A multimetric macroinvertebrate index for the implementation of the European Water Framework Directive in French Guiana, East-Amazonia.
Mise au point d’un outil d’évaluation de la qualité biologique des petites rivières de Guyane sur la base des invertébrés benthiques
Résumé
The European Water Framework Directive (WFD) aims to achieve a rapid improvement of the water quality, in each member state, and to achieve good ecological status of rivers by 2015. This new directive implies not only to assess the degree of pollution but also to define an ecological state of the environment in relation to a reference condition. This has prompted a large amount of works which yielded characterizations of both reference physical–chemical environments and biological communities in continental Europe, as well as practical tools (e.g., biological indices) to evaluate water quality. Although geographically distant the continent, DOMs are an integral part of the European Union and are subject to the same objectives and obligations in terms of environmental policies. French Guiana (FG) is an overseas region of France located on the north-eastern coast of South America. The Guianese primary forest remains one of the least impacted of the World, however, gold mining and timber have strong localized impacts upon river ecosystems. Small streams (from headwaters to rivers with depth inferior to 1 meter and width inferior to10 meters) represent 70–80% of all running waters in FG. Most small streams are located in forested areas and exhibit high ecological quality; some if not most of them have never been impacted by any human activity. The main objective of this thesis was to design a biotic index to assess the ecological quality of small streams of FG. We first analysed the effects of disturbance on the physical-chemical quality of ecosystems. Then, we brought out the first typology of community structure in relation to environmental conditions. The identification of the sub-ecological regions and the references conditions allowed us to build a first multi-metric. Finally, a functional approach based on Ephemeroptera was used in order to provide new information on the ecology of this important order of macroinvertebrates. We first demonstrated that physical variables describing the river bottom, and suspended solids discriminate gold-mined from reference sites, while, whatever the type of impact encountered, nutrient concentrations do not prove relevant to measure human impacts. The bio-typology showed that sites characterized by invertebrate communities clustered into two major subsets: the coastal alluvial plain and the Guiana Shield. Changes in community composition, and to a lesser extent taxonomic richness within each sub region revealed ecological impacts of gold mining and logging. Among the biological metrics calculated from the hydro-ecoregions subsets of reference and impaired sites, we selected metrics exhibiting the best trade-off between high discrimination efficiency, low specificity, low redundancy and high stability under reference conditions. The IBMG is composed of two taxonomic richness-based metrics, two abundance-based metrics, one trait-related metric and a diversity index. Results on Ephemeroptera communities put in light the important role of this order for the bio-evaluation of small streams submitted to gold-mining. Future fundamental research on the ecology and the taxonomy of this order should thus improve the current bioassessment tool. Finally, this work highlighted the fact that headwater stream small of FG potentially harbor a rich and specific fauna.
La Directive Cadre Européenne sur l’Eau (DCE) a imposé à chaque état membre l’objectif d’obtenir une amélioration de la qualité des eaux de surface, pour d’atteindre le bon état écologique à l’horizon 2015. Cette directive implique non seulement d’évaluer le degré de pollution mais aussi de définir l’état écologique des milieux par rapport à un référentiel (se rapprochant de l’état « naturel »). Cela a conduit à définir une typologie des rivières basées sur les «conditions de référence». Bien que géographiquement éloignés du continent, les DOM font partie intégrante de l'Union européenne et sont soumis aux mêmes objectifs et obligations en termes de politiques environnementales. La Guyane française (GF) est une région d'outre-mer de la France située sur la côte nord-est de l'Amérique du Sud. La forêt primaire guyanaise reste l'une des moins touchés du monde, cependant, les exploitations aurifères et sylvicoles ont de fortes répercussions sur les milieux aquatiques. Les petits cours d’eau (profondeur inférieur à 1 m et da largeur inférieur à 10 m) représentent 70-80% du réseau hydrographique de la GF. La plupart des petits cours d'eau sont situés dans les zones boisées et présentent haute qualité écologique et certains, sinon la plupart d'entre eux, n'ont jamais été touchés par une activité humaine. L'objectif principal de cette thèse était de concevoir un indice capable d'évaluer la qualité écologique des petits cours d'eau de la GF. Nous avons d’abord analysé l’effet des perturbations humaines sur la qualité physicochimique des écosystèmes. Puis, nous avons établi la première typologie de la structure des communautés benthiques en fonction des conditions environnementales. L'identification de ces sous-régions écologique et des conditions de références nous a permis de construire un indice multimétrique. Enfin, une approche fonctionnelle basée sur les Ephémères a été utilisée afin de fournir de nouvelles informations sur l'écologie de cet ordre. Nous avons démontré que les variables physiques relatives au fond des cours d’eau et les matières en suspension différencient les sites orpaillés, tandis que les concentrations en nutriments ne sont pas significativement modifiées par les impacts humains. La biotypologie a montré que les sites caractérisés par des communautés d'invertébrés sont regroupées en deux sous-régions principales: la plaine alluviale côtière et le plateau des Guyanes. Les changements dans la composition de la communauté, et à un degré moindre la richesse taxonomique au sein de chaque sousrégion ont révélé des impacts écologiques liés à l'exploitation aurifère et forestière. Parmi les mesures décrivant la structure des communautés (métriques) calculées à partir des deux sous-ensembles de sites de références et impactés, nous avons sélectionné les paramètres présentant le meilleur compromis entre forte efficacité de la discrimination, faible spécificité, faible redondance et une grande stabilité dans les conditions de référence. L’IBMG est composé de deux métriques taxonomiques de richesse, deux métriques basées sur l'abondance, une métrique relative au trait biologique et un indice de diversité. Les résultats sur les communautés d’Ephémère ont mis en évidence le rôle important de cet ordre pour la bioévaluation de petits cours d'eau soumis à l’exploitation aurifère. Des recherches futures fondamentales sur la taxonomie et l’écologie de cet ordre pourront permettre d'améliorer l'outil d’évaluation biologique actuel. Enfin, ce travail à souligné le fait que les petites masses d’eaux de tête de bassin de Guyane abritent potentiellement une faune riche et spécifique.
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