Réponses d’une communauté macrobenthique méditerranéenne soumise à des apports sédimentaires allochtones naturels ou anthropiques Rachel HERMAND Thèse de doctorat – Spécialité « Océanographie » Université de la Méditerranée Laboratoire d’accueil: UMR CNRS 6540 DIMAR Centre d’océanologie de Marseille Financement: Port Autonome de Marseille Région Provence-Alpes-Côte-D'azur

INTRODUCTION

Nécessité d’outils de diagnostics Contexte général 2015 : « Bon Etat Ecologique » des milieux humides Directive Cadre Européenne sur l’eau Nécessité d’outils de diagnostics Aujourd’hui : Etat des lieux Mesures de gestion et/ou de protection Reflet de conditions environnementales naturellement très variables

Les invertébrés benthiques dans l’écosystème Quantité et qualité des ressources alimentaires Rossi, 2003 Danovaro et al, 1995 Fabiano et Danovaro, 1994 Graf, 1992 Marsh et Tenore, 1990 Pearson & Rosenberg, 1978 ? Texture du sédiment Gayraud et al., 2003 Pérès et Picard, 1964 Thrush,1991 Reflets des conditions environnementales Multiples indices biotiques Vie dans le sédiment Durée de vie Sédentarité Participation aux flux géochimiques Borja, 2000 Dauvin, 2006 Roberts, 1998 Rosenberg, 2004.... SImboura et Zenetos, 2002 Darnaude et al., 2004 Maillon important des chaines trophiques et proies d’espèces d’importance commerciale

Objectifs et stratégie Améliorer nos connaissances des interactions entre les compartiments “sédiment” et “macrofaune benthique” APPORTS SEDIMENTAIRES NATURELS Evénements climatiques Permanents mais irréguliers 7,4.106 t de MES .an-1 (Pont et al., 2002) Principal facteur structurant des communautés benthiques régionales (Salen-Picard et al. 1997; Salen-Picard et Arlhac 2002; Hermand et al. 2008) Le Rhône (Méditerranée Nord Occidentale) APPORTS SEDIMENTAIRES ANTHROPIQUES Immersion en mer de matériaux dragués Extension du Port de Marseille Restauration de la communauté des clapages Granulométrie et contamination comparables avec l’aire de dépôts (contaminants < N1 Géode) Densité = 1,2 Aire de dépôt = 7,2 km² ; 55-65m de fond 6.106 m3 7,2.106 t Immergés en moins de 6 mois

Objectifs 1) Améliorer les connaissances des relations existant entre les compartiments “sédiment” et “macrofaune benthique” 2) Mettre en évidence les différentes étapes de la restauration de la communauté benthique dans les sédiments clapés et les principaux facteurs favorables à la restauration 3) Proposer aux gestionnaires une alternative à l’analyse des communautés benthiques et optimiser les futures campagnes de clapages

Echantillonnage et principaux paramètres suivis Communauté macrobenthique Densité totale Fréquence relative des groupes taxonomiques Richesse & diversité taxonomique Dynamique de population PA sédiments clapés Quantité et qualité de la Matière Organique Particulaire Carbone total, Carbone Organique et Azote Glucides, Lipides et Protéines Pigments chlorophylliens Signatures isotopiques en 13C et 15N SLT Rhône Site soumis aux apports du Rhône SLT Fos Site témoin Origine et Texture du sédiment Nature des minéraux argileux Granulométrie Porosité 13 campagnes de mars 2004 à juillet 2006 3 réplicats par station

Prélèvements à la benne Van-Veen Sur le bateau Bateaux Prélèvements à la benne Van-Veen Sédiment pour la granulométrie Tamisage pour la macrofaune Carottes pour la Matière Organique

Au laboratoire Dosages chimiques Extraction + spectrophotométrie Conditionnement + spectrométrie de masse …

