Les défis méthodologiques de la question de thèse

Pour étudier le fonctionnement naturel de systèmes complexes tels que les cours d’eau, il faut résoudre un certain nombres de problèmes pratiques ou théorique, ou au moins, de clarifier les hypothèses fortes qui vont servir à simplifier le modèle d’étude. Se servir de la modélisa- tion statistique pour mieux comprendre, ou préciser certaines hypothèses sur, le fonctionnement écologique de ces milieux nécessite de s’interro- ger tant sur la biologie que sur le protocole expérimental et les outils mathématiques.Dans cette partie, nous listons les principaux défis à relever dans le cadre de cette thèse. Nous verrons dans un premier temps les princi- pales interrogations écologiques : il nous semble nécessaire de proposer de nouvelles approches complémentaires aux principaux outils de la bioéva- luation ; que le système étudié souffre d’un déficit de connaissances, par rapport à des systèmes plus restreints et mieux documentés ; et que la description de l’environnement naturel n’est pas évidente. Dans un se- cond temps, nous verrons que les données dont on dispose ne permettent pas de développer tous les modèles auxquels nous aurions pu, a priori, penser.Les bioindicateurs sont des organismes ou ensembles d’organismes qui – par référence à des variables biochimiques, cytologiques, physiolo- giques, éthologiques ou écologiques – permettent, de façon pratique et sûre, de caractériser l’état d’un écosystème et de mettre en évidence aussi précocement que possible leurs modifications naturelles ou provo- quées Blandin (1986). On peut donc caractériser des bioindicateurs à différentes échelles de complexité.

– les biomarqueurs sont identifiés au niveau cellulaire et tissulaire. Des polluants toxiques présents dans le milieu peuvent pénétrer dans les organismes et modifier le fonctionnement cellulaire, en fonction de l’intensité et de la durée d’exposition. Des modifica- tions de composition, de concentration ou d’activité de certaines substances -marqueurs biochimiques – peuvent alors être détectées par des dosages spécifiques et les biomarqueurs sont des indicateurs d’exposition à des substances toxiques.– les bioessais sont pratiqués sur des organismes tests. Mis en oeuvre dans un contexte expérimental selon des procédures standardisées, les bioessais mesurent la réponse physiologique ou comportemen- tale induite par un polluant toxique sur un échantillon d’orga- nismes sélectionnés d’après leur sensibilité au toxique. Les gran- deurs les plus souvent utilisés sont les taux de mortalité et de re- production, l’activité respiratoire, la mobilité chez des invertébrés et des poissons, etc…Ces deux premières catégories d’indicateurs biologiques relèvent de l’éco- toxicologie qui peut être définie comme “discipline étudiant qualitative- ment et quantitativement les effets néfastes des polluants chimiques sur les écosystèmes, pouvant aller jusqu’à l’examen des impacts sur l’homme.

la première approche a vu la mise en place d’indices de richesse spécifique ou de diversité, tels que l’in- dice de Shannon, afin de caractériser l’état du milieu par la richesse en espèces. Cependant, il a été montré qu’une légère détérioration du mi- lieu pouvait aussi favoriser la cohabitation d’un plus grand nombre d’es- pèces. C’est la théorie des perturbations intermédiaires (Connell, 1978) et cela rend l’utilisation de ces descripteurs difficile. Ensuite, l’utilisation de taxons ou d’espèces cibles, identifiées comme répondant à la modifi- cation d’un aspect donné de l’écosystème a été proposée. Cependant ces méthodes fondées sur la présence/absence d’un petit nombre d’espèces cibles ne permettent souvent de caractériser que des états très contrastés (notamment pour le compartiment invertébrés) et peinent à apporter des réponses lorsque les variations sont plus fines. De plus, dans le cas du compartiment poisson, la forte plasticité (capacité à accepter des condi- tions environnementales diverses) des espèces cibles, notamment chez les individus adultes de cyprinidés, fait que les situations discriminées ainsi sont en général assez triviales.Face à cette complexité, les approches sont majoritairement très des- criptives. Historiquement, les études de la structure des assemblages se concentraient essentiellement sur la description de la structure attendue, connaissant la position du site au sein de grands gradients régionaux.

Il s’agissait donc d’une vision très globale et stationnaire des déterminismes de réponse des assemblages. Les grands descripteurs utilisés étaient la dis- tance à la source et la température (Huet, 1949; Vannote et al., 1980), et se révèlent insuffisamment fins car n’intégrant pas de variables décrivant l’environnement local pour expliquer les variations fines d’assemblage.– description par une méthode multimétrique :Une métrique est une mesure calculée qui représente un ou plusieurs as- pects de la structure, de la fonction ou toute autre caractéristique de l’assemblage biologique et qui varie avec l’augmentation des impacts an- thropiques. C’est donc une caractéristique d’un assemblage qui évolue en réponse à un gradient de pression et dont on espère que le calcul permette de préciser la position du site étudié sur ce dit gradient. Un indice multi- métrique n’est qu’une pondération des résultats obtenus pour différentes métriques afin de constituer une note qui permet de déterminer l’état plus ou moins impacté du site. On voit tout de suite les limites de cet indice multimétrique, qui, intégrant les effets des différentes pressions, ne permet plus de discerner quelle pression est responsable de quelle mo- dification dans la structure biologique. Trebitz et al. (2003) ont montré que de tels indices manquent de sensibilité aux variations fine du milieu. L’analyse de métriques simples et sélectionnées sur la base de grandes caractéristiques biologiques bien choisies pourrait permettre de mieux discerner les différents effets.