Un nouvel Indice Diatomique Pratique pour l'évaluation de la qualité des eaux en réseau de surveillance

L'Indice de Polluosensibilité Spécifique (IPS) est considéré comme l'un des indices diatomiques les plus performants pour l'évaluation de la qualité des cours d'eau. Son utilisation en réseau de surveillance reste cependant limitée en raison de la nécessité de travailler au niveau spécifique voire infraspécifique et de la systématique en perpétuelle évolution. A l'opposé, l'Indice Diatomique Générique (IDG) est plus accessible dans sa mise en oeuvre mais ne permet pas d'obtenir des résultats très fiables. Un nouvel Indice Diatomique Pratique (IDP) a donc été mis au point sur un bassin versant expérimental à partir d'un jeu de 86 relevés. Dans un premier temps, les inventaires ont été classés en fonction des écarts observés entre IPS et IDG. Dans un second temps, ont été identifiées les espèces responsables de ces écarts en prenant en compte celles présentant une abondance relative supérieure à 5 % et une différence de polluosensibilité avec le genre correspondant supérieure ou égale à 0,4. Plusieurs IDP ont été mis au point et leurs performances, par rapport à l'IPS, étudiées. Il apparaît que la prise en compte des espèces responsables des écarts supérieurs ou égaux à 2 constitue le meilleur compromis entre fiabilité et applicabilité en réseau. Cette méthodologie a été appliquée aux 480 relevés effectués dans le bassin Artois - Picardie et aux 550 espèces inventoriées. Elle permet de proposer un indice diatomique pratique basé sur l'identification de 45 genres et 91 espèces.Macroinvertebrates constitute the main biological support for an evaluation of the quality of water courses and are, therefore, widely put to use in monitoring networks. However, for major water courses and canalized waterways the use of other methodologies is imperative. Diatoms and diatom indices are well adapted to the study of these environments. Among these, the Specific Polluosensitivity Index (SPI) established by CEMAGREF seems to be one of the better performing diatom indices. Calculation of this index relies on the Zelinka & Marvan formula derived from the saprobic system: SPI=[Epsilon]A[inf]j v[inf]j i[inf]j / [Epsilon] A[inf]j v[inf]j where A[inf]j is the relative abundance of the species j, v j is its indicative value ( 1 [smaller or equal] v[inf]j [smaller or equal] 3) and i[inf]j its pollution sensitivity (1 [smaller or equal] i[inf]j [smaller or equal] 5). The values initially falling in the range between 1 and 5 are transformed into values comprised between 1 and 20, in order to make comparisons between the various existing indices easier. Five categories of water quality can be distinguished according to the value of the index: SPI [Bigger or equal] 16: zero pollution or low eutrophication; 13.5 [smaller or equal] SPI < 16: moderate eutrophication; 11 [smaller or equal] SPI < 13.5: moderate pollution or heavy eutrophication; 7 [smaller or equal] SPI < 11: high pollution; SPI < 7 : very heavy pollution. However, the SPI index is rarely used because of two main obstacles: it requires data at a specific or even infraspecific level, and it is based on constantly changing systematics. Progress towards increased accessibility and, therefore, larger application was made with the elaboration of the Generic Diatomic Index (IDG) based on the same principle as the SPI. However, this GDI does not yield reliable results, in so far as certain genera, such as Navicula and Nitzschia, contain species with a widely differing ecologies. In order to provide a methodology that can be used as a matter of routine, a protocol for the elaboration of a Practical Diatomic Index (PDI) was established and tested on 86 inventories from the water basin of the river Aa (North of France). These were first classified into four categories according to the variations observed between SPI and GDI: category 1: |SPI-GDI| [bigger or equal] 3 ; category 2: 2 [smaller or equal] |SPI-GDI|; category 3: 1 [smaller or equal] |SPI-DGI| < 2 ; category 4: |SPI-DGI| < 1. For each of the first three categories, the species responsible for the variations were identified, taking into consideration those with a relative abundance of more than 5%, the pollution sensitivity of which showed, compared to the corresponding genus, a variation higher than or equal to 0.4. Thus, three indices corresponding respectively to category 1 (PDI1), 2 (PDI2), and 3 (PDI3) were proposed and tested against the SPI taken as reference index. The results of this comparative study can be summarized as follows:- GDI=0.57 SPI + 5.47 r=0.801 (242 species), - PDI1=0.86 SPI + 1.12 r=0.972 ( 27 species), - PDI2=0.95 SPI + 0.55 r=0.991 ( 39 species), - PDI3=0.96 SPI + 0.45 r=0.994 ( 42 species). To test the implications of replacing the presently used SPI by this practical index, a comparative study of the classification of inventories in four categories of hydrobiological quality was also carried out. This study shows that the mean, at - 1.76 ± 2.25 for the GDI, is reduced to 0.14 ± 0.94 for PDI1, to - 0.07 ± 0.51 for PDI2, and to - 0.07 ± 0.45 for PDI3. Given the variability of the index at one and the same site and in one sampling, PDI2 considered to be the best compromise between reliability and network applicability. The methodology corresponding to PDI2 was applied to the 480 samplings carried out in the Artois-Picardie basin and a new Practical Diatom Index is thus proposed for the monitoring of the 200 sites making up the monitoring network of the Artois-Picardie water basin. This PDI, built on a base of more than 550 species and varieties, rests on the joint determination of 45 genera and 91 species of which the pollution sensitivity coefficients and the indicative values are given

