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Les biofilms, sentinelles des rivières

Utiliser la réponse d’un ensemble de micro-organismes à la présence de molécules toxiques pour évaluer l’état écologique d’un cours d’eau : c’est la voie qu’ont choisi les chercheurs d'Irstea à Lyon pour développer des bioindicateurs fondés, non pas sur l’identification d’espèces, mais sur leurs fonctions dans l’environnement.

algues microscopiquesPlus de 100 000 molécules chimiques utilisées par l’homme seraient susceptibles de se retrouver dans les écosystèmes aquatiques. Avec l’application de la DCE, la surveillance des cours d’eau s’est accrue en vue d’atteindre le "bon état" chimique et écologique des cours d’eau européens d’ici 2015. Ce cadre réglementaire implique de disposer des moyens de mesurer les pollutions et d’évaluer leurs impacts sur les milieux et l’ensemble des êtres vivants, puis d’envisager des mesures de restauration. Or, s’il est aujourd’hui possible de doser des molécules chimiques à ou sur un temps donné, il existe peu d’outils d’évaluation de l’état écologique global d’un milieu naturel.

 

 

 

Un modèle biologique original…

A l'Irstea de Lyon, les scientifiques explorent une voie inédite pour mettre au point de tels bio-indicateurs : l’utilisation des biofilms naturels pour détecter les pollutions aux pesticides dans les cours d’eau et comprendre les effets de ces polluants sur le fonctionnement global de l’écosystème aquatique. Ces biofilms, agrégats de bactéries, d’algues et de champignons qui se développent sur les supports immergés (voir encadré), jouent un rôle prépondérant dans l’écosystème : ils produisent de la matière organique par photosynthèse, ce qui en fait l’un des premiers maillons de la chaîne alimentaire, dégradent la matière organique et recyclent les nutriments.

…et un indicateur pertinent de la qualité du milieu

Outre leur développement rapide, l’intérêt de ces biofilms réside dans leur capacité à interagir avec les substances dissoutes et en particulier les pesticides, qu’ils peuvent dégrader, et dans leur faculté à s’adapter rapidement aux modifications de l’environnement. Une contamination du milieu aquatique par ces substances peut ainsi modifier leur structure, leur diversité (représentativité des espèces qui le constituent) et leur fonctionnement, altérant, par exemple, leur activité photosynthétique, respiratoire ou enzymatique, de manière transitoire ou irréversible. Les biofilms seraient donc des indicateurs pertinents de la qualité du milieu, capables de fournir un signal d’alerte précoce en cas de pollution aux pesticides ou à tout autre toxique. Les recherches se poursuivent pour caractériser et distinguer la réponse des biofilms aux facteurs environnementaux, tels que vitesse du courant, éclairement, composition physico-chimique, etc., de celle due aux effets des pesticides. Cela permettra de disposer, à terme, d’outils de bioindication fonctionnels, complémentaires des outils normés existants qui sont essentiellement adaptés aux pollutions par la matière organique2. Parallèlement, les scientifiques cherchent à évaluer les capacités du biofilm à dégrader in situ les polluants. L’objectif est double : pouvoir évaluer les capacités naturelles de biodégradation, afin de les prendre en compte lors de la restauration des cours d’eau contaminés et identifier les espèces de bactéries ou de champignons les plus aptes à dégrader les contaminants.

Le biofilm naturel, une association complexe de micro-organismes

Tout le monde a senti sous ses pieds nus, en marchant sur les cailloux immergés d’une rivière,la couche visqueuse et glissante qui les recouvre. Cette structure mucilagineuse est un biofilm naturel, constitué d’un assemblage complexe de plusieurs espèces de bactéries, d’algues (vertes, bleues ou de type diatomées), de champignons filamenteux… Cette association, capable d’échanges cellulaires, voit sa structure et son fonctionnement varier suivant ,les paramètres environnementaux, tels que la vitesse du courant, le régime hydraulique, l’éclairement, les conditions physico-chimique du milieu, etc. Les algues photosynthétiques, présentes au sein du biofilm lorsque le milieu est éclairé, produisent la matière organique dont se nourrissent les organismes brouteurs (gastéropodes ou certains poissons). Les bactéries et les champignons, non photosynthétiques, dégradent et recyclent la matière organique, participant ainsi activement au cycle du carbone, de l’azote et du phosphore. Le biofilm que l’on trouve dans les milieux sédimentaires est dépourvu d’algues. Il contient exclusivement des bactéries et des champignons, ces derniers étant également particulièrement représentés au sein du biofilm qui colonise les feuilles ou les bois immergés.

Contact scientifique

Irstea Lyon
Bernard Montuelle
Tél. 04 72 20 87 52

 

Pour en savoir plus :

 

  • Microbial diuron-mineralization potential in a small wine growing watershed: from treated plots to lotic receiving hydrosystem, Pesce S., Martin-Laurent F., Rouard N., Devers M., Montuelle B., 2009, Pest Management Science, Sous presse.
  • Les biofilms aquatiques : dans quelles mesures permettent-ils de comprendre l’effet des pesticides sur le fonctionnement des cours d’eau ? Exemple en zone de vignoble, par Stéphane Pesce, Ahmed Tlili et Bernard Montuelle. Revue Ingénierie-EAT n°55-56, à paraître.
  • Effets conjoints de facteurs physiques (lumière et vitesse du courant) et chimiques (pesticides) sur la structure et la composition du périphyton : une approche multi-échelles – thèse de Aurélie Villeneuve, soutenue le 18 décembre 2008. Co-direction Irstea-Inra

 

Notamment les 3 indicateurs spécifiques répondant aux normes AFNOR et aux critères de la DCE, utilisés en France : l’IBD (indice biologique diatomées), l’IBGN (indice biologique global normalisé) et l’IPR (Indice poisson en rivière), fondés sur la taxonomie.