Revisiting Species Sensitivity Distribution : modelling species variability for the protection of communities

La SSD revisitée : modéliser la variabilité des espèces pour protéger les communautés

• Auteur / Autrice : Guillaume Kon Kam King
• Direction : Marie-Laure Delignette-Muller, Sandrine Charles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biostatistique
• Date : Soutenance le 29/10/2015
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (Lyon ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Doledec
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Laure Delignette-Muller, Sabine Duquesne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Yves Bois, Peter J. Craig

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diatomées

Salinité

Pesticides

Mots clés libres

SSD

Modèle hiérarchique

Modèle Toxico-Dynamique Toxico- Cinétique

Salinité

Pesticides

Diatomées

Données censurées

Protection des communautés

SSD

Hierarchical model

Toxico-Kinetic Toxico-Dynamic model

Salinity

Pesticides

Diatoms

Censored data

Protection of communities

Résumé

La SSD (Species Sensitivity Distribution) est une méthode utilisée par les scientifiques et les régulateurs de tous les pays pour fixer la concentration sans danger de divers contaminants sources de stress pour l'environnement. Bien que fort répandue, cette approche souffre de diverses faiblesses sur le plan méthodologique, notamment parce qu'elle repose sur une utilisation partielle des données expérimentales. Cette thèse revisite la SSD actuelle en tentant de pallier ce défaut. Dans une première partie, nous présentons une méthodologie pour la prise en compte des données censurées dans la SSD et un outil web permettant d'appliquer cette méthode simplement. Dans une deuxième partie, nous proposons de modéliser l'ensemble de l'information présente dans les données expérimentales pour décrire la réponse d'une communauté exposée à un contaminant. A cet effet, nous développons une approche hiérarchique dans un paradigme bayésien. A partir d'un jeu de données décrivant l'effet de pesticides sur la croissance de diatomées, nous montrons l'intérêt de la méthode dans le cadre de l'appréciation des risques, de par sa prise en compte de la variabilité et de l'incertitude. Dans une troisième partie, nous proposons d'étendre cette approche hiérarchique pour la prise en compte de la dimension temporelle de la réponse. L'objectif de ce développement est d'affranchir autant que possible l'appréciation des risques de sa dépendance à la date de la dernière observation afin d'arriver à une description fine de son évolution et permettre une extrapolation. Cette approche est mise en œuvre à partir d'un modèle toxico-dynamique pour décrire des données d'effet de la salinité sur la survie d'espèces d'eau douce

Species Sensitivity Distribution (SSD) is a method used by scientists and regulators from all over the world to determine the safe concentration for various contaminants stressing the environment. Although ubiquitous, this approach suffers from numerous methodological flaws, notably because it is based on incomplete use of experimental data. This thesis revisits classical SSD, attempting to overcome this shortcoming. First, we present a methodology to include censored data in SSD with a web-tool to apply it easily. Second, we propose to model all the information present in the experimental data to describe the response of a community exposed to a contaminant. To this aim, we develop a hierarchical model within a Bayesian framework. On a dataset describing the effect of pesticides on diatom growth, we illustrate how this method, accounting for variability as well as uncertainty, provides benefits to risk assessment. Third, we extend this hierarchical approach to include the temporal dimension of the community response. The objective of that development is to remove the dependence of risk assessment on the date of the last experimental observation in order to build a precise description of its time evolution and to extrapolate to longer times. This approach is build on a toxico-dynamic model and illustrated on a dataset describing the salinity tolerance of freshwater species