Panorama des méthodologies utilisées pour définir les seuils de qualité des paramètres physico- chimiques soutenant la biologie Pierre Alain Danis, Nolwenn.

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1 Panorama des méthodologies utilisées pour définir les seuils de qualité des paramètres physico- chimiques soutenant la biologie Pierre Alain Danis, Nolwenn Bougon, Pôles ONEMA / CEMAGREF Marie-Claude Ximénès, Yorick Reyjol, ONEMA Anne Daniel, Dominique Soudant, IFREMER Séminaire évaluation dans le contexte de la DCE, Paris, 19-22 avril Journées bioindication (19 avril)

2 Des éléments disponibles avant la DCE Paramètres constitutifs des éléments de qualité Eléments de qualité Cours d’eauPlans d’eauEaux littorales (côtières et transition) TempératureEaux salmonicoles Eaux cyprinicoles Bilan OxygèneO 2 dissous, Taux de saturation en oxygène dissous, DBO5, Carbone organique dissous % déficit surface fondO 2 dissous Etat d’acidification PH minimum, PH maximum Transparence SalinitéConductivité, Chlorures, Sulfates NutrimentsPO 4 3-, P Total, NO 2 -, NO 3 -, NH 4 + N minéral dissous (NO 3 - +NH 4 + ), PO 4 3-, P Total Des besoins d’ajustement pour la DCE….. Arrêté évaluation 25/01/2010

3 Ce que dit la DCE Définition du bon état et de l’état moyen « Les concentrations de nutriments, la température, le bilan d’oxygène et la transparence (en eaux douces pH, capacité de neutralisation des acides, salinité) ne dépassent pas les niveaux établis pour assurer le fonctionnement de l’écosystème caractéristique et pour atteindre les valeurs spécifiées ci-dessus (c’est-à-dire bon état et état moyen) pour les éléments de qualité biologique. »  Etat défini vis-à-vis du fonctionnement de l’écosystème caractéristique : notions telles que la productivité, la résilience,…ceci reste à préciser  et vis-à-vis des éléments biologiques Paramètres physico-chimiques « soutenant » les paramètres biologiques - Une valeur de référence à définir - Deux seuils de qualité à définir : TB/B ; B/M Définition du très bon état « Pas ou très peu d’altérations anthropogéniques des valeurs de éléments de qualité physicochimiques applicables au type de ME par rapport aux valeurs normalement associées à ce type dans des conditions non perturbées. »  Etat défini en tant que tel (indépendamment de la biologie), vis-à-vis des pressions

4 Le calage par les forces motrices (lacs) 1 - Définition de la référence - Sur les sites de référence (définis eux-mêmes vis-à-vis des forces motrices ) - Modélisation des relations entre métriques physico-chimiques et variables environnementales (ex : profondeur, volume, temps de séjour, marnage,…) : régressions linéaires simples ou multiples - L’équation de la droite d’ajustement permet de calculer la valeur de référence de la métrique physicochimique, en fonction des variables environnementales - Ce calcul peut être réalisé par types de ME Métrique physicochimique

5 Le calage par les forces motrices (lacs) 2 - Définition du seuil TB/B - La largeur de la classe très bon état est définie à partir des intervalles de prédiction autour du modèle - L’intervalle de confiance du modèle plus ou moins contraignant : un intervalle à 80% engendre une largeur de classe plus faible qu’un intervalle à 90 % Métrique physicochimique

6 Le calage par les forces motrices (lacs) Etape A : La métrique est exprimée sous forme d’EQR Etape B : Modélisation de la relation EQR (métrique physico-chimique) et force motrice (régression linéaire) Etape C : La largeur de classe définie pour le très bon état est reportée pour les autres classes. Le modèle permet un calcul par types de ME. 3 - Définition des autres seuils Métrique physicochimique Métrique physicochimique Force motrice

7 Le calage par la biologie (cours d’eau) - les milieux sont soumis à des pressions multiples - le lien entre un paramètre physico-chimique et son effet est très flou ; même pour des relations supposées fortes.  Relations NON Prédictives HER 9 EQR-IBGN (Q25) DBO5 moy IC 95% Mais l’aspect « facteur limitant » d’une paramètre n’est pas flou et il est possible de le déterminer.  SEUIL France – sites du RCS EQR-IBD [NH4] moy

8 Le calage par la biologie (cours d’eau) Définition du seuil du bon état Etape 1 : Définir des types physico-chimiques homogènes, pour limiter les variations liées aux caractéristiques régionales  Typologie Physico-Chimique, établie sur les sites de référence (définis vis-à-vis des pressions) Etape 2 : Définir un seuil pour lequel l’élément EQ Bio le plus sensible est au moins en Bon état – pour un paramètre physico- chimique donné Exemple : régression sur le quantile 0.75  Valeur de concentration au delà de laquelle 75% des notes d’EQB ne sont plus en BE. EQR-IBGN étalonné entre 0 et 1 EQR B/M Seuil B/M PO4 IC à 90%

