Intérêt des traits fonctionnels des communautés macrobenthiques dans le diagnostic dynamique de récupération biotique d'un cours d'eau suite à des actions de restauration

Applying a functional trait-based approach to invertebrate communities for assessing stream biotic recovery after restoration measures

• Auteur / Autrice : Evelyne Trichet-Arce
• Direction : Philippe Usseglio-Polatera, Virginie Archaimbault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écotoxicologie, biodiversité et écosystèmes
• Date : Soutenance le 13/12/2013
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LIEBE - Laboratoire Interactions Ecotoxicologie Biodiversité Ecosytèmes - UMR 7146
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pierre Descy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marc Baudoin, Michael Danger, Stéphane Stroffek
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Oberdorff, Paulo Pinto

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cours d'eau

Restauration écologique

Invertébrés aquatiques

Mots clés libres

Communautés d'invertébrés

Cours d'eau

Traits biologiques

Restauration hydromorphologique

Restauration physico-chimique

Résumé

A l'approche des échéances fixées par la Directive Cadre européenne sur l'Eau (DCE 2000), les actions de restauration se sont multipliées sur les cours d'eaux européens. Cependant, peu d'études ont été menées en parallèle pour évaluer les bénéfices apportés par de telles opérations aux biocénoses. En outre, bien que l'évaluation de la qualité écologique des cours d'eau soit de plus en plus alimentée par des approches fonctionnelles (dont l'utilisation des traits biologiques des invertébrés benthiques est un axe majeur), les retours d'expériences des opérations de restauration sont majoritairement basés sur les réponses taxonomiques des communautés aquatiques. Les objectifs de ce travail de thèse sont (i) de caractériser et de comparer les réponses spécifiques des communautés macrobenthiques à différentes actions de restauration physico-chimique et hydromorphologique et (ii) d'évaluer la pertinence de différentes approches basées, soit sur la taxonomie, soit sur les traits biologiques, dans le diagnostic de récupération des communautés d'invertébrés benthiques. Pour répondre à ces objectifs, deux sites d'un même cours d'eau méditerranéen, le Vistre (Gard), ont été étudiés. Le premier a fait l'objet de travaux de restauration hydromorphologique en 2004 et les réponses des assemblages d'invertébrés ont été étudiées simultanément sur six stations restaurées et trois stations non restaurées (canalisées) de 2008 à 2010. Sur le deuxième site, situé 5 km en aval, nous avons suivi la dynamique de récupération des communautés benthiques suite à une levée de pression physico-chimique (réduction des apports en azote et phosphore) imputable à l'arrêt du rejet d'une ancienne station d'épuration (STEP) et la mise en service d'une nouvelle STEP plus performante, 1 km en aval. Il a été montré que les indices basés sur des critères taxonomiques réagissent rapidement à la réduction des apports en nutriments mais ne traduisent pas une reprise complète du fonctionnement des communautés d'invertébrés. Au contraire les métriques basées sur les traits biologiques des invertébrés mettent en évidence une récupération biotique plus progressive qui n'atteint toutefois pas les valeurs attendues dans des conditions dites « de référence ». L'évaluation de la récupération des communautés d'invertébrés basée sur les profils de traits biologiques affiche également une meilleure corrélation avec les caractéristiques hydromorphologiques des stations en fonctions des travaux de restauration qu'elles ont, ou non, subis. L'utilisation des traits biologiques permet en outre de fournir des explications mécanistes aux processus de récupération des communautés d'invertébrés. Dans un contexte de pressions multiples, les réponses des communautés d'invertébrés ont souligné la nécessité d'agir à la fois sur la qualité physico-chimique de l'eau et le fonctionnement hydromorphologique du cours d'eau pour améliorer la qualité globale du système et permettre une récupération optimale des communautés. Les enseignements tirés de l'étude du Vistre ont été examinés afin de (i) dégager des implications concrètes pour le développement d'un outil d'évaluation du gain écologique par des opérations de restauration et (ii) soumettre des éléments d'aide à la décision dans le choix des actions de restauration à mener, et l'optimisation de leur suivi

The implementation of the European Water Framework Directive (WFD, 2000) has promoted the rapid development of many stream restoration programmes. However, very few studies have tried to improve the understanding of how anthropogenic pressure mitigation efforts contribute to the ecological recovery of streams. Moreover, available feedbacks have mainly focused on the taxonomic responses of aquatic communities. Nowadays, the assessment of stream ecological quality is increasingly driven by functional approaches, including the use of biological traits of benthic invertebrates. The main goal of my PhD work has been to characterize the specific responses of benthic macroinvertebrate communities to different restoration actions implemented to reduce nutrient inputs or to improve stream hydromorphological conditions, and to compare such actions using different approaches (taxonomic and functional). Two sections of the Vistre River (south France) were studied. On a 3 km-long river section, we have surveyed the invertebrate assemblage recovery during a four year period including the commissioning of a new Waste Water Treatment Plan (WWTP) equipped with biological treatment capable of significantly reducing N, P, and C inputs in the River. Five kilometres upstream, a 2 km-long reach was morphologically restored, including remaindering work, riparian vegetation planting and pebble input. Invertebrate assemblages were assessed simultaneously on six restored sites and three canalized, non-restored sites during three years. Our results have shown that among the metrics that reflect community recovery to nutrient input reduction, those based on taxonomic criteria respond faster than trait-based ones, but do not imply a complete recovery of invertebrate community functioning. Community recovery assessment based on biological traits has demonstrated also a better correlation with site hydromorphological characteristics which varied with restoration works. Moreover, trait-based approach allows a better explanation of the functional mechanisms that occur in benthic assemblages after chemical water quality or hydromorphological characteristic improvement. In a multi-stressor context, invertebrate community responses to different restoration actions have underlined the need for acting on both water chemical quality and hydromorphological environment to improve global stream quality and to allow convenient biological community recovery. Lessons from the Vistre River study have been examined to (i) identify practical implications for the development of an assessment tool for evaluating the ecological gain provided by restoration actions, and (ii) give elements to help managers in optimizing the definition and monitoring of restoration actions