Synchronismes et antagonismes dans les relations entre environnement agricole, biodiversité et fonctions écologiques en zone tampon humide artificielle

Synchronisms and antagonisms in the relations between agricultural environment, biodiversity, and ecological functions in constructed wetland

• Auteur / Autrice : Alexandre Michel
• Direction : Julien Tournebize
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Écotoxicologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/02/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : HYCAR - Hydrosystèmes Continentaux Anthropisés - Ressources, Risques, Restauration
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : UR HYCAR - Equipe ARTHEMYS
• Partenaire(s) de recherche : référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)

Mots clés

Mots clés libres

Biodiversité

Paysages agricoles

Ecotoxicologie

Ecologie

Pression chimique

Zone tampon humide artificielle

Biodiversity

Agricultural landscapes

Ecotoxicology

Ecology

Chemical pressure

Constructed wetland

Résumé

La contamination quasi-systématique des masses d'eau continentales par les contaminants d'origine agricole (pesticides, azote), notamment dans les paysages agricoles, est à l'origine d'un problème environnemental majeur vis-à-vis aussi bien de la préservation de la ressource en eau pour les populations humaines, mais également pour la préservation de la biodiversité aquatique et de ses fonctions. Les zones tampons humides articifielles (ZTHA) appartiennent à une catégorie bien spécifique de zones humides, qui sont pensées et aménagées par l'Homme pour répondre, dans une certaine mesure, aux deux enjeux introduits ci-dessus grâce à leurs propriétés épuratoires naturelles (biodégradation, sédimentation, photolyse, etc.). Les ZTHA interceptent les contaminants d'origine agricole provenant des eaux de ruissellement et de drainage pour réduire le transfert des pesticides et des substances azotées dans l'hydrosphère avec toutes les conséquences néfastes que ces transferts peuvent avoir sur la qualité de la ressource en eau et sur la faune et les écosystèmes aquatiques. En interceptant les contaminations d'origine agricole, les ZTHA sont cependant susceptibles d'agir comme des réservoirs potentiels de pesticides pouvant avoir des effets non intentionnels sur les populations qu'elles abritent et les fonctions écologiques associées. Autrement dit, ces zones sont susceptibles d'agir comme des pièges écologiques ; cette dernière notion se réfère à tout environnement pouvant être attractif pour une ou plusieurs espèces, mais dont la colonisation et l'occupation peut amener à diminuer la fitness (i.e. valeur sélective) des organismes. Dans ce contexte, la ZTHA de Rampillon (Seine-et-Marne, France), qui a reçu le Prix national du Génie Écologique en 2014 dans la catégorie "Lutte contre les pollutions diffuses agricoles", intercepte et abat 16 % de la totalité des pesticides et 11 % de la pollution azotée provenant des eaux de ruissellement et de drainage d'un bassin versant agricole de 355 ha caractérisé par la présence de grandes cultures. La zone aménagée en 2010 et instrumentée depuis 2012 pour le suivi de la qualité chimique de l'eau a été colonisée au fil des années par un grand nombre d'espèces vivantes incluant mammifères, poissons, reptiles, amphibiens, oiseaux, invertébrés terrestres et aquatiques, végétaux et autres. La ZTHA permet de limiter les transferts de contaminants dans la nappe phréatique des calcaires de Champigny qui alimente plus d'un million de Franciliens en eau potable et semble donc répondre simultanément aux enjeux eau et biodiversité. Malgré ce constat très positif, l'on peut être amené à questionner le statut de la ZTHA pour la faune aquatique : joue-t-elle le rôle d'un véritable support de biodiversité ou plutôt d'un piège écologique qui attire les organismes aquatiques et perturbe leur physiologie ? La thèse SynBioTox tente de répondre à cette question au travers de quatre grands axes de recherche s'organisant ainsi : (i) étude de l'intégrité écologique de la communauté d'amphibiens, (ii) étude de l'intégrité écologique de la communauté de macroinvertébrés benthiques, (iii) étude des effets éventuels sur les individus amphibiens et (iv) étude des effets éventuels sur les individus macroinvertébrés (utilisation de Gammarus fossarum comme espèce modèle). Pour le moment, nos résultats tendent à mettre en avant le caractère support de biodiversité pour les amphibiens, mais sembleraient traduire un impact négatif de la contamination sur la communauté de macroinvertébrés benthiques caractérisée notamment par un indice SPEARpesticides significativement plus bas que celui d'une mare contrôle. Notre étude sur les activités enzymatiques (recours au swabbing buccal, méthode non-invasive) et la condition corporelle des amphibiens ne montrent pas de résultats significatifs mais mettent en avant notamment la complexité de relier pression pesticides et santé des animaux en milieu naturel.

The almost systematic contamination of continental water bodies by contaminants of agricultural origin (pesticides, nitrogen), particularly in agricultural landscapes, is at the root of a major environmental problem in terms of both the preservation of water resources for human populations and the preservation of aquatic biodiversity and its functions. Constructed wetlands belong to a particular category of wetlands, which have been designed and developed by man to respond, to some extent, to the two issues introduced above, thanks to their natural purifying properties (biodegradation, sedimentation, photolysis, etc.). Constructed agricultural wetlands intercept contaminants of agricultural origin from runoff and drainage water to reduce the transfer of pesticides and nitrogenous substances into the hydrosphere, with all the adverse consequences these transfers can have on the quality of water resources and on aquatic fauna and ecosystems. However, by intercepting contamination of agricultural origin, constructed wetlands are likely to act as potential reservoirs of pesticides that can have unintended effects on the populations they shelter and associated ecological functions. In other words, these areas are likely to act as ecological traps; the latter notion can be defined as any environment that may be attractive to one or more species, but whose colonization and occupation may lead to a reduction in the fitness (i.e. selective value) of organisms. In this context, the constructed wetland of Rampillon (Seine-et-Marne, France), which won the 2014 National Prize for Ecological Engineering in the "Combating diffuse agricultural pollution" category, intercepts and mitigates 16% of all pesticides and 11% of nitrogen pollution from runoff and drainage water in a 355-hectare agricultural catchment characterized by the presence of field crops. The area, developed in 2010 and instrumented since 2012 to monitor the chemical quality of the water, has been colonized over the years by a large number of living species, including mammals, fish, reptiles, amphibians, birds, terrestrial and aquatic invertebrates, plants and others. The ZTHA limits the transfer of contaminants into the Champigny limestone water table, which supplies more than a million people in the Paris region, and therefore seems to simultaneously address the water and biodiversity issues. Despite this very positive observation, we may be led to question the status of the ZTHA for aquatic fauna: does it play the role of a genuine biodiversity support or rather an ecological trap that attracts aquatic organisms and disrupts their physiology? The SynBioTox thesis attempts to answer this question through four main lines of research organized as follows: (i) study of the ecological integrity of the amphibian community, (ii) study of the ecological integrity of the benthic macroinvertebrate community, (iii) study of possible effects on amphibian individuals and (iv) study of possible effects on macroinvertebrate individuals (using Gammarus fossarum as a model species). For the moment, our results tend to emphasize the biodiversity-supporting nature of amphibians, but would seem to reflect a negative impact of contamination on the macroinvertebrate community, characterized in particular by a SPEARpesticides index significantly lower than that of a control pond. Our study of the enzymatic activities (using buccal swabbing, a non-invasive method) and body condition of amphibians showed no significant results, but highlighted the complexity of linking pesticide pressure and animal health in the natural environment.