Biodiversité

Développement d’outils intégratifs passifs et de biomonitoring pour mieux mesurer la qualité de l’eau

Découvrez les travaux de recherches des chercheurs INRAE pour mieux détecter les concentrations moyennes de pesticides dans les cours d’eau et évaluer les impacts qu’ils peuvent avoir sur le milieu aquatique.

Publié le 04 août 2020

illustration Développement d’outils intégratifs passifs et de biomonitoring pour mieux mesurer la qualité de l’eau
© INRAE

Contexte du projet :
Adoptée par l’Europe en 2000, la directive cadre sur l’eau (DCE) introduit de nouvelles notions modifiant notre approche dans la gestion de l’eau qui avait été jusqu’alors sectorielle, selon le type de milieu, le type d’usages ou la nature des pollutions (nitrates, substances dangereuses). Pour les cours d’eau, elle fixe comme objectifs environnementaux de protéger, d’améliorer et de restaurer leur qualité, mais également de réduire la pollution due à certaines substances chimiques dites « substances prioritaires »[1].

L’ensemble des compartiments des milieux aquatiques est pris en compte (eau, sédiment, faune et flore), avec l’obligation d’atteindre le bon état de tous les cours d’eau à des échéances impératives. Le bon état est atteint lorsque l’état chimique d’un cours d’eau ainsi que son état écologique sont au moins « bons ».

L’état chimique est apprécié sur la base de la comparaison des concentrations dans le milieu de chacune des 45 substances prioritaires (SP) exprimées sous forme de moyenne annuelle et de concentration maximale avec leur norme de qualité environnementale (NQE), c’est-à-dire la concentration dans l’eau, le sédiment ou le biote ne devant pas être dépassée afin de protéger la santé humaine et l’environnement.

Parmi ces SP on retrouve des produits industriels, des produits de consommation courante et bon nombre de pesticides de synthèse d’usages actuel et passé (par ex. insecticides organochlorés). L’état écologique d’un cours d’eau est quant à lui l’appréciation de la structure et du fonctionnement des écosystèmes aquatiques associés à ce cours d’eau.

Cette évaluation s’appuie sur différents éléments de qualité biologique (algues, plantes aquatiques, invertébrés et poissons) et sur l’hydromorphologie et la physico-chimie des cours d’eau (dans la mesure où ces éléments influent sur la biologie des organismes), et s’établit sur la base d’un écart à des conditions de référence (i.e. conditions représentatives d’un cours d’eau très peu influencé par l’activité humaine).
Les concentrations de certains polluants spécifiques (PSEE) parmi lesquels figurent de nombreux herbicides et fongicides sont également mesurées dans les cours d’eau pour évaluer le bon état écologique.

Pour atteindre ces objectifs de bon état, les acteurs en lien avec la gestion des cours d’eau et des milieux aquatiques s’appuient, pour chaque district hydrographique (ou « bassin DCE ») :

  • Sur un état des lieux qui comprend une analyse des activités et des usages s’exerçant sur le territoire et une synthèse des impacts subis par les eaux de surface ;
  • Sur un programme de surveillance de l’état des eaux ;
  • Et sur un plan de gestion qui fixe pour 6 ans les objectifs de qualité à atteindre pour chaque cours d’eau du bassin et définit un programme de mesures territorialisé, décrivant les actions nécessaires à la réalisation de ces objectifs.

Les données recueillies dans le cadre de la surveillance fondent la connaissance de l’état des eaux et des impacts des activités humaines dont dépendent en grande partie l’efficacité et la pertinence des programmes de mesures. Actuellement, plus de la moitié des paramètres recherchés dans les programmes de surveillance DCE sont des produits phytosanitaires.

Or, malgré un effort d’analyse sans précédent, les données de la surveillance de la contamination des eaux par les produits phytosanitaires souffrent encore d’un manque de représentativité temporelle en raison de la nature variable de cette contamination, avec une forte dépendance vis-à-vis des périodes de traitement et de la pluviométrie.

Les échantillonnages ponctuels d’eau réalisés dans le cadre des suivis DCE à intervalles relativement espacés (≥ 1 mois), ne rendent que partiellement compte des fluctuations des concentrations en contaminant au cours du temps, et peuvent conduire à une appréciation biaisée de la contamination du milieu (notamment par des substances transférées sous forme de pulses de courte durée).