A new cell primo-culture method for freshwater benthic diatom communities

A new cell primo-culture method was developed for the benthic diatom community isolated from biofilm sampled in rivers. The approach comprised three steps: (1) scraping biofilm from river pebbles, (2) diatom isolation from biofilm, and (3) diatom community culture. With a view to designing a method able to stimulate the growth of diatoms, to limit the development of other microorganisms, and to maintain in culture a community similar to the original natural one, different factors were tested in step 3: cell culture medium (Chu No 10 vs Freshwater “WC” medium modified), cell culture vessel, and time of culture. The results showed that using Chu No 10 medium in an Erlenmeyer flask for cell culture was the optimal method, producing enough biomass for ecotoxicological tests as well as minimising development of other microorganisms. After 96 h of culture, communities differed from the original communities sampled in the two rivers studied. Species tolerant of eutrophic or saprobic conditions were favoured during culture. This method of diatom community culture affords the opportunity to assess, in vitro, the effects of different chemicals or effluents (water samples andindustrial effluents) on diatom communities, as well as on diatom cells, from a wide range of perspectives

Les diatomées et les indices diatomiques dans les réseaux de mesure de la qualité des cours d'eau français : historique et avenir

The use of diatoms and diatom indices in the networks for measurement of the quality of French watercourses was initiated on the Seine in 1970. In 1994, the six French Water Agencies associated with Cemagref to elaborate a practical diatom index liable to be used routinely in the whole French territory and to promote and facilitate its use in monitoring networks. This index should take its place next to the Global Biological Standardized Index in the biological section of the future quality assessment system for watercourses, at present being elaborated. / L'utilisation des diatomées et des indices diatomiques dans les réseaux français de mesure de la qualité des eaux a débuté en 1970 sur la Seine. En 1994, les Agences se sont associées avec le Cemagref pour mettre au point un indice diatomique applicable en routine sur l'ensemble du territoire français et pour promouvoir et faciliter son utilisation en réseau de surveillance. Cet indice doit rejoindre l'Indice Biologique Global Normalisé au sein du volet biologique du futur système d'évaluation de la qualité des cours d'eau, actuellement en cours de réalisation

Utilisation des indices diatomiques pour la mesure de la qualité des eaux du bassin Artois-Picardie : bilan et perspectives

En raison de la nature particulière des cours d'eau de son bassin, l'Agence de l'Eau Artois-Picardie a adopté en 1988 les diatomées et les indices diatomiques pour l'estimation de la qualité biologique de l'eau. Six indices ont été testés. Les résultats montrent que l'IPS ou Indice de Polluosensibilité Spécifique (Coste in CEMAGREF 1982) est le seul à donner une évaluation réaliste de la qualité des eaux. Cet indice intègre en effet des phénomènes tels que la pollution organique exprimée par la DBO5, la DCO ou l'ammonium, la salinité exprimée par la conductivité et les chlorures ou encore l'eutrophisation qu'elle soit réelle et exprimée par la chlorophylle ou potentielle et exprimée par les phosphates. Ces trois phénomènes sont les principaux facteurs responsables de la variation de la qualité des eaux dans le bassin. Par ailleurs, les conditions physicochimiques étant particulièrement stables tout au long de l'année, les indices diatomiques calculés en septembre sont représentatifs de la qualité estivale des eaux. Différentes simulations ont été effectuées, à l'aide du logiciel OMNIDIA, en vue de la mise au point d'un indice pratique fiable applicable en routine. Les résultats montrent que la meilleure approche consisterait à travailler au niveau générique avec parfois des déterminations à l'espèce

Les diatomées et le diagnostic de la qualité des eaux courantes continentales : les principales méthodes indicielles

