Bioindicateur

Un bioindicateur est un indicateur constitué par une espèce végétale, fongique ou animale ou par un groupe d'espèces (groupe éco-sociologique) ou groupement végétal dont la présence ou l'état renseigne sur certaines caractéristiques écologiques (c'est-à-dire physico-chimiques, microclimatique, biologiques et fonctionnelle) de l'environnement ou sur l'incidence de certaines pratiques.

Les trichoptères (larves, adultes) font partie des indicateurs de bonne qualité des eaux douces. Ils sont utilisés pour mesurer le chemin à parcourir pour atteindre le « bon état écologique » demandé pour 2015 par la Directive cadre sur l'eau

L'idée selon laquelle la qualité du paysage et la richesse en certaine espèces végétales ou animales indique une qualité globale de l'environnement n'est pas nouvelle. J. Perrève, ancien procureur du roi et juge, écrivait en 1845 : « La nature a planté sur tous les sites du globe les végétaux propres à la nourriture de ses habitants ; et de la richesse du règne végétal dépendent privativement toutes les existences animales^[1] ». Il établissait clairement un lien de dépendance de la faune à la flore.

L'utilisation rationnelle et scientifique de la bioindication est cependant récente, avec notamment la bioévaluation environnementale (suivi de l'état de l'environnement, ou de l'efficacité de mesures compensatoires ou restauratoires).

Principes

Le principe est d'observer des effets biologiques ou écosystémiques, au niveau de l'individu et/ou de populations ou écosystèmes (à l'échelle de la biosphère ou de grands biomes éventuellement).

Ces effets doivent être mesurables via l'observation de divers degrés d'altérations morphologiques, comportementales, tissulaires ou physiologiques (croissance et reproduction), conduisant dans les cas extrêmes à la mort de ces individus ou à la disparition d'une population.

Chaque plante possède un biotope primaire. On sait par exemple que :

• le mouron des oiseaux pousse plutôt sur des sols équilibrés, alors que l'ambroisie prolifère sur des sols déstructurés ou salés (puisque son biotope primaire est constitué de régions arides où le sol est déstructuré et où le sel remonte souvent) ;
• le lichen est un bioindicateur efficace de certaines pollutions de l'air dans une forêt ou une ville. D'autres indicateurs chercheront à mesurer les effets sur la biodiversité de la gestion (ou non gestion) des milieux naturels^[2] ;
• la petite oseille (Rumex acetosella) indique des sols très pauvres en argile et en humus, très secs, très peu fertiles alors que la grande oseille (Rumex acetosa) indique des sols équilibrés, très fertiles^[3].

Propriétés d’un bon bioindicateur

• Il doit être suffisamment (normalement ou anormalement) répandu sur le territoire concerné, y être relativement abondant et si possible facilement détectable.
• Sauf dans le cas où l'on veut mesurer la mobilité d'espèces, il doit être le plus sédentaire possible pour refléter les conditions locales.
• Il doit avoir une taille rendant possible l’étude de ces différents tissus et de leurs composantes (muscles, os, organes dans le cas d'un animal…).
• Il doit tolérer les contaminants avec des effets sub-létaux.
• Il doit survivre hors du milieu naturel et tolérer différentes conditions de laboratoires (pH, température…).
• Une relation entre la concentration en contaminants dans le milieu externe et la concentration dans l’organisme doit exister.

Certains bioindicateurs sont aussi des biointégrateurs ; ils peuvent être doublement utiles dans le cadre de programmes de biosurveillance.

Bio-surveillance de la qualité de l'air^[4]

Définition

La bioindication relative à la qualité de l'air est l'utilisation d'organismes sensibles à un polluant donné présentant des effets visibles macroscopiquement ou microscopiquement, afin d'évaluer la qualité de l'air. Celle-ci fournit une information semi-quantitative sur la contamination atmosphérique et permet d'apprécier directement les impacts environnementaux des polluants.

L'observation d'organismes bioindicateurs complète généralement les dispositifs de mesures automatiques ou orientent les choix de molécules à analyser.

