significativement corrélés aux biovolumes des espèces caractéristiques de ces groupes. De par la facilité d'utilisation et la fiabilité de cet outil, nous avons pu conclure qu'il était approprié pour le suivi de la qualité des eaux du réservoir Marne. Plus compliquée d'utilisation et ne donnant qu'un message partiel, la cytométrie en flux, bien que très puissante, a montré ces limites pour ce type d'application. Grâce à une méthode multitableaux appelée Analyse Triadique Partielle, nous avons pu identifier qu'il y avait un nombre minimal de stations à échantillonner pour rendre compte de la dynamique et de la diversité du phytoplancton dans l'ensemble du réservoir. Trois stations H, I et N présentaient de fortes similitudes en termes de dynamique et de diversité de la communauté phytoplanctonique et la station H à pu être proposée comme station de référence du réservoir Marne. Trois autres stations, G (lac Champaubert), J (bassin nord-ouest} et K (bassin sud-ouest) présentaient des caractéristiques spécifiques, rendant également leur échantillonnage pertinent. L'étude préliminaire des variables environnementales à la station de référence nous a permis de constater que la dynamique du réservoir et de sa communauté phytoplanctonique n'était pas contrôlée par les mêmes variables tout au long de la période d'échantillonnage. Au début du printemps, les concentrations de nitrates élevées et les forts débits entrants étaient associés au début de la croissance du phytoplancton. Au printemps et au début de l'été, l'augmentation du biovolume phytoplanctonique était associée à la diminution de la silice dissoute. En plein été, on retrouvait les biovolumes phytoplanctoniques maximaux, associés à de fortes températures. Finalement, la fin de l'été et le début de l'automne étaient caractérisés par un débit sortant important dans le canal Marne et des concentrations d'orthophosphates élevées. Finalement, deux métriques (sur 3 utilisées) directement associées à l'élément phytoplancton (chlorophylle a , indice planctonique) nous ont permis de classifier l'état écologique du réservoir Marne. Ces métriques ont été appliquées à la station de référence et aux trois autres stations G, J et K afin de visualiser le caractère fragmenté de cet écosystème, c'est à dire les différences entre la masse d'eau principale et les autres bassins. Il ressort que les stations H et J présentaient un bon état écologique et un statut mésotrophe bien que présentant une composition phytoplanctonique différente et les stations G et K avaient plutôt un statut trophique eutrophe et un état écologique médiocre.

  • Titre traduit

    Phytoplankton dynamics and diversity in the Marne reservoir (Seine catchment area)


  • Résumé

    The implementation of the Water Framework Directive (WFD) and the achievement of good ecological status for artificial water bodies in 2015 forced managers to define or adopt a certain sampling strategy in order to ensure ecological monitoring of reservoirs and provide some indices about water quality. Among the biological indices, phytoplankton has been proposed by the WFD as a quality index for lakes and is now identified as a potential bio-indicator as responding to changes in the trophic status of water bodies. Given the existence and / or the emergence of many tools for detection and monitoring of phytoplankton, we have tested and used a submersible spectrofluorometer in situ (bbe FluoroProbe) and flow cytometry (FACSCalibur) to propose the possibility of their use in the monitoring of the phytoplankton community in the Marne reservoir. Meanwhile, a determination of chlorophyll a and taxonomic analysis of phytoplankton were made. The Marne reservoir lake, also called Lac du Der-Chantecoq was commissioned in 1974 and is one of the largest reservoirs of Western Europe. Our work focused on two years, 2006 and 2007, where several stations and depths were sampled. It appears from our study that chlorophyll à measurements from the FluoroProbe and concentrations of chlorophyll a measured in the laboratory showed a highly significant correlation, and that the majority of the pigment groups detected by the probe were significantly correlated with Biovolume species characteristics of these groups. Because of the ease of use and reliability of this tool, we have concluded that it was appropriate for monitoring the water quality of the Marne reservoir. More complicated to use and not giving a partial message, flow cytometry, although very powerful, has shown these limits to this type of application. Through a method called multitable Partial Triadic Analysis, we could identify that there was a minimum number of stations to sample to account for the dynamics and diversity of phytoplankton in the whole reservoir. Three stations H, I and N have strong similarities in terms of dynamics and diversity of the phytoplankton community and the station H has been proposed as a reference station for the reservoir Marne. Three other stations, G(Champaubert Lake), J (northwest basin) and K (south-west basin) exhibited specific characteristics, making their sample also relevant. The preliminary study of environmental variables at the reference station showed that the dynamics of the reservoir and its phytoplankton community was not controlled by the same variable throughout the sampling period. In early spring, high concentrations of nitrates and strong inflows were associated with early growth of phytoplankton. In spring and early summer, rising phytoplankton biovolume was associated with the decrease in dissolved silica. In midsummer, we found the maximum phytoplankton biovolume, associated with high temperatures. Finally, the late summer and early autumn were characterized by a large outflow channel in the Marne and high concentrations of orthophosphate. Finally, two metric (out of 3 used) directly associated with the element phytoplankton (chlorophyll a , plankton index) allowed the classification of the ecological status of the Marne reservoir. These metrics were applied to the reference station and three other stations G, J and K to show the fragmented nature of this ecosystem, ie the differences between the main water mass and the other basins. It appears that the stations H and J had a good ecological status and mesotrophic although with a different phytoplankton composition and stations G and K had a rather eutrophic trophic status and poor environmental status.

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  • Détails : 1 vol. (241 f.)
  • Annexes : Bibliogr. p.215-236. Index

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