Par ailleurs, en limitant les suivis aux substances figurant dans les listes prioritaires (SP/SDP et PSEE) ou à celles possédant un seuil de danger (concentration sans effet prévisible sur l’environnement, PNEC), les méthodes d’évaluation actuelles ne rendent que partiellement compte de la diversité des molécules et des niveaux de concentration auxquels les organismes sont exposés dans le milieu, rendant difficile l’interprétation des résultats en termes de risque (éco)-toxique.

L’approche NQE, qui s’applique à chaque substance prise individuellement, ne permet également pas d’évaluer l’effet des interactions de ces dernières au sein de mélanges.

ZOOM sur les objectifs du projet :
C’est précisément dans la volonté de pallier les lacunes d’un diagnostic d’impact des produits phytosanitaires uniquement basé sur un échantillonnage ponctuel de faible fréquence et sur des mesures chimiques, qu’est né le Projet IMPACT-CE. Il s’inscrit dans le plan national Ecophyto II [2] avec un suivi de l’Office Français de la Biodiversité.

Dans le cadre de la réduction des risques liés aux produits phytopharmaceutiques, le suivi national du plan Ecophyto nécessite en effet d’élargir la gamme des indicateurs pour mieux évaluer les usages et leurs évolutions mais également pour mieux cerner l’impact de l’utilisation de ces substances. Le projet IMPACT-CE s’inscrit dans le développement et l’application d’outils de mesure et d’indicateurs de l’impact in situ des substances phytopharmaceutiques sur les cours d’eau.

Les recherches se sont appuyées sur :

  • Des bassins versants agricoles présentant des caractéristiques diversifiées en termes d’occupation du sol, de pratiques agricoles et de climat,
  • La mise en œuvre combinée d’un panel d’outils intégratifs,
  • L’implication des gestionnaires des sites dans le déploiement des outils. 

Les outils mis en œuvre sont constitués d’échantillonneurs passifs pour la mesure chimique de la présence des contaminants dans le cours d’eau et d’outils de bio-monitoring basés sur des Gammares encagés, des communautés microbiennes et des macro-invertébrés aquatiques.

Le Projet avait pour objectifs de mettre en exergue l’intérêt de ces outils pour mieux faire le lien entre les impacts mesurés et les pratiques agricoles et d’évaluer la faisabilité de leur transfert opérationnel et de leur déploiement par les gestionnaires.

Le rapport de synthèse des résultats sera accessible sur le site de l’OFB au cours de l’automne 2020.


[1] Des objectifs de suppression des émissions, des rejets et des pertes dans les milieux aquatiques sont également imposés pour des substances prioritaires dangereuses (SPD) présentant des critères de persistance, de bioaccumulation et de toxicité envers les organismes aquatiques, ou divers effets nocifs envers la santé humaine (substances chimiques présentant un caractère cancérogène, mutagène ou toxique pour la reproduction), ou encore pour des substances extrêmement préoccupantes présentant un caractère perturbateur endocrinien (PE).

[2] EcoPhyto 2 est un plan national co-piloté par les ministères en charge de l’agriculture et de l’environnement, qui prend en compte les nombreuses actions mises en œuvre lors de la première phase (EoPhyto I - 2009-2014) dans l’objectif de réduire l’usage, les risques et les impacts des produits phytosanitaires, tout en améliorant la diffusion des solutions alternatives existantes.

Découvrez la mise en place de ce projet :

1. Podcast - Episode 1 : Entretien avec Véronique Gouy Boussada, chercheuse à INRAE, coordinatrice du projet IMPACT-CE ?

Découvrez les principaux outils par des entretiens avec les scientifiques du projet et les fiches synthétiques de présentation des différents outils :

2. Podcast - Episode 2 : Entretien avec Christelle Margoum, chercheuse à INRAE, présentant les échantillonneurs passifs intégratifs ?

3. Podcast - Episode 3 : Entretien avec Arnaud Chaumot, chercheur à INRAE, présentant l’outil “ Gammares ”?

4. Podcast - Episode 4 : Entretien avec Chloé Bonnineau, chercheuse à INRAE présentant la méthode “ PICT ”?

5. Podcast - Episode 5 : Entretien avec Jérémy Jabiol, chercheur en charge de coordonner l’outil de dégradation de litières végétales ?

