Définition du statut écologique de la baie du Mont Saint-Michel

Définition du statut écologique de la baie du
Mont Saint-Michel: résultats contradictoires
de différents indicateurs biologiques mis en
œuvre dans le cadre de la DCE
E. Thiébaut, J. Trigui, F. Gentil, P. Le Mao, F. Olivier, C. Retière
La Directive Cadre Eau (Directive 2000/60/EC)
Objectifs généraux : définir et mettre en œuvre les mesures nécessaires à
l’amélioration et à la protection des eaux européennes (i.e. eaux de surface
continentales, eaux souterraines, eaux de transition, eaux côtières)
Objectif final : faire en sorte que l’ensemble des masses d’eaux aient au moins
un bon statut écologique d’ici 2015
Démarche : déterminer le statut écologique des masses d’eau en s’appuyant (1)
sur des éléments de qualité physico-chimiques, hydromorphologiques et
biologiques, et (2) sur un état de référence établi pour des zones non perturbées
Questions :
(1) Quel est le statut écologique du domaine intertidal de la baie du
Mont Saint Michel au regard des données benthiques ?
(2) Quel est l’impact éventuel des installations conchylicoles ?
(3) Existe-t-il une cohérence dans les réponses fournies par les
différents indicateurs biologiques les plus communément
utilisés?
Les masses d’eaux en baie
District hydrographique Seine-Normandie
3 masses d’eau :
+ 1 masse d’eau de transition
« Estuaire petit ou moyen macrotidal fortement salé et à débit moyen »
+ 2 masses d’eau côtière
« Côte à grande zone intertidale et à dominante sableuse »
176 stations échantillonnées lors de
Benthomont III
Définitions des indicateurs biologiques et
du statut écologique des masses d’eau
Les indicateurs biologiques (1)
Indicateurs basés sur la diversité
(1) Indice de diversité de Shannon-Weaver : H’ = ∑pi. log2pi
Indicateurs basés sur les groupes écologiques (fonction du degré de
tolérance des espèces aux perturbations)
(2) AZTI Marine Biotic Index (AMBI) (Borja et al., 2000) :
AMBI = {(0 x %GI) + (1.5 x %GII) + (3 x % GIII) + (4.5 x % GIV) + (6 x %GV)}/100
avec
%GI : abondance relative des espèces sensibles aux perturbations
%GII : abondance relative des espèces indifférentes aux perturbations
%GIII : abondance relative des espèces tolérantes aux perturbations
%GIV : abondance relative des espèces opportunistes de second ordre
%GV : abondance relative des espèces opportunistes de premier ordre
(3) Benthic Opportunistic Polychaetes – Amphipods ratio (BOPA) (Dauvin & Ruellet,
2007):
⎡ f
⎤
BOPA = Log10 ⎢ P + 1⎥
⎣fA + 1 ⎦
avec
fP : abondance relative des polychètes opportunistes
fA : abondance relative des amphipodes
Les indicateurs biologiques (2)
Indicateurs multimétriques
(4) M-AMBI (repose sur une analyse factorielle en fonction de l’AMBI, H’ et la richesse
spécifique par rapport à un état de référence)
(5) UK-index
1 ⎞⎞
⎛
⎞ ⎛⎛ 1⎞ ⎛
⎛ AMBI ⎞
⎜ 2 x ⎜1 −
⎟ + (1 − λ') ⎟ ⎜ ⎜1 − ⎟ + ⎜1 − ⎟ ⎟
7 ⎠
⎝
⎟ x ⎜⎝ S⎠ ⎝ N ⎠⎟
UKI = ⎜
⎜
⎟ ⎜
⎟
3
2
⎜
⎟ ⎜
⎟
⎝
⎠ ⎝
⎠
avec
1 - λ’ : indice de diversité de Simpson
S : richesse spécifique
N : nombre d’individus
(6) DK-index
H'
⎛ ⎛ AMBI ⎞
⎜ ⎜1 −
⎟+
7 ⎠ H'max
⎝
DKI = ⎜
⎜
2
⎜
⎝
⎞ ⎛⎛
1
1 ⎞
⎟ ⎜ ⎜1 − ⎞⎟ + ⎛⎜1 − ⎞⎟ ⎟
⎟ x ⎜⎝ N ⎠ ⎝ S⎠⎟
⎟ ⎜
⎟
2
⎟ ⎜
⎟
⎠
⎠ ⎝
Etat de référence et statut écologique
Cinq statuts écologiques
Etat de référence
AMBI
S
H’
Communauté à Macoma balthica
0.103
22
3.47
Communauté à Abra alba
0.420
40
3.74
Statut
écologique
Degré de perturbation
environnementale
Fort
Normal
Bon
Légèrement perturbé
Modéré
Modérément perturbé
Pauvre
Gravement perturbé
Très gravement
perturbé
Mauvais
Limites entre statuts selon les indicateurs (d’après Labrune et al., 2006; Borja et al. 2007;
Dauvin & Ruellet, 2007)
Statut
écologique
H'
BOPA
AMBI
M-AMBI
UK-I
DK-I
Fort
>4,0
≤0,06298
<1,2
>0,83
>0,80
>0,80
Bon
3,0-4,0
0,04576-0,06298
1,2-3,3
0,62-0,83
0,65-0,80
0,60-0,80
Modéré
2,0-3,0
0,13966-0,28400
3,3-4,3
0,41-0,62
0,43-0,65
0,40-0,60
Pauvre
1,0-2,0
0,19382-0,30103
4,3-5,5
