Ce sujet s’inscrit dans le cadre du projet de révision des méthodes d’évaluation de l’état écologique des cours d’eau de l’île de la Réunion via le compartiment des macro-invertébrés benthiques, financé par l’Office Français de la Biodiversité (OFB).
Résumé (contexte et objectifs) :
A l’échelle nationale, la Directive 2000/60/CE du Parlement Européen et du Conseil du 23 octobre 2000 a généré de nombreux travaux visant à assurer la DCE-compatibilité des méthodes d’évaluation de l’état écologique pour les différentes catégories de masses d’eau de surface et souterraines. Pour les cours d’eau, l’Indice Invertébrés Multimétrique (I2M2 ; Mondy et al., 2012) a été élaboré, et l’IBD basé sur les diatomées (IBD-2006 ; Coste et al., 2009), l’IBMR basé sur les macrophytes (Haury et al., 2006) et l’IPR basé sur les poissons (Oberdorff et al., 2001 ; 2002) ont été créés, révisés ou complétés par des jeux de valeurs de référence de façon à assurer leur DCE-compatibilité en tant que méthodes nationales d’évaluation. Ces indicateurs « globaux » restent cependant peu informatifs sur la nature des pressions anthropiques qui affectent les cours d’eau. Des outils de diagnostic (OD) complémentaires ont alors été conçus. Ils sont constitués par plusieurs modèles (un par catégorie de pressions) qui évaluent, individuellement, la probabilité qu’une communauté, inventoriée par application d’un protocole d’échantillonnage standardisé, soit « significativement affectée » par une catégorie de pression déterminée, sur la base d’une large combinaison de caractéristiques bio/écologiques (e.g. l’ODI basé sur les invertébrés benthiques ; Mondy et Usseglio-Polatera, 2013), ou taxonomiques et bio/écologiques (e.g. l’ODP, l’ODD et l’ODM basés respectivement sur les poissons (Dézerald et al., 2020), les diatomées (Larras et al., 2017) et les macrophytes aquatiques (Leboucher et al., 2023).
Dans les territoires ultra-marins, l’élaboration d’indices biotiques adaptés aux particularités insulaires de chaque DROM est beaucoup plus récente. L’Indice Réunion Macroinvertébrés (IRM) est un indice multimétrique qui a été construit à partir d’un jeu de données acquis sur la période 2008-2011. Il intègre huit métriques décrivant (i) les contraintes hydrauliques, (ii) le comportement ou le régime alimentaire des macroinvertébrés et (iii) la richesse taxonomique. Après plusieurs années d’utilisation, l’IRM semble cependant avoir des difficultés à évaluer correctement le niveau de pression anthropique sur certains sites. Afin d’améliorer son pouvoir de discrimination actuel, une révision de l’IRM a été initiée par l’Office de l’Eau à la Réunion en juin 2023. Le projet (2023-2025), coordonné par le LIEC, est soutenu par l’Office Français de la Biodiversité (OFB).
L’objectif principal de l’IRM révisé sera de fournir une information, la plus robuste possible, mais relativement globale, sur le niveau des pressions anthropiques affectant tout site diagnostiqué. Il sera donc relativement peu informatif sur la nature précise des pressions affectant préférentiellement ce site. C’est pourquoi l’élaboration d’un Outil Diagnostique Invertébrés pour les cours d’eau réunionnais (ODI-Réunion), reposant non seulement sur des métriques basées sur les occurrences des espèces, mais également sur la structure taxonomique et fonctionnelle des communautés, devrait permettre de conforter et compléter l’évaluation de l’état de santé des cours d’eau réalisée par l’IRM_révisé. Dans cette optique, les caractéristiques biologiques et physiologiques et les préférences écologiques des macroinvertébrés benthiques des cours d’eau réunionnais ont été renseignées par une analyse bibliographique importante et exhautive de la littérature disponible sur le sujet (cf. Legrand, 2024).
L’objectif de ce sujet de stage sera :
(i) de construire un ensemble de modèles (un par catégorie de’ pression : par exemple « usage agricole » ou « urbanisation » (à l’échelle du BV drainé amont ou du tronçon), « nutriments », « matières organiques », « matières en suspension », « micropolluants », « prélèvement d’eau », « température », « étiages », « crues » ou « marnage »), en utilisant une méthode de machine learning (random forests = RF) qui permettra d’évaluer la probabilité d’impact significatif de la communauté macrobenthique d’un site par chaque catégorie de pression, compte tenu des caractéristiques taxonomiques et bio/écologiques de la communauté d’invertébrés échantillonnée. Le laboratoire d’accueil a déjà une longue expérience dans le développement de ce type d’outils (premier OD développé il y a plus de 10 ans ; Mondy & Usseglio-Polatera, 2013) et assurera l’encadrement scientifique de l’étudiant stagiaire sur ce volet ;
(ii) d’étudier les tendances temporelles (période 2008-2024) et spatiales (à l’échelle de l’île) quant à l’évolution des probabilités d’impact significatif restituées par les différents modèles ;
(iii) d’examiner quelles sont les métriques les plus contributives à la construction des différentes modèles RF, constitutifs de l’Outil Diagnostique Invertébrés-Réunion.