Articulation de l’exposé Partie 1 : La restauration de la communauté des sédiments clapés Les grandes étapes Les facteurs favorables et les recommandations aux gestionnaires Partie 2 : Peut-on « alléger » les suivis réglementaires? Quel est le niveau de détermination taxonomique nécessaire? Est-il nécessaire de déterminer toutes les espèces? L’utilisation des indices biotiques est-elle adaptée à ce type de perturbation? L’utilisation des données sédimentaires comme alternative à l’analyse faunistique est-elle possible? Partie 3 : Apports sédimentaires naturels vs. apports sédimentaires anthropiques Comparaison avec la répartition spatiale des taxa dominants autour de l’embouchure du Rhône (Approche spatiale) Comparaison avec les taxa dominants après les crues du Rhône (Approche temporelle)

PARTIE I : La restauration de la communauté des sédiments clapés

Caractéristiques des clapages Déroulement des travaux -3m à -4m Temps de retour minimum en 1 même point : 12h Pour mémoire, un port tel que Bordeaux a dragués 8 944 000 en 1994, 6 663 000 en 1995; et 6030 en 1996 St Nazaire, Nantes , 10 211 000 en 1996 Vases Terrigènes Côtières 25 cm max Rehaussement du fond jusqu’à >1m

La granulométrie des sédiments 1) Peu de modifications suite aux dragages-clapages PA : sédiments clapés Sédiments de la darse 2 2) Pas de différence à grande échelle entre les 3 stations SLT Fos : site témoin PA :sédiments clapés SLT Rhône : site Rhône Granulométrie laser

Stratification plus prononcée à PA La porosité des 4ers cm de la couche sédimentaire SLT Fos PA : sédiments clapés SLT Rhône Stratification plus prononcée à PA = porosité = teneur en eau (%) (Dell'Anno et al., 2002)

Les grandes étapes de la restauration Au niveau de la matière organique Quantités plus faibles à PA Variations saisonnières parallèles entre les stations BPC =C(Glucides Totaux)+ C(Lipides) + C(Protéines) = fraction labile du carbone

Les agglomérats organiques dans le sédiment Agglomérats plus petits à PA et moins nombreux Granulo laser + US Différences entre granulo avant et après ultra sons

Capacité trophique = Protéines/Glucides Au niveau de la macrofaune benthique Teneur en Azote et en Carbone organique 2ers cm de la couche sédimentaire Capacité trophique = Protéines/Glucides Peu de MO  : limite les phénomènes de réduction (Bolam et al., 2004) Espace vierge (Guerra Garcia et Garcia Gomez, 2006) Capacité trophique élevée de la MO dans les clapages

Largeur du demi-bouclier (mm) Colonisation : adultes migrateurs ou juvéniles par dispersion des larves? PA : Sédiments clapés Taille ½ bouclier (mm) Fréquence (%) SLT Fos : Site témoin Taille ½ bouclier (mm) Fréquence (%) Juvéniles Sternaspis scutata Largeur du demi-bouclier (mm) SLT Rhône : Site Rhône Taille ½ bouclier (mm) Fréquence (%) Préciser l’histoire des capacités de reproduction, etc…

Diminution de la densité totale à PA jusqu’en février 2005 Evolution temporelle à l’échelle du peuplement Diminution de la densité totale à PA jusqu’en février 2005

Evolution temporelle à l’échelle spécifique : successions d’espèces à PA

Rapprochement au cours du temps de PA vers SLT Fos Evolution temporelle à l’échelle spécifique : similarité avec les 2 autres stations Distance canonique Rapprochement au cours du temps de PA vers SLT Fos Composition taxonomique des peuplements et fréquence relative des taxa

Estimation du temps de restauration Distance canonique entre PA et SLT Fos Temps de restauration : dès 36 mois

Rh > PA >> Fos Rh > PA> Fos Rh ≈ PA > Fos Comparaison printemps 2004-été 2006 Début de l’étude : Printemps 2004 Fin de l’étude : Été 2006 Densité totale Rh > PA >> Fos Rh > PA> Fos % Polychètes Rh ≈ PA > Fos Richesse taxonomique PA >>Rh ≈ Fos Equitabilité Fos >> Rh ≈ PA Fos > Rh ≈ PA 34 mois après les travaux il persistait encore des différences