A great number of biological methods for the measurement of the quality of running waters has been elaborated. Among the European indices, the IPS elaborated by Cemagref, seems to be the most performing one. The elaboration of a national practical diatom index is at present underway in the framework of an inter-Agencies study. / De nombreuses méthodes biologiques pour la mesure de la qualité des eaux courantes ont été mises au point. Depuis les années 50, des méthodes basées sur l'examen de la flore algale et plus particulièrement diatomique ont été proposées. Parmi les indices d'origine européenne, l'IPS mis au point par le Cemagref apparaît comme le plus performant. La mise au point d'un indice diatomique pratique national fait actuellement l'objet d'une étude inter-agence. Cette étude devrait déboucher sur la proposition d'une méthodologie complète incluant les technique d'échantillonnage et de traitement des échantillons, des clés de déterminations appropriées et un logiciel de calcul indiciel

Determination of the biological diatom index (IBD NF T 90-354): results of an intercomparison exercise

A diatom intercomparison exercise on sampling, slide preparation, counts and identification has been carried out in September 1999 with 24 French-speaking diatomists on the River Loup (Alpes Maritimes, France). Few operators strictly respected the standard, especially for the number of individuals to be counted. It has however been demonstrated this had a very low impact on the index value and that old counts can be used for index calculation, if there are at least 300 frustules or valves. Counts higher than 400 did not lead to a better precision. The total variability largely depended on the operator and was distributed unevenly between sampling, which appears to be a critical stage, slide preparation and counting. For those who strictly respected the standard procedure, the natural variability can be estimated to about one unit value of the Biological Diatom Index. This intra-operator variability can be considered as very low, as the IBD scale is from 0 to 20, and not significant in assessing water quality. Despite this, the inter-operator variability is greater. When comparing operators' results, after excluding those who did not respect the standard requirements, the main source of variability is due to misidentifications, especially for small Achnanthes (A. minutissima and A. biasolettiana) and Cocconeis (C. placentula var. placentula, var. euglypta and var. lineata). Intercomparison exercises, internet exchanges for checking and reference material collections should be encouraged both to satisfy the internal and external quality controls and to acquaint biologists with the importance of field and laboratory protocols, as well as to allow progress in diatom identification

Influence du milieu canalisé sur l'Indice Biologique Diatomées

International audienceL'Indice Biologique Diatomées (IBD2007) est actuellement le seul indicateur floristique appliqué en routine dans les cours d'eau canalisés de France. Dans le bassin Artois-Picardie, 44 % des stations échantillonnées pour les diatomées sont de type « canal », et plus de 80 % de ces cours d'eau canalisés sont navigués pour la plaisance ou pour le trafic commercial. La pertinence d'un IBD influencé par des contraintes techniques obligatoires se pose, dans un objectif d'atteinte du bon potentiel écologique. Une première étude menée en 2010-2011 dans le bassin Artois-Picardie, restreinte à un nombre limité de stations et d'années de suivi, avait mis en évidence un impact de la canalisation des milieux et de la navigation sur les peuplements diatomiques et sur les notes IBD. L'étude avait également montré que la qualité physico-chimique des canaux était moins bonne que celle des cours d'eau naturels. Ces 2 éléments légitiment le fait de devoir imaginer un dispositif d'évaluation spécifique aux canaux. En 2017, une étude plus vaste est lancée, avec les soutiens technique d'Irstea et financier de l'AFB. Dans un 1er temps, l'étude a débuté sur le bassin Artois-Picardie, le plus canalisé et navigué de France, afin de mettre en évidence des tendances générales sur la composition taxonomique des canaux et l'incidence sur les notes IBD. Dans un second temps, après validation des hypothèses et établissement d'un protocole de travail, l'étude sera étendue à l'échelle nationale. Dans cette perspective, un travail d'acquisition des données est actuellement en cours. Les premiers résultats sur le bassin Artois-Picardie montrent que sur une décennie environ (2007-2015), les notes IBD établies en canaux sont en effet inférieures aux notes IBD en rivières (en moyenne 13,1 ± 0,2 et 14,1 ± 0,2 respectivement). Un travail plus approfondi en lien avec la composition floristique est actuellement en cours, et orienté sur la recherche d'explications à ce phénomène : incidence du mode de prélèvement en canaux, batillage ou encore remise en suspension de sédiments contaminés dans les cours d'eau navigués. Cette étude nationale devrait déboucher à terme sur la proposition d'un dispositif particulier d'évaluation adapté aux canaux ou cours d'eau canalisés, fonctionnant sur des grilles d'EQR différentes de celles des cours d'eau et calées sur la notion de bon potentiel écologique

Monitoring methods based on algae and macrophytes

Monitoring methods based on algae and macrophyte