L’ensemble de ces travaux sera réalisé en collaboration étroite avec les encadrants, et les partenaires du projet de révision de l’IRM (e.g. l’Office de l’Eau à la Réunion).
Compétences demandées :
Le (la) candidat(e) retenu(e) devra :
• être motivé(e) par la perspective de travailler sur la mise au point d’un nouvel outil de diagnostic écologique basé sur les macroinvertébrés benthiques,
• être à l’aise avec l’analyse statistique de données et dans l’utilisation du logiciel R,
• être capable de travailler avec une certaine autonomie,
• être apte au travail collaboratif,
• avoir des connaissances générales en écologie.
Période de stage: 6 mois à définir entre début février et fin août 2025.
Pour postuler :
Envoyer un CV et une lettre de motivation aux encadrants de ce stage avant le 15 janvier 2025 :
– Philippe Usseglio-Polatera (Pr, philippe.usseglio-polatera@univ-lorraine.fr )
– Thibault Leboucher (Post-doc, thibault.leboucher@univ-lorraine.fr )
Adresse du laboratoire où l’étudiant effectuera sa recherche :
Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (LIEC-CNRS UMR 7360)
Université de Lorraine
Campus Bridoux
Rue Général Delestraint
Bâtiment IBISE
57070 – Metz
Références citées :
Coste M., Boutry S., Tison-Rosebery J. & Delmas F. 2009. Improvements of the Biological Diatom Index (BDI): Description and efficiency of the new version (BDI-2006). Ecological Indicators, 9, 621–650.
Dézerald O., Mondy C.P., Dembski S., Kreutzenberger K., Reyjol Y, Chandesris A., Valette L., Brosse S., Toussaint A., Belliard J., Merg M.L. & Usseglio-Polatera P. 2020. A diagnosis-based approach to assess specific risks of river degradation in a multiple pressure context: insights from fish communities. Science of the Total Environment, 734, 139467.
Haury J., Peltre M.-C., Trémolières M., Barbe J., Thiébaut G., Bernez I., Daniel H., Chatenet P., Haan-Archipof G., Muller S., Dutartre A., Laplace-Treyture C., Cazaubon A. & Lambert-Servien E. 2006. A new method to assess water trophy and organic pollution – the Macrophyte Biological Index for Rivers (IBMR): its application to different types of river and pollution. Hydrobiologia, 570, 153-158.
Larras F., Coulaud R., Gautreau E., Billoir E., Rosebery J. & Usseglio-Polatera P. (2017) Assessing anthropogenic pressures on streams: A random forest approach based on benthic diatom communities. Science of the Total Environment, 586, 1101–1112.
Leboucher T., Bacon J., Fulcrand A., Chauvin C., Billoir E., Pierre M. & Usseglio-Polatera P. (2023). Outil diagnostique « Macrophytes », Rapport Université de Lorraine (LIEC) et INRAE (EABX) pour l’OFB, septembre 2023, 143 p.
Legrand L. (2024). Facteurs de sélection des traits biologiques et écologiques au sein des communautés de macroinvertébrés benthiques, dans les cours d’eau réunionnais. Mémoire de Master 2, Montpellier Université d’Excellence.
Mondy C.P., Villeneuve B., Archaimbault V. & Usseglio-Polatera P. (2012) A new macroinvertebrate-based multimetric index (I2M2) to evaluate ecological quality of French wadeable streams fulfilling the WFD demands: A taxonomical and trait approach. Ecological Indicators, 18, 452–467.
Mondy C.P. & Usseglio-Polatera P. 2013. Using conditional tree forests and life history traits to assess specific risks of stream degradation under multiple pressure scenario. Science of the Total Environment, 461-462, 750-760.
Oberdorff T., Pont D., Hugueny B. & Chessel D. 2001. A probabilistic model characterizing fish assemblages of French rivers: a framework for environmental assessment. Freshwater Biology, 46, 399-415.
Oberdorff T., Pont D., Hugueny B. & Porcher J.-P. 2002. Development and validation of a fish-based index for the assessment of ‘river health’ in France. Freshwater Biology, 47, 1720-1734.
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