Intégration des indicateurs écotoxicologiques dans les modèles multi-échelles et multi-pressions pour améliorer la compréhension des liens pressions-impacts à l’échelle des bassins

par Noëlle Sarkis

Thèse de doctorat en Hydroécologie et écotoxicologie

Sous la direction de Yves Souchon, Bertrand Villeneuve et de Olivier Geffard.

Soutenue le 06-12-2021

à Lyon , dans le cadre de École Doctorale Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation , en partenariat avec Université Claude Bernard (Lyon) (établissement opérateur d'inscription) et de RiverLy (Lyon) (laboratoire) .


  • Résumé

    Les écosystèmes aquatiques sont soumis à de multiples pressions anthropiques telles que l’occupation du sol, les modifications hydromorphologiques, les apports en nutriments et en matières organiques et, la pollution chimique. L’étude des liens entre les pressions et les réponses des communautés prend aujourd’hui peu en compte l’effet de la contamination chimique à grande échelle et encore moins la fraction de la contamination biodisponible et toxique. La biosurveillance active, basée sur l’encagement d’organismes contrôles dans le milieu aquatique, a récemment permis d’évaluer et de quantifier la contamination biodisponible et la toxicité sur de nombreux sites répartis au niveau national. Ces nouveaux jeux de données nous ont offert l’opportunité d’ouvrir la question du rôle et de l’effet de la contamination chimique toxique dans les relations connues entre pressions et impacts écologiques. Ce travail de thèse s’est donc focalisé sur quatre objectifs : la construction d’un cadre conceptuel pour quantifier l’effet des pressions sur la contamination biodisponible métallique et organique et, l’évaluation de l’impact de la toxicité chimique sur les relations stresseurs/état des communautés connues et enfin, l’identification des associations entre la toxicité chimique et des modalités de traits biologiques des communautés dans un contexte multi-pressions. Par modélisation par équations structurelles, nous avons pu déterminer les pressions dominantes sur la contamination biodisponible au niveau national. La contamination biodisponible métallique augmente avec l’occupation du sol, la densité des industries, la densité des stations d’épurations, les pressions sur le fonctionnement hydromorphologique et les facteurs de biodisponibilité (ordre décroissant) et, elle diminue avec l’augmentation de la ripisylve. Les pressions dominantes sur les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) ont été des sources et des vecteurs de contamination essentiellement ponctuels, contrairement aux polychlorobiphényles (PCBs) avec des sources diffuses dominantes. Par des analyses bivariées et multivariées, nous avons évalué que la toxicité chimique a eu un rôle aggravant sur certaines relations état écologique/stresseurs (nutriments et matières organiques et, hydromorphologie). Par une analyse de co-inertie, nous avons identifié les associations des stresseurs, incluant la toxicité chimique, avec les traits biologiques de communautés. Les stresseurs étaient associés à des modalités de traits de résistance comme l’ovoviviparité. Finalement, l’ensemble de ces jeux de données et de ces approches a permis de présenter un cadre d’analyse pressions-impacts prenant en compte la biosurveillance active, utile pour la compréhension des pressions dominantes et permettant d’orienter la mise en place de mesures de gestion des écosystèmes aquatiques.

  • Titre traduit

    Integration of ecotoxicological indicators in multi-scale and multi-pressure models to improve the understanding of pressure-impact links at the basin scale


  • Résumé

    Aquatic ecosystems are subject to multiple anthropogenic pressures mainly land use, hydromorphological modifications, enrichments in nutrients and organic matter and, chemical pollution. Nowadays, studying the links between pressures and the responses of communities takes rarely into account the effect of chemical contamination at large scale and also the fraction of bioavailable contamination and toxicity. Active biomonitoring, based on caging of control organisms in aquatic environments, has recently enabled the evaluation and the quantification of bioavailable contamination and toxicity in numerous sites distributed nationally. These new datasets offered us the opportunity to evaluate the role and the effect of chemical toxic contamination on the known relationships between pressures and ecological impacts. The thesis work focused on four objectives: the construction of a conceptual framework to quantify the effect of pressures on bioavailable contamination for metals and organic pollutants and, the evaluation of the impact of chemical toxicity on the known relationships between stressors and the ecological status and finally, the identification of associations between chemical toxicity and the modalities of biological traits of communities in a multi-pressure context. With structural equation modeling, we determined the dominant pressures on bioavailable contamination at the national scale. Metallic bioavailable contamination increased with land use, industry density, wastewater treatment plant density, pressures on the stream hydromorphological functioning and bioavailability factors (descending order) and, it decreased with the increase of riverside vegetation. The dominant pressures on polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are mainly punctual sources and vectors of contamination, unlike polychlorinated biphenyls (PCBs) with dominant diffuse sources. With bivariate and multivariate analyses, we evaluated that chemical toxicity had an aggravating role on certain relationships between the ecological status and stressors (nutrients and organic matter and, hydromorphology). With a co-inertia analysis, we identified the associations of stressors, including chemical toxicity, with biological traits of communities. The stressors were associated to modalities of resistance like ovoviviparity. Finally, all the datasets and these approaches enabled a presentation of a pressure-impact framework with active biomonitoring, that is useful for understanding the dominant pressures in order to propose management of aquatic ecosystems.

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