Résumé des grandes étapes v Changement dans le cortège des espèces dominantes SLT Fos PA SLT Rhône De mars 2004 à février 2005 Levinsenia sp. Prionospio fallax L. (leucon) mediterraneus Laonice cirrata Sternaspis scutata Aricidea claudiae Cossura sp. Mars 2005 à juillet 2006 Lumbrineris latreilli

Les facteurs favorables à la restauration de la communauté Et recommandations pour les futures campagnes Choix de la zone de clapages Respect de la granulométrie Préférer une zone de clapages dans une communauté : En « bon état » Avec de fortes potentialités (richesse spécifique élevée, espèces à forte capacité de reproduction et de dispersion) Plus près du fleuve et/ou diminuer la profondeur Modalités des clapages Minimiser l’épaisseur du dépôt Maximiser le temps de retour en un même point

PARTIE II : Optimiser les protocoles de suivis réglementaires, est-ce possible?

1) Niveau de détermination taxonomique Détermination jusqu’à l’espèce Détermination au niveau du genre 7% de perte d’information au niveau « Genre » Dolédec et al, 2000

2) Est-il nécessaire de déterminer l’ensemble des espèces? Moins de dix taxa ont montré des dynamiques temporelles remarquables Algorithme de classification des k-moyennes (Hartigan et Wong, 1978) Classer au sein de chaque station les taxa qui ont eu des fréquences relatives et des variations temporelles comparables

Variations temporelles 3) L’utilisation des indices biotiques est-elle adaptée à ce type de perturbation?   Statut écologique à PA  Début Fin AMBI (Borja et al, 2000) Modéré Modéré  BOPA (Dauvin et Ruellet, 2006) Bon  BENTIX (Simboura et Zenetos, 2002 Variations temporelles Ne pas les utiliser tout seuls et/ou tenir compte des spécificités locales notamment au niveau de la sensibilité/tolérance des espèces (cf. BQI (Rosenberg et al, 2004) Divergence

L’utilisation des indices biotiques est-elle adaptée à ce type de perturbation? Modéré Modéré Bon Modéré Ne pas les utiliser tout seuls et/ou tenir compte des spécificités locales notamment au niveau de la sensibilité/tolérance des espèces (cf. BQI (Rosenberg et al, 2004) Divergence Ne pas les utiliser tout seuls et/ou tenir compte des spécificités locales notamment au niveau de la sensibilité/tolérance des espèces (cf. BQI (Rosenberg et al, 2004)

Y a-t-il eu un ou des facteurs déterminants? 4) L’utilisation des paramètres sédimentaires comme alternative à l’analyse de la macrofaune est-elle possible? Principe Pigments Chlorophylliens % de silts Porosité Paramètres faunistiques : Densité totale Diversité (indice de Shannon) Fréquences des espèces dominantes Fréquences des groupes trophiques Y a-t-il eu un ou des facteurs déterminants? Un descripteur unique de la communauté macrobenthique : BENTIX Capacité trophique ..... % CO Utiliser un seul descripteur de la macrofaune pour mieux comprendre ce(s) facteur(s)

Méthodes mises en œuvre Corrélations linéaires simples paramètres pris deux à deux Etape 1 : choisir les paramètres non corrélés entre eux pour éviter les redondances Densité totale, indice de Shannon, Fréquence de 10 esp issues des k-moyennes Fréquence des groupes trophiques Granulométrie : silts + argiles et sables CaCO3 Porosité Capacité trophique, Pigments chlorophylliens (Chla ac) et Carbone BioPolymérique Etape 2 : étudier les régressions linéaires multiples entre les caractéristiques granulométriques et la macrofaune Régressions linéaires multiples. Ascendante Pas à pas Variable faunistique = f(Porosité + Capacité trophique + Pigments chlorophylliens (Chla ac) + Carbone BioPolymérique) Etape 3 : Intégrer les paramètres choisi précédemment dans des régressions multiples Régressions linéaires multiples. Ascendante Pas à pas BENTIX = f(Porosité + Capacité trophique + Pigments chlorophylliens (Chla ac) + Carbone BioPolymérique)

