Acquisition de tolérance et modification de structure des communautés périphytiques : une réponse précoce à la pression urbaine dans les milieux aquatiques

Tolerance acquisition and structure modification of periphytic communities : an early-warning response to urban contamination of aquatic ecosystems

• Auteur / Autrice : Lise Fechner
• Direction : Marie-Hélène Tusseau-Vuillemin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques de l'environnement
• Date : Soutenance le 14/12/2010
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Eau, Environnement et Systèmes Urbains - Laboratoire Eau Environnement et Systèmes Urbains (LEESU)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Tassin, Catherine Gourlay-Francé, Alain Boudou, Agnès Bouchez, Josette Garnier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Renata Behra, Fabienne Petit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Périphyton

Polluants

Écotoxicologie

Biofilms

Mots clés libres

Biofilm

Écotoxicologie

Polluants urbains

Méthode PICT

Arisa

Biofilm

Ecotoxicology

Urban pollutants

PICT method

Résumé

La contamination des milieux aquatiques urbains se caractérise aujourd'hui par un mélange de micropolluants d'origines et de types variés. Les conséquences de ce type de contamination, multiples mais faibles et chroniques, sur les écosystèmes aquatiques sont difficiles à évaluer. En effet, il est difficile d'une part de dresser un état des lieux précis de la contamination et d'autre part, de relier cette contamination à la réponse biologique des organismes exposés puisqu'elle n'engendre pas nécessairement des effets visibles et immédiats. Cette étude a pour objectif de développer une méthodologie permettant d'utiliser le périphyton pour évaluer l'impact d'une contamination urbaine typique. Les biofilms sont des communautés aquatiques complexes jouant un rôle primordial dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Leur réponse biologique à une perturbation peut s'évaluer au niveau structurel comme au niveau fonctionnel. Une première étape de ce travail a consisté à développer d'une part un test de toxicité aiguë permettant d'évaluer la tolérance de la composante hétérotrophe des biofilms selon le concept PICT, et d'autre part l'utilisation de la technique d'empreinte génétique ARISA pour évaluer des modifications de structure des communautés bactériennes et eucaryotes des biofilms. Les méthodologies développées ont ensuite été testées au laboratoire par des expositions de périphyton à des métaux à des concentrations environnementales. Par la suite, elles ont pu être déployées in situ : d'abord dans un gradient de contamination multi-métallique sur la Seine avec des prélèvements ponctuels de biofilms naturels ainsi qu'une expérience de transposition (amont/aval de l'agglomération parisienne). Enfin, le lien entre la tolérance du périphyton et la contamination métallique globale du milieu a été exploré à l'échelle d'un bassin versant. Les résultats sont prometteurs quant à l'utilisation du périphyton pour évaluer l'impact d'une contamination urbaine

Urban aquatic ecosystems are these days contaminated by mixtures of micropollutants of diverse types and origins. Such contaminations, which are multiple, chronic and non-lethal, raise increasing concern among the scientific community. Indeed, a precise evaluation of exposure levels is difficult to obtain. Moreover, establishing a causal link between contamination and the induced biological response of aquatic organisms is complex as no direct and visible effects can be observed. The aim of this study is to develop a methodology for the use of periphyton as a biomarker of urban pollution. Biofilms are complex aquatic communities and play an important role in aquatic ecosystems. Their response to a disruption can be assessed both in terms of structure or functional modifications. Our first step was to develop both a PICT approach with a new short-term toxicity test to measure the tolerance to metal of the heterotrophic component of biofilms and the use of a fingerprinting technique (ARISA) to reveal structure modifications of both bacterial and eukaryotic communities. The methodologies thus developed were tested in a microcosm study by exposing periphyton to metals at environmental levels. They were then used in field studies: first in a multi-metallic gradient along the Seine river by punctual sampling of natural periphyton and also in a translocation study (upstream/downstream the Paris urban area). Furthermore, the link between biofilm tolerance levels and the global metallic contamination was explored at the watershed scale. It is hoped that the future use of this approach will help to understand the impacts of human activities, especially toxic pressure, on aquatic ecosystems