Exemples

Chaque espèce de lichen a une sensibilité propre à certains polluants et à une certaine dose de ce polluant (SO2 par exemple), ce qui leur confère un intérêt particulier

• Les lichens (organisme résultant d'une symbiose algue-champignon) se développent sur divers substrats (sol, écorces, toits, pierres, etc.). Ils réagissent à des doses très faibles de certains polluants (acides notamment) bien avant les animaux et bien avant que les pierres des monuments ne soient dégradées. Chaque espèce de lichen résiste à un taux spécifique de pollution. Quelques espèces profitent d'un enrichissement de l'air en azote. L'observation de populations de lichens permet ainsi de suivre l'évolution de certaines pollutions au fil du temps. En forêt, la disparition des lichens peut indiquer des taux élevés de dioxyde de soufre, la présence de fongicides dans la pluie, ou de polluants à base de soufre et d'azote.
• Les bryophytes (mousses) sont utilisés pour la biosurveillance en Europe des retombées métalliques ou radioactives, en tant qu'accumulateurs de métaux ou radionucléides, et pour étudier les niveaux dits de « fond », avec en France le dispositif BRAMM (Biosurveillance des retombées atmosphériques métalliques par les mousses), qui cartographie sur 15 ans au moins les évolutions de teneurs en éléments métalliques et azote en France métropolitaine, en milieu rural et forestier. Quatre campagnes (1996, 2000, 2006 et 2011) ont été menées, sur près de 500 sites de collecte^[5]. Une lacune de donnée pour le nord du pays est due à la régression des mousses utilisées par le protocole. Ce travail complète le réseau Atmo français de surveillance de l'air et s'inscrit dans le dispositif MERA (MEsure des Retombées Atmosphériques) qui est la part française du réseau européen EMEP (suivi des pollutions atmosphériques longue distance et trans-frontières). Il s'inscrit aussi dans un programme européen de suivi des métaux dans les mousses (UNECE-LRTAP) Programme International Concerté (PIC) relatif aux « effets de la pollution atmosphérique sur la végétation naturelle et les cultures » de la Commission économique pour l'Europe des Nations unies dans le cadre de la Convention de Genève^[6].
• Le trèfle et le tabac permettent de qualifier et quantifier la teneur de l'air en ozone.

• Les Pétunias peuvent servir de bioindicateurs de la quantité d'hydrocarbure dans l'air.^{[réf. souhaitée]}

L'abeille est un bioindicateur intéressant de l'environnement proche et périphérique, car elle butine dans un rayon de 3 km environ autour de sa ruche

• L'abeille est utilisée depuis peu et a fait ses preuves en tant que bioindicateur. Elle butine, se pose sur le sol et boit de l'eau, ce qui lui confère le rôle de témoin de la qualité environnementale globale. Une étude récente sur l'utilisation de l’abeille pour caractériser le niveau de contamination de l’environnement par les xénobiotiques a montré que les abeilles peuvent être utilisées pour caractériser le niveau de contamination de l’environnement et en particulier pour les métaux lourds, les HAP et les PCB. Elles ont également été utilisées lors d'accidents industriels, par exemple lors de l'accident de Tchernobyl, pour détecter la présence de radio-isotopes.

Bio-surveillance de la qualité de l'eau

Définition

La bioindication relative à la qualité de l'eau est l'utilisation d'organismes sensibles à un polluant donné présentant des effets visibles macroscopiquement ou microscopiquement, afin d'évaluer la qualité de l'eau. Celle-ci fournit une information semi-quantitative sur la contamination du milieu aquatique et permet d'apprécier directement les impacts environnementaux des polluants.

Exemples

Les amphibiens, les odonates et les invertébrés benthiques sont couramment utilisés pour la bio-évaluation de la qualité des zones humides ou des eaux et sédiments.

Certains invertébrés benthiques sont de très bons bio-indicateurs de la qualité des eaux douces et peuvent aussi spécifiquement être étudiés pour l'évaluation des concentrations en différents métaux ou de certains polluants organiques. Il est alors important de déterminer la voie d’entrée du contaminant dans l’organisme. Les individus peuvent absorber les métaux à partir de l’eau directement via leurs branchies et/ou à travers l’alimentation par l’ingestion de proies. L’importance relative d’une voie d’entrée varie selon les espèces et les contaminants étudiés et peut être obtenue en soumettant le bio-indicateur à différents traitements de présence du contaminant dans l’eau ou les aliments seulement.

