Port Autonome de Marseille Laboratoire daccueil: UMR CNRS 6540 DIMAR Centre docéanologie de...

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

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Port Autonome de Marseille

Laboratoire d’accueil:UMR CNRS 6540 DIMARCentre d’océanologie de Marseille

Financement: Port Autonome de Marseille

Région Provence-Alpes-Côte-D'azur

Rachel HERMAND

Réponses d’une communauté macrobenthique méditerranéenne soumise à

des apports sédimentaires allochtones naturels ou anthropiques

Thèse de doctorat – Spécialité « Océanographie »Université de la Méditerranée

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Contexte général

Nécessité d’outils de diagnostics

Aujourd’hui : Etat des lieux

Mesures de gestion et/ou de protection

Reflet de conditions environnementales naturellement très variables

2015 : « Bon Etat Ecologique » des milieux humides

Directive Cadre Européenne sur l’eau

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Texture du sédimentGayraud et al., 2003

Pérès et Picard, 1964Thrush,1991

Les invertébrés benthiques dans l’écosystème

Darnaude et al., 2004

Maillon important des chaines trophiques et

proies d’espèces d’importance commerciale

Quantité et qualité des ressources alimentaires

Rossi, 2003Danovaro et al, 1995Fabiano et Danovaro, 1994Graf, 1992Marsh et Tenore, 1990Pearson & Rosenberg, 1978

Reflets des conditions environnementalesMultiples indices biotiques

•Vie dans le sédiment•Durée de vie•Sédentarité•Participation aux flux géochimiques

Borja, 2000Dauvin, 2006

Roberts, 1998Rosenberg, 2004....

SImboura et Zenetos, 2002

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Objectifs et stratégieAméliorer nos connaissances des interactions entre les compartiments “sédiment” et “macrofaune benthique”

APPORTS SEDIMENTAIRES ANTHROPIQUESImmersion 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 tImmergés en moins de 6 mois

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)

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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

Objectifs

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Echantillonnage et principaux paramètres suivis

13 campagnes de mars 2004 à juillet 20063 réplicats par station

PAsédiments clapés

SLT RhôneSite soumis aux apports

du Rhône

SLT FosSite témoin

Communauté macrobenthique

•Densité totale•Fréquence relative des groupes taxonomiques•Richesse & diversité taxonomique•Dynamique de population

Origine et Texture du sédiment

•Nature des minéraux argileux•Granulométrie•Porosité

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

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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 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 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?

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PARTIE I :La restauration de la communauté

des sédiments clapés

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Temps de retour minimumen 1 même point :

12h

25 cm max

Vases Terrigènes Côtières

-3m à -4m

Caractéristiques des clapages

Déroulement des travaux

Rehaussement du fond jusqu’à >1m

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1) Peu de modifications suite aux dragages-clapages

PA : sédiments clapésSédiments de la darse 2

Granulométrie laser

La granulométrie des sédiments

2) Pas de différence à grande échelle entre les 3 stations

SLT Fos : site témoinPA :sédiments clapésSLT Rhône : site Rhône

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02.164.2

102.1ww

w

SLT Fos

PA : sédiments clapés

SLT Rhône

w (Dell'Anno et al., 2002)

= porosité

= teneur en eau (%)

Stratification plus prononcée à PA

La porosité des 4ers cm de la couche sédimentaire

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BPC =C(Glucides Totaux)+ C(Lipides) + C(Protéines) = fraction labile du carbone

Quantités plus faibles à PA

Variations saisonnières parallèles entre les stations

Au niveau de la matière organique

Les grandes étapes de la restauration

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•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

Au niveau de la macrofaune benthique

Teneur en Azote et en Carbone organique 2ers cm de la couche sédimentaire

Capacité trophique = Protéines/Glucides

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PA : Sédiments clapés

Taille ½ bouclier (mm)

Fré

qu

en

ce (

%)

Juvéniles

Sternaspis scutata

Largeur du demi-bouclier (mm)

Colonisation : adultes migrateurs ou juvéniles par dispersion des larves?

SLT Fos : Site témoin

Taille ½ bouclier (mm)

Fré

qu

en

ce (

%)

SLT Rhône : Site Rhône

Taille ½ bouclier (mm)

Fré

qu

en

ce (

%)

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Diminution de la densité totale à PA jusqu’en février 2005

Evolution temporelle à l’échelle du peuplement

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

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Rapprochement au cours du temps de PA vers SLT Fos

Evolution temporelle à l’échelle spécifique : similarité avec les 2 autres stations

n

i biai FF1

2abd

Distance canonique

Composition taxonomique des peuplements et

fréquence relative des taxa

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Temps de restauration : dès 36 mois

Estimation du temps de restauration

Distance canonique entre PA et SLT Fos

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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 Rh ≈ PA > Fos

Richesse taxonomique Rh ≈ PA > Fos PA >>Rh ≈ Fos

Equitabilité Fos >> Rh ≈ PA Fos > Rh ≈ PA

34 mois après les travaux il persistait encore des différences

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Les facteurs favorables à la restauration de la communautéEt recommandations pour les futures campagnes

•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

Choix de la zone de clapages

•Minimiser l’épaisseur du dépôt

•Maximiser le temps de retour en un même point

Modalités des clapages

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

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Détermination au niveau du genreDétermination jusqu’à l’espèce

7% de perte d’information au niveau « Genre »Dolédec et al, 2000

1) Niveau de détermination taxonomique

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Moins de dix taxa ont montré des dynamiques temporelles

remarquables

2) Est-il nécessaire de déterminer l’ensemble des espèces?