9 Le calage par la biologie (cours d’eau) A B C D [PO 4 3- ] EQR-IBGN étalonnée entre 0 et 1 ~ 25 % de faux négatifs A : Bon Etat bio et physico-chimique B: Déclassement par la biologie C: Déclassement par la biologie et la physico-chimie D : Déclassement par la physico-chimie seule Admettre le déclassement par la seule physico-chimie ? Appliquer à l’élément de qualité le plus sensible Pas de redondance entre le classement biologique et physico-chimique

10 Cas D : déclassement par la physicochimie seule ? S’applique pour le seuil B/M, quand il y a un décalage réel entre biologie et physicochimie : - pas seulement dû à des incertitudes liées à la surveillance - non lié à des conditions inhabituelles (sécheresse prolongée,…) - pour un nombre significatif de ME « Cheking procedure » – in guidance 13

11 Le calage par la biologie (eaux littorales) Azote inorganique dissous (NID) Etape 1 : Les concentrations sont liées à la salinité, en raison de la dilution par les eaux marines. Notamment en hiver, l’élément a un comportement conservatif : une droite de dilution peut être établie, par groupes de masses d’eau (écotypes). La concentration en NID est « normalisée » à la salinité de 33.

12 Le calage par la biologie (eaux littorales) Etape 2 : Les concentrations en NID des divers écotypes sont mises en regard de l’élément phytoplancton (EQR chlorophylle a).

13 Les autres méthodes (eaux littorales) Calage par la biologie (bibliographie) : cas de l’oxygène Les seuils sont définis à partir des exigences des espèces (bibliographie) ; une métrique et de seuils sont définis en tenant compte de la surveillance (fréquence mensuelle). Ma < 11 – 22 – 33 – 5> 5,0 Me Mo B TB MEC et MET toutes zones Percentile 10 oxygène dissous (mg/L) Calage sans pressions et sans biologie : cas de la température Dans les eaux littorales, la température n’est pas affectée par des pressions. Une grille de qualité a été établie en tenant compte de la variabilité naturelle, par types de ME. La limite du bon état est définie par l’intervalle interquartile multiplié par 3.

14 Etat d’avancement attendu en fin 2011 par catégorie de masse d’eau Paramètres constitutifs des éléments de qualité Eléments de qualité Cours d’eauPlans d’eauEaux côtièresEaux de transition TempératureValeur de référence, seuils de qualité Seuil B/M - Calage sans pression sans lien avec la biologie Bilan Oxygène Seuil de B/M - Calage biologique* Valeur de référence, seuils de qualité Référence, seuils – calage biologique (bibliographie) Etat acidification Seuil de B/M - Calage biologique * Valeur de référence, seuils de qualité TransparenceValeur de référence, seuils de qualité Turbidité – Calage sans pression sans lien avec la biologie SalinitéSeuil de B/M - Calage biologique * Valeur de référence, seuils de qualité NutrimentsSeuil de B/M - Calage biologique * Valeur de référence, seuils de qualité Atlantique : NID - Calage biologique (phytoplancton) Atlantique : NID - Calage biologique (phytoplancton) NB: * Sur la base des éléments de qualité biologique disponibles (indices macroinv/diatomées/poissons de l’arrêté 2010)

15 Conclusions - Vers l’évaluation Des méthodes spécifiques ont été développées pour les diverses catégories de masses d’eau  L’adéquation avec les définitions de la DCE n’est pas toujours respectée :  La référence est à définir sur des sites de référence  Les seuils TB/B et B/M sont à caler vis-à-vis de la biologie  En retenant l’élément biologique le plus déclassant  En conséquence des ajustements sont à prévoir Fin 2011 : fourniture de nouvelles grilles provisoires aux bassins (par paramètre) Les règles d’évaluation actuelles sont celles de l’arrêté « évaluation » (25 janvier 2010), à savoir :  Au sein d’un élément physicochimique (ex bilan d’oxygène), on applique le principe du paramètre (ex DBO5) le plus déclassant ; il y a des modalités d’assouplissement de cette règle (cf. arrêté)  Un seul élément physicochimique déclassant conduit au déclassement de l’état écologique

16 Conclusions - Vers l’évaluation Mi 2013 :  compléter l’outil de classification par paramètre (références, seuils)  définir si besoin des nouvelles règles d’agrégation  Au sein d’un élément physicochimique : agrégation des paramètres  évaluer l’écart entre les classements 2009 et 2013  pour les nutriments, nécessité d’harmoniser les seuils amont aval. Des outils existent pour le littoral : modélisation des biomasses (phytoplancton et ulves) dans les eaux côtières sous forçage des apports des cours d’eau