Dans un organisme, certains organes tels que les reins ou le foie sont d'important lieux d'accumulation de métaux lourds ou d'autres polluants chez les poissons notamment. Les métaux pénétrant dans un organisme peuvent être absorbés par des métalloprotéines qui détoxifient les milieux cellulaires. Elles sont produites en présence du contaminant et sont à la base du mécanisme de régulation. Les lysosomes et les granules cellulaires peuvent aussi servir à séquestrer ces métaux. Les mécanismes varient selon les bio-indicateurs et les contaminants étudiés. Les plus récentes études permettent de connaître la partition subcellulaire des métaux dans un tissu particulier (foie, branchies, intestins), autant de données qui apportent des informations sur la nature des polluants d'un milieu et sur la durée et le degré d'exposition à ces polluants pour les espèces d'un écosystème donné. La présence de mutations, plaies, parasitoses ou dégénérescences apportent des informations complémentaires qui intéressent aussi l'écotoxicologue et l'écologue.

Les mollusques sont aussi très largement utilisés comme bioindicateurs, que ce soit pour les milieux d'eau douce ou les milieux marins côtiers. La structure de leur population, leur physiologie, leur comportement et les niveaux d'accumulation de différents contaminants dans leurs tissus peuvent donner des informations très importantes sur l'état de santé d'un milieu et son niveau de contamination. Ils sont particulièrement utiles car ils sont sessiles et donc caractéristiques du lieu où on les trouve ou on les implante. Parmi les applications les plus connues, on peut citer l'imposex ou le Mussel Watch Programme^[7] américain qui sont de très bonne exemples de ce qu'on peut retrouver aujourd'hui dans différents pays.

L'être humain comme bioindicateur

L’homme, le spermatozoïde, la fertilité humaine, la durée moyenne de vie, le taux de cancers (et leur nature) ou le taux d'autres maladies peuvent faire partie des batteries d'indicateurs évaluant l'état de l'environnement.

Ce sont les « intégrateurs naturels » les plus objectifs d'un état environnemental et donc des impacts des activités humaines combinés à d’éventuels aléas « bio-géo-climatiques » naturels, ce qui les rend éventuellement plus facilement contestables. L'avantage est qu'ils traduisent une réalité biologique. Ils peuvent confirmer ou infirmer les indices de performance. L'inconvénient est qu'ils sont parfois frustrants pour l’utilisateur, car s’ils mettent en évidence un problème et ses symptômes, ils n'en désignent pas avec certitude (avant expérience de confirmation) les causes (souvent multiples).

Les bioindicateurs ne sont pas une agrégation d’indicateurs mesurés. Ils intègrent naturellement l’extrême complexité, les synergies et les inerties propres aux écosystèmes.

De nombreux acteurs susceptibles d’être responsables d'une dégradation environnementale nieront donc aisément leur responsabilité. La bioindication est cependant utile ou nécessaire à de nombreux protocoles d'évaluation et parfois à l’application du principe de précaution.

La Commission européenne en 2007, après quatre ans de discussions sur le thème « Santé-Environnement », a validé un projet pilote de biosurveillance chez l'homme.

Vers une normalisation des protocoles, des matériels et des rendus

Après un stade de recherche et de validation scientifiques, le développement de l'utilisation de la bioindication par les AASQA et par les réseaux de vigilance de l'environnement par les industriels, les services de l'état, et le fait qu'elle utilise du matériel vivant pour obtenir des informations (qualitatives et parfois quantitatives) sur l'état de l'environnement amènent les acteurs à produire des protocoles de plus en plus normalisés afin qu'ils soient utiles pour tous, y compris dans des domaines plus récemment explorés tels que la qualité de l'air intérieur, la santé environnementale (biosurveillance humaine) ou l'usage pédagogique de la bioindication.

Pour l'eau, en Europe, le cadre minimal est celui de la DCE, décliné en 2010 en France par un arrêté^[8] qui a précisé les méthodes et critères d'évaluation de l’état écologique, de l’état chimique et du potentiel écologique des eaux de surface.

La bioindication a fait l'objet d'avancées synthétisés en 2013 par l'ONEMA dans un guide publié en 2013^[9]. Les règles d'évaluation de qualité de l'eau fixées en janvier 2010^[8] ne s'appliquent qu'au premier cycle d'évaluation de la DCE (2010-2015)^[9]. Elles vont ensuite évoluer pour le deuxième cycle DCE (2016- 2021) avec une intercalibration et une meilleure pertinence et « DCE-compatibilité » des méthodes de bioindication en intégrant les progrès de la connaissances des impacts et pressions anthropiques sur la ressource^[9].

