Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010 Utilisation des traits biologiques pour l’élaboration de NQE pour les sédiments Marc BABUT, Virginie ARCHAIMBAULT, Nolwenn BOUGON NQE sédiments : historiquement centrés sur la protection du benthos Image empruntée à USEPA 11/03/2010 Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010

Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010 Contexte Pellston workshop 2002 (Batley & al., 2005) Limites des approches courantes pour « capturer les facteurs affectant la réponse des organismes » notamment traits d’histoire de vie Besoin de plus de connaissances écologiques (notamment espèces plus à risque) Utilisation des traits bio-éco en écotoxicologie ? TERA, la nouvelle frontière (Baird & al., 2008) Revue (Clements & Rohr, 2009) DCE bis > 2015 ? Contexte : Limites … lesdites approches courantes sont celles retenues (et encore, non sans quelques aménagements « européens » ; l’harmonisation « TGD », qui tire vers une représentation théorique et virtuelle de l’environnement, l’a emporté sur l’objectif de protection de l’environnement …). On aurait pu aussi citer un autre workshop de la SETAC, auquel participaient plusieurs mbs de l’EG-EQS, et qui concluait entre autres au caractère indicatif des SQG, ainsi qu’au lien « constitutif » entre NQE et compliance checking … En écotox, on se préoccupe de plus en plus de changement d’échelle, de travailler aux niveaux écologiques pertinents ; cela se traduit notamment par des travaux sur les traits bio-écologiques, notamment autour des impacts des pesticides : Baird - van den Brink et Maund = Alterra, Syngenta (projet « massive »). Revue Clements & Rohr cite un certain nombre de papiers sur les impacts de pesticides et les mésocosmes. 11/03/2010 Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010

Objectifs et calendrier « réfléchir à des NQE basés sur le fonctionnement des communautés benthiques » (2009) – travail exploratoire poursuivi en 2010 Calendrier 2009 (3 mois CDD) : Constitution d’une base de données Première approche statistique / descriptive 2010 (2 mois CDD ?) : Suite exploration statistique Citer Romain Roth 11/03/2010 Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010

Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010 Démarche Extraction de données RCR – RCS 2005-2008 [pôle ONEMA-Cemagref] : listes faunistiques macro-invertébrés / substrats limon+sable ou vase [OIEau BNDE] Données physico-chimiques / sédiments Correspondance temporelle  3 mois Traitements statistiques de couples biologie-chimie 11/03/2010 Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010

Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010 Base de données (1) Base de données 269 sites – 545 micro-prélèvements (bio) / 407 mesures chimiques Sélection de mesures chimiques (mesure effectuée, effectif > LQ) : 20 paramètres, dont 11 prioritaires (DCE ann. II) As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn Anth, B(a)A, B(ghi)P, B(a)P, B(b)F, B(k)F, Chrys, DB(ah)Anth, Fluor, IP, Phen, Pyr. Valeurs <LQ 0.5*LQ Add. paramètres SHAP (3 modalités) Forte réduction du nombre de paramètres exploitables par rapport au nombre total de µpolluants dans la base ; soulignés = prioritaires au titre DCE Variabilité des LQ, du coup on a des proportions importantes de valeurs fictives (0.5*LQ) à côté de valeurs valides < ; donc biais stat non évalué actuellement 11/03/2010 Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010

Base (2), description des données (1) Size : 1: 0.25 cm ; 2: 0.25 – 0.5 cm ; 3: >0.5 – 1 cm ; 4: >1 – 2 cm; 5: >2 – 4 cm ; 6: >4 – 8 cm ; 7: >8cm Resistance forms: 1: eggs, statoblasts; 2: cocoons; 3: housings against dessication; 4: diapause or dormancy; 5: none Effectifs bio ajustés au genre (en général)  log(x+1) Modalités de traits selon Tachet & al. (2000 – 2006) Distribution des fréquences de modalités : fréquences faibles regroupées avec modalités voisines ou retirées à reprendre = box-plot modalité / classes de concentrations Modalité : un trait (e.g. taille, formes de résistance) prend différentes modalités (classes de taille, catégories de forme etc.) Transformation logarithmique = limitation de l’influence des taxa très abondants 11/03/2010 Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010