0,20-0,41
0,20-0,43
0,20-0,40
<1,0
0,26761-0,30103
>5,5
>0,20
<0,20
<0,20
Mauvais
Variabilité du statut écologique de la
baie suivant les familles d’indicateurs
Statut écologique en fonction de la diversité
12.5 %
+ aucune station ne présente un statut écologique ‘fort’
+ seuls 12,5 % des stations ont un statut écologique ‘bon’
+ le statut écologique défavorable semble concerner l’ensemble de la baie
Statut écologique en fonction des groupes
écologiques
BOPA
AMBI
93.75 %
97.73 %
+ l’essentiel de la baie présente un statut écologique fort ou bon
+ seules quelques stations du secteur ouest de la baie en zone conchylicole présentent
un statut pauvre ou mauvais
+ la différence majeure entre les 2 indicateurs concerne l’importance relative des statuts
fort ou bon
Statut écologique en fonction des indicateurs
multimétriques
M-AMBI
44.32 %
UK-I
DK-I
64.20 %
63.63 %
+ la majorité des stations possède en général un statut écologique bon quelque soit
l’indicateur
+ 35.8 à 55.7 % des stations ont un statut modéré à pauvre quelque soit le secteur de la
baie
+ localement, le statut écologique d’une station est variable suivant l’indicateur
Bilan
Forte hétérogénéité du statut écologique de la baie
suivant les familles d’indicateurs ou entre indicateurs
au sein d’une même famille
H’
H’
AMBI
BOPA
M-AMBI
UK-I
DK-I
100.0
14.2
4.0
36.9
24.4
17.6
100.0
31.8
40.9
49.4
50.0
100.0
5.7
8.5
13.1
100.0
57.4
64.8
100.0
75.0
AMBI
BOPA
M-AMBI
UK-I
DK-I
H’
AMBI
BOPA
M-AMBI
UK-I
DK-I
100.0
H’
AMBI
BOPA
M-AMBI
UK-I
DK-I
100.0
17.6
13.6
64.2
42.0
48.9
100.0
94.3
51.1
71.0
67.6
100.0
45.5
66.5
65.3
100.0
67.6
76.7
100.0
80.7
100.0
Hypothèses
Hypothèse 1 : Problème de définition des limites entre statuts
écologiques
Forte corrélation entre les valeurs fournies par les différents
indicateurs
Hypothèse 2 : Réponses variables des différents indicateurs aux
divers paramètres traduisant une perturbation
Faible corrélation entre les valeurs fournies par les différents
indicateurs ou corrélation aberrante
Problèmes de définition des limites
y = 1.0406x - 0.0594
R2 = 0.8235
1
DK-
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
UK-I
y = 0.6662x + 0.2635
R2 = 0.6333
1
Affiner les limites par un
exercice d’intercalibration
UK-
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.2
0.4
0.6
M-AMBI
0.8
1
Variabilité des réponses entre indicateurs (1)
BOPA
0.3
0.2
0.1
0
0
1
2
3
4
5
6
AMBI
Forte abondance d’oligochètes classées
comme opportunistes
Limite du BOPA : ne considère que les polychètes opportunistes comme
indicatrices d’une perturbation
y = 0.1354x + 1.9114
R2 = 0.033
4
3
H'
Perturbation croissante
Variabilité des réponses entre indicateurs (2)
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
AMBI
Perturbation croissante
Forte dominance des
amphipodes
Forte sensibilité de H’ aux patrons de dominance des espèces : inadapté
aux milieux oligospécifiques naturellement perturbés
Variabilité des réponses entre indicateurs (3)
y = -0.0459x + 0.6839
R2 = 0.1405
1
M-AMB
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
1
2
3
4
5
6
Groupe I
AMBI
y = -0.0497x + 0.7234
R2 = 0.1787
1
0.8
DK-I
Groupe V
N
B
0.6
0.4
S
0.2
0
0
1
2
3
AMBI
4
5
6
Gradient de perturbation
+ Non colinéarité des différents paramètres pris en compte dans le calcul des
indicateurs multimétriques
+ Non distinction des perturbations anthropiques et des perturbations
naturelles sur ces différents paramètres
Conclusions
Statut écologique de la baie non défini au regard des critères actuels de la DCE
Résultats différents de ceux obtenus dans un récent exercice
d’intercalibration pour les eaux côtières (Borja et al., 2007)
Nécessité d’évaluer les propriétés des indicateurs biologiques dans le cas
particulier du domaine intertidal
Développement d’études multi-sites (choix de l’indicateur le plus adapté,
définition des limites, etc…)
Réflexion sur la définition des groupes écologiques