Influence décroissante Carbone BioPolymérique Principaux résultats: paramètres faunistiques « séparés » Chlorophylle a active Influence décroissante Porosité Capacité trophique (%) Carbone BioPolymérique Granulométrie Meilleur ajustement : 37% de variabilité expliquée (Aricidea claudiae)

Principaux résultats: indice biotique Variabilité expliquée : 26% à partir d’une combinaison « Porosité + Carbone BioPolymérique »

Influence du Rhône vs. effets clapages PARTIE III : Influence du Rhône vs. effets clapages

Principal point commun entre PA et SLT Rhône au niveau sédimentaire Les caractéristiques sédimentaires sont restées différentes tout au long de l’étude, hormis la reprise des variations saisonnières simultanées à toutes les stations et la porosité des couches 3 et 4. La faune a montré, au début de l’étude des ressemblances marquées entre PA et SLT Rhône malgré ces différences dans le sédiment. Les peuplements ont ensuite évolué indépendamment et sans vraiment « tenir compte » du sédiment. Peut-être Teneurs en silts (4<<63µm) moins élevées qu’à SLT Fos

Comparaison de la composition taxonomique avec la distribution spatiale des taxa par rapport au Rhône Répartition des taxa autour de l’embouchure du Rhône : indicatrices du taux de sédimentation Groupe A : sédimentation élevée Groupe B : sédimentation moyenne Groupe D : sédimentation faible D’après Hermand et al., 2008

Fin de l’étude Début de l’étude Distribution de ces groupes à SLT Fos et SLT Rhône Fin de l’étude Début de l’étude Fréquence de dépositivores élevée toute la période d’étude mais très marquée au printemps 2004 Comparaison avec ce qu’il se passe spatialement avec la distance au Rhône

Comparaison avec la composition taxonomique après les crues du Rhône Apports de MES selon les types de crues Crue méridionale 3,7*106 t en 9 jours Crue générale 10,2*106 t 24 jours Successions de crues océaniques 9,1*106 t 181 jours D’après Pont, 2002 1994 1995

Comparaison de la composition taxonomique après les crues du Rhône Taxa dominants après les crues Bien sûr il faudrait faire un comparaison concomitante pendant une période où le fleuve connaît des crues. Cossura sp. Sternaspis scutata Laonice cirrata 32 à 41 autres espèces Taxa dominants après les clapages comparables avec ceux « post-crues océaniques »

CONCLUSIONS & PERSPECTIVES

Conclusions L’immersion en mer de déblais de dragages non contaminés Perturbation dont les effets à moyen terme restent limités L’immersion en mer de déblais de dragages non contaminés Restauration du milieu Problème de la définition de la restauration Allègement des suivis réglementaires? Oui mais  : Macrofaune toujours nécessaire Calibration nécessaire des indices biotiques Plusieurs facteurs déterminants difficiles à hiérarchiser Texture sédimentaire > quantité et de la qualité de la matière organique Problème du choix des paramètres environnementaux dans les suivis Facteur(s) déterminant(s) dans la distribution des communautés benthiques Les crues des fleuves peuvent-elles être ressenties par les communautés comme des perturbations? Apports sédimentaires naturels vs. apports sédimentaires anthropiques

Applications directes Etudes complémentaires Perspectives Applications directes Protocole « normalisé » destiné aux gestionnaires d’installations portuaires : Phase de travaux Suivi réglementaire Etudes complémentaires Suivi à « très long terme » d’aires de clapages  : Déterminer le moment de restauration Observer l’évolution lors d’immersions répétées sur un même site Intégrer la dimension verticale à la fois dans les paramètres sédimentaires et faunistiques Tester l’impact de la porosité du sédiment Tester l’applicabilité d’autres indices biotiques face à ce type de perturbation ou en adapter un à partir des espèces indicatrices locales Compléter les données physiologiques et comportementales des différentes espèces Valider les relations établies sur d’autres jeux de données

Merci... Avec tous mes remerciements à toutes celles et tous ceux qui se sont investis à mes cotés