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

• (fr) Dossier sur l'évaluation du risque toxique dans les rivières (Irstea)
• (fr) Dossier technique sur l'évaluation des risques toxiques dans les milieux Aquatiques (Revue Sciences, Eaux et Territoires)
• (fr) Feuilles de tabac comme bioindicateur de pollution de l'air (Document APPA Nord/Pas-de-calais).

Bibliographie

• J.P. Garrec et Van Haluwyn, C. (2002), Bio-surveillance végétale de la qualité de l'air, Tec & Doc, 116 p.
• Hess G.R., Bartel R.A., Leidner A.K., Rosenfeld K.M., Rubino M.J., Snider S.B. & Ricketts T.H. (2006). Effectiveness of Biodiversity Indicators Varies with Extent, Grain, and Region. Biological Conservation, 132, 448-457
• Levrel, Harold, Quels indicateurs pour la gestion de la biodiversité ; Institut français de la biodiversité], Oct. 2007 (PDF, 99pages).
• I. Roy et L. Hare, (1998), Eastward range extension in Canada of the alderfly Sialis Velata, and the potential of the genus as a contaminant monitor, Entomological News 109 (4) : 285-287.
• Borgmann, U. Nowierski, M., Grapentine L.C. et Dixon, D.G. (2004), Assessing the cause of impacts on benthic organisms near Rouyn-Noranda, Quebec, Environmental Pollution 129 : 39-48.
• Van Haluwyn, Chantal, Lerond, M. ; Guide des lichens (pour le diagnostic écholichénique de la qualité de l'air), Ch.Van Haluwyn, M. Lerond (deux spécialistes de la bioindication), Ed LeChevallier, Paris, 1993.
• Hunsaker C.T., 1993. New concepts in environmental monitoring: the question of indicators. The science of total environment. Supplement, pp. 77–95
• ONEMA (2013), Bioindication, des outils pour évaluer l'état écologique des milieux ; synthèse des contributions scientifiques apportées à Paris aux journées des 19 et 20 avril 2011, avec plus de 200 scientifiques et gestionnaires des milieux aquatiques invités à faire le point sur la biodindication (pour la France métropolitaine), et synthèse des discussions qui en ont découlé en 2012 dans le groupe de travail DCE - Eaux de surface continentales (DCE-ESC) (présentation de l'ouvrage), PDF, 31 p.

Notes et références

1. ↑ J. Perrève (1845), Traité des délits et des peines de chasse dans les forêts de l'état, les propriétés de la liste civile, des communes, des établissements publics et des particuliers, chez P. A. Manceron, 1845 - 464 pages - 464 pages
2. ↑ « Quels indicateurs pour la gestion de la biodiversité ? », Cahier de l'IFB, octobre 2007.
3. ↑ Les plantes bio-indicatrices.
4. ↑ J.P. Garrec et Van Haluwyn, C. (2002), Biosurveillance végétale de la qualité de l'air, Tec & Doc, 116 p.
5. ↑ Description du programme BRAMM/PIC, mis à jour 2011, consulté le 17/06/2012.
6. ↑ ADEME, BRAMM/PIC Introduction
7. ↑ Mussel Watch Programme
8. 1 2 MEEDDM, France (2010) Arrêté du 25 janvier 2010 relatif aux méthodes et critères d’évaluation de l’état écologique, de l’état chimique et du potentiel écologique des eaux de surface pris en application des articles R. 212-10, R. 212-11 et R. 212-18 du code de l'environnement
9. 1 2 3 Yorick Reyjol (Onema, DAST), Vassilis Spyratos (MEDDE, DEB) & Laurent Basilico (Journaliste) (2013) Guide : Bioindication : des outils pour évaluer l’état écologique des milieux aquatiques ; Perspectives en vue du 2e cycle DCE – Eaux de surface continentales Synthèse des journées « DCE et bioindication » du séminaire « Méthodes d’évaluation de l’état des eaux – Situation et perspectives dans le contexte de la directive cadre sur l’eau », Paris 19 et 20 avril 2011, complétée des réflexions du groupe de travail DCE-ESC durant l’année 2012

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