Algorithme de classification desk-moyennes

(Hartigan et Wong, 1978)

Classer au sein de chaque station les taxa qui ont eu des fréquences relatives et des

variations temporelles comparables

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Statut écologique à PA 

Début Fin

AMBI(Borja et al,

2000) Modéré Modéré 

BOPA(Dauvin et

Ruellet, 2006) Bon  Modéré 

BENTIX(Simboura et

Zenetos, 2002 Modéré  Modéré 

3) L’utilisation des indices biotiques est-elle adaptée à ce type de perturbation?

Variations temporelles

Divergence

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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?

% de silts

% CO

PorositéPigments

Chlorophylliens

.....

Un descripteur unique de la communauté macrobenthique :

BENTIX

Utiliser un seul descripteur de la macrofaune pour mieux comprendre ce(s) facteur(s)

Capacité trophique

4) L’utilisation des paramètres sédimentaires comme alternative à l’analyse de la macrofaune est-elle possible?

Principe

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Granulométrie

Carbone BioPolymérique

Porosité

Capacité trophique

Infl

uen

ce

déc

rois

san

te

Chlorophylle a active

Principaux résultats:paramètres faunistiques « séparés »

Meilleur ajustement : 37% de variabilité expliquée (Aricidea claudiae)

(%)

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

Principaux résultats:indice biotique

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PARTIE III :Influence du Rhône vs. effets

clapages

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Port Autonome de MarseilleD’après Hermand et al., 2008

Groupe A : sédimentation élevéeGroupe B : sédimentation moyenneGroupe D : sédimentation faible

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

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Port Autonome de Marseille

0

10

20

30

40

50

SLT Fos PA SLT Rhône

Fré

qu

ence

rel

ativ

e (%

)Groupe A

Groupe B

Groupe D

Fin de l’étudeDistribution de ces groupes à SLT Fos et SLT Rhône

0

10

20

30

40

50

SLT Fos PA SLT Rhône

Fré

qu

ence

rel

ativ

e (%

)

Groupe A

Groupe B

Groupe D

Début de l’étude

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Port Autonome de Marseille

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

jan

v

févr

ma

r

avr

il

ma

i

juin

juill

ao

û

sep

oct

no

v

c

ME

S (

103 t)

D’après Pont, 2002

Apports de MES selon les types de crues

Crue générale10,2*106 t 24 jours

Crue méridionale

3,7*106 t en 9 jours

Successions de crues océaniques

9,1*106 t

181 jours

1994 1995

Comparaison avec la composition taxonomique après les crues du Rhône

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Crues méridionales et généralesSLT Rhône mai et novembre 1994

Crues OcéaniquesSLT Rhône juillet 1995

Sédiments clapés de PAPrintemps 2004

Cossura sp.

Laonice cirrata

Sternaspis scutata

32 à 41 autres espèces

Taxa dominants après les clapages comparables avec ceux « post-crues océaniques »

Taxa dominants après les crues

Comparaison de la composition taxonomique après les crues du Rhône

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CONCLUSIONS&

PERSPECTIVES

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Conclusions

Perturbation dont les effets à moyen terme restent limités

L’immersion en mer de déblais de dragages non contaminés

1. Plusieurs facteurs déterminants difficiles à hiérarchiser

2. Texture sédimentaire > quantité et de la qualité de la matière organique

3. Problème du choix des paramètres environnementaux dans les suivis

Facteur(s) déterminant(s) dans la distribution des

communautés benthiques

Allègement des suivis réglementaires?

Oui mais  :

•Macrofaune toujours nécessaire•Calibration nécessaire des indices

biotiques

Les crues des fleuves peuvent-elles être ressenties par les communautés

comme des perturbations?

Apports sédimentaires naturels vs. apports sédimentaires

anthropiques

Restauration du milieuProblème de la définition de la

restauration

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Perspectives

1. Suivi à « très long terme » d’aires de clapages  :

Déterminer le moment de restaurationObserver l’évolution lors d’immersions répétées sur un même site

2. Intégrer la dimension verticale à la fois dans les paramètres sédimentaires et faunistiques

3. Tester l’impact de la porosité du sédiment

4. Tester l’applicabilité d’autres indices biotiques face à ce type de perturbation ou en adapter un à partir des espèces indicatrices locales

5. Compléter les données physiologiques et comportementales des différentes espèces

6. Valider les relations établies sur d’autres jeux de données

Protocole « normalisé » destiné aux gestionnaires d’installations portuaires :

•Phase de travaux•Suivi réglementaire

Applications directes

Etudes complémentaires

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