Description des données (2) Données chimiques :ACP corrélations des inorganiques entre eux [Ni-Cr], [Cu-Zn], [Pb-Hg-Cd] des HAP  remplacés par  légers/lourds indépendance des 2 groupes faible discrimination des individus (stations) Couplage chimie – biologie : analyse de co-inertie, à reprendre Plusieurs ACP réalisées : métaux et HAP séparément ou ensemble. Bornées au 90ème percentile pour limiter l’influence des sites « extrêmes » Métaux seuls, · cuivre et zinc, · nickel et chrome, · plomb, cadmium et mercure HAP fortement auto-corrélés Métaux + HAP Axe 1 : 54% de la variance,– HAP, axe 2 : 15% - métaux Axe 3 (8%) permet de séparer les métaux (voir graphique du haut) Corrélations HAP (+ considérations toxico) justifient de les traiter en tant que somme ; pas de différence entre différentes modalités (« lourds » = 4 cycles et plus, « légers » = anthracène + phénathrène) Ni-Cr, Cu-Zn, Pb-Hg-Cd 11/03/2010 Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010

Relations traits - chimie Approche graphique des relations entre modalités de traits et gradients de concentrations 2599 graphiques … dépouillement à poursuivre : identification de modalités potentiellement intéressantes 11/03/2010 Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010

Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010 Pistes 2010 Approches statistiques à raffiner Co-inertie Utilisation de variables chimiques composites puisque mélanges ? Néanmoins perspectives limitées par les données elles-mêmes Examen de jeux de données « plus simples » ? Travail prévu en 2010 = à l’origine prolongement du CDD 2009, en pratique impossible. Les réseaux n’ont de toute façon pas été conçus dans le but d’étudier les relations chimie-bio, et présentent plusieurs limites importantes (LQ, plusieurs substances contribuent aux variations d’une même modalité, gradients …) ; la marge de progrès restera assez limitée Autres jeux de données… reste à savoir lesquels !! 11/03/2010 Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010

Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010 Perspectives Questions de méthode Adéquation des données  concevoir et développer des jeux propres (sans oublier les paramètres « explicatifs » : COT-BC, granulo, AVS …) Méthodes statistiques Que veut-on obtenir ? Protection des systèmes (absence d’effet) / probabilité d’occurrence d’effets (screening) Mélanges de contaminants : si on veut des NQE / substance  tests sur sédiments enrichis ? Question posée à l’envers ? Définir des classes / bio (écart à la référence), et voir ensuite la chimie associée Pré-supposé = être capable de définir des communautés de référence BC = black carbon NQE = vise la protection des écosystèmes ; attente excessive vis à vis de valeurs issues d’observations de terrain (incertitude = variabilité des conditions + mélanges …) ? Plus probablement on peut espérer identifier des plages de concentrations où certains effets sont peu probables / possibles / probables. En partant d’observations de terrain on a affaire systématiquement à des mélanges, si on veut des NQE substance il faudrait plutôt travailler sur des sédiments spikés  en cherchant des NQE, on pose peut-être le pb à l’envers Se servir des traits (plusieurs combinés) pour déterminer des classes de « qualité biologique » dont on évalue ensuite la composition chimique (cf. Archaimbault, Freshwater Biol à paraître) 11/03/2010 Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010

Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010 Références Batley G.E. ; Stahl R.G. ; Babut M. ; Bott T.L. ; Clark J.R. ; Field L.J. ; Ho K.T. ; Mount D.R. ; Swartz R.C. ; Tessier A. (2005) Scientific underpinnings of sediment quality guidelines. In: Use of Sediment Quality Guidelines and Related Tools for the Assessment of Contaminated Sediments, (eds Wenning R.J. ; Batley G.E., et al.), SETAC Press, Pensacola (FL), p. 39-120. Baird D.J. ; Rubach M.N. ; Van Den Brink P.J. (2008) Trait-Based Ecological Risk Assessment (TERA): The New Frontier? Integrated environmental assessment and management, vol. 4, n° 1, p. 2-3 Clements W.H. ; Rohr J.R. (2009) Community responses to contaminants: using basic ecological principles to predict ecotoxicological effects. Environmental Toxicology and Chemistry, vol. 28, n° 9, p. 1789-1800 Tachet H., Richoux P., Bournaud M. & Usseglio-Polatera P. (2000) Invertébrés d'eau douce. Systématique, biologie, écologie. CNRS Editions, Paris, France Remerciements Nicolas MENGIN, Martial FERREOL, Romain ROTH 11/03/2010 Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010

Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010 Carte des sites sélectionnés 6 points non représentés (corrects sauf coordonnées …) 11/03/2010 Séminaire ONEMA / journées µpolluants 2010