Quelques exemples de résultats sous la forme de questions - outils - réponses : 
L’ensemble des résultats sera consultable dans le rapport final. On a tenté ici de les présenter de manière simple et synthétique à travers la réponse à des questions fréquemment posées par les gestionnaires de la qualité de l’eau :

Retour d’expérience d’un gestionnaire impliqué dans le Projet Impact-CE : échange avec Frédéric Barrez d’Eau de Paris

Bilan et perspectives :
Le projet Impact-CE a permis de mettre en évidence l’apport spécifique de divers outils intégratifs permettant d’obtenir une vision plus avisée de l’impact chimique et biologique des produits phytosanitaires sur les cours d’eau. Ces outils n’ont certes pas vocation à remplacer les suivis par échantillonnage ponctuel qui donnent, quant à eux, une vision instantanée plus quantitative de cette contamination. Ils apportent, en revanche, des informations plus représentatives dans le temps qui en font de meilleurs outils pour hiérarchiser des bassins contributifs à la contamination. Ils sont également plus robustes pour rendre compte d’évolutions interannuelles de pratiques, même s’il peut rester délicat de dissocier l’effet de changements limités de pratiques de celui de variations climatiques importantes.

Les résultats confirment également que, grâce à leur capacité d’accumulation, les échantillonneurs passifs peuvent mettre en évidence des substances non vues par les mesures ponctuelles car présentes en très faible quantité, comme des produits de dégradation, ou seulement mobilisées de manière fugace, lors des crues.

Il montre également la plus-value de mettre en regard des informations chimiques et biologiques pour affiner le diagnostic d’impact, en asseoir la pertinence en termes de causes possibles et apporter des informations complémentaires en termes de qualité et de bon fonctionnement des écosystèmes.

En perspectives, il semble essentiel que ces outils puissent être mieux connus et appropriés par les gestionnaires de terrain, par le biais de formations mais aussi d’accompagnement. Des initiatives dans ce sens se mettent en place, notamment dans le cadre du réseau AQUAREF pour les échantillonneurs passifs en appui à l’amélioration de la surveillance pour la DCE, qui pourraient être élargies aux objectifs de diagnostics et d’évaluation de plans d’action. En ce qui concerne les outils biologiques, il existe une plus grande hétérogénéité en terme de niveau d’aboutissement et de spécificité des outils testés vis-à-vis de l’impact des produits phytosanitaires.

Cette boite à outil est donc appelée à évoluer et à s’enrichir, par exemple, à travers une meilleure prise en compte de la diversité des modes d’actions des substances et un élargissement des espèces ou des communautés considérées pour être encore plus représentatives de la vie au sein des cours d’eau. Par ailleurs, il paraît essentiel pour un bon diagnostic d’impact de combiner des indicateurs de diversité biologique et des indicateurs permettant de juger de la bonne réalisation des fonctions essentielles des écosystèmes aquatiques. Enfin, il semble également important de renforcer le développement d’indicateurs qui permettent d’évaluer les effets sur le long terme ainsi que de réaliser des diagnostics précoces d’altération.

Les partenaires du projet :
Des équipes de chercheurs dans différentes disciplines :
INRAE : Riverly, CARMA et l’UMR Agroécologie, l’UMR CNRS-Université de Lorraine : LIEC, l’UMR CNRS-Université Blaise Pascal : LMGE, l’UMR CNRS-Université Paul Sabatier : Ecolab.

Des gestionnaires impliqués sur les sites d’étude :
Le Syndicat Interdépartemental Mixte pour l’Aménagement de la Coise et de ses affluents pour le site Coise (Monts du Lyonnais), le Syndicat Mixte des Vallées de la Veyre et de l'Auzon pour le site Charlet (Plaine de la Limagne), Eau de Paris pour le site de l’AAC des Sources de La Vigne (Bassin parisien), la Ville de Lons pour le site de l’AAC de Lons le Saunier (Bresse jurassienne) et le Syndicat Mixte des Rivières du Beaujolais pour le site complémentaire de l’AAC de l’Ardières (Beaujolais) étudié dans un précédent projet.

Véronique Gouy Boussada Ingénieure-chercheuseRiverLy - équipe PollDiff - INRAE Lyon-Grenoble Auvergne-Rhône-Alpes

Olivier Perceval Chargé de mission recherche Ecotoxicologie »OFB - Direction de la recherche et de l'appui scientifique

Le département

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