Pré-FERRIA

- ETAT DE L’ART, CONTEXTE SCIENTIFIQUE, OBJECTIFS

L'eau douce est une ressource naturelle limitée et vulnérable, source de culture, d'énergie, d'alimentation, d'industrie et de biodiversité. Elle soutient également un large éventail de propriétés et de services des écosystèmes. C'est pourquoi le sixième Objectif de Développement Durable des Nations unies promeut un cadre de Gestion Intégrée des Ressources en Eau (GIRE) prenant en compte la satisfaction des besoins humains, mais aussi des conditions garantissant la continuité des processus écologiques et la stabilité de la vie aquatique. L'Altiplano (haut plateau andin du Pérou et de la Bolivie) abrite une population de plus de 2 millions de personnes, principalement indigènes. La plupart de cette population est en condition de vulnérabilité avec une faible capacité de résilience face aux changements climatiques. Comme d'autres régions andines, l'Altiplano est touché par une augmentation significative de la demande en eau pour les besoins de la population, l'agriculture et l'industrie. Le gouvernement bolivien a demandé l'appui de l'IRD pour développer le concept et les méthodes de débits écologiques (E-flows) sur le territoire.

Les E-flows se définissent comme la quantité, la temporalité et la qualité des flux d'eau nécessaires pour soutenir les écosystèmes d'eau douce et l’activité humaine. C'est un concept utile pour répondre au besoin de prise en compte de l'environnement dans les GIRE. Les méthodes de débits écologiques sont principalement basées sur la connaissance des relations entre hydrologie et écologie. Leur mise en œuvre est malheureusement limitée par un déficit dans ces connaissances, le peu de données d'évaluation à long terme des conséquences écologiques des modifications de débit et par l'insuffisance des efforts de recherche visant à définir explicitement les liens entre les débits et l'écologie.

L'hydrologie, qui dépend fortement du climat, est un moteur essentiel du fonctionnement des systèmes aquatiques d'eau douce (Poff et al. 2010). L'importance du régime d'écoulement pour limiter la distribution et l'abondance des espèces d'eau douce et pour maintenir l'intégrité écologique des systèmes d'eau douce a été reconnue très tôt (Power et al. 1995). Le fonctionnement écologique des rivières et des zones humides est également contrôlé par d'autres facteurs environnementaux, qui dépendent également de l'hydrologie, tels que la température, la qualité de l'eau et la charge sédimentaire (Poff et al. 2010). Corrélativement, les altérations du régime hydrologique en conséquence des pressions climatiques ou anthropiques (régulation ou transfert des prélèvements d'eau, contaminations, barrages) peuvent avoir un impact négatif sur la température et la chimie de l'eau (pH, oxygène dissous, charge sédimentaire, toxicité, etc…) et produire de fortes altérations écologiques (Poff et al. 2010). Les relations débit - écologie (FER pour Flow - Ecology Relationship) traduisent la manière dont la quantité, la qualité et la variation temporelle du débit influencent le fonctionnement écologique de la rivière en modifiant les communautés aquatiques et la productivité (Rosenfeld 2017). Ainsi les FER caractérisent par exemple le contrôle des débits sur : 1) l'abondance des organismes et leur distribution en fonction de variables hydrauliques (vitesse du courant, profondeur d’eau) et des périodes de crues ou d’étiage ; 2) leur cycle de vie (migration, reproduction, etc.).

Les FER sont déterminées à partir d’observation de terrains (couplant l’échantillonnage des composantes biologiques indicatrices et l’évaluation de paramètres environnementaux liés à l’hydrologie, l’hydraulique et la physico-chimie de l’eau) puis à partir d’expérimentation impliquant le contrôle des conditions environnementales. L’un des axes de recherche du projet JEAI FERRIA est l’amélioration des connaissances sur la composition des peuplements aquatiques, qui pourraient servir d’indicateurs pour caractériser l’état écologique des rivières de l’Altiplano bolivien. Les poissons, les invertébrés mais aussi les algues, les communautés microbiennes, les biofilms et la qualité de la matière organique sont des candidats que nous voulons intégrer dans nos analyses, afin de proposer des indicateurs fonctionnels de l’écologie de la rivière en fonction des débits.

Les conditions sanitaires ne permettant pas la pleine réalisation du projet FERRIA pour 2020 (installation d’une station expérimentale et définition d’un réseau de stations d’observation sur 2 bassins versants alimentant le lac Titicaca avant de lancer les premières campagnes d’échantillonnage), nous envisageons deux actions dont les résultats seront des préalables importants :

- Caractérisation moléculaire des invertébrés des rivières de l’Altiplano bolivien afin d’améliorer les connaissances taxonomiques ;

- Évaluation préliminaire des communautés microbiennes, des biofilms et de la matières organiques présents dans les rivières de l’altiplano pour lesquelles les connaissances actuelles sont très limitées. Cette action sera coordonnée avec le projet de X. Lazzaro sur le lac Titicaca, qui vise à développer des bioindicateurs dans les zones fortement eutrophisées.

- MATERIEL D’ETUDES ET METHODES D’ANALYSES

Caractérisation moléculaire des invertébrés :

Le laboratoire de Limnologie de l’Université de La Paz (Pr. Carlos Molina) a récemment collecté des spécimens de macro-invertébrés des rivières de l’altiplano. Ils sont conservés dans l’alcool. Certains spécimens, appartenant à des groupes dont la taxonomie est peu développée, seront séquencés avec l’utilisation du marqueur de la sous-unité 1 du Cytochrome oxydase (COI) utilisé notamment pour les études de barcoding. Les amplifications seront réalisées à l’université de La Paz, les séquençages seront réalisés par des laboratoires extérieures (France ou Etats-Unis). Les résultats permettront de caractériser la diversité génétique de ces groupes et de détecter d’éventuels nouveaux taxons et de faire le lien entre larves et adultes (Molina 20171 ).

Évaluation préliminaire des composantes microbiennes, des biofilms et de la Matière Organique :

Les protocoles d’échantillonnage hydrochimique, micro-organismes et biofilm maitrisés par notre équipe (D.Lamy, C. Hubas et G. Abril) dans d’autres environnements seront testés puis adaptés pour les rivières de l’altiplano dans quatre sites proches de La Paz (deux sites dégradés et deux conservés) à deux dates différentes. Des collectes d’eau et de sédiments seront réalisées. Les échantillons seront traités (filtration ou lyophilisation) puis conservés dans des conditions (-20°C) permettant leur analyse en France. Ils serviront à caractériser les communautés microbiennes et des biofilms (séquençage haut débit (Illumina MiSEQ) des séquences d’ARNr16S, en ciblant la région hypervariable V4-V5 des bactéries et archées) et à évaluer divers types de traceurs de la matières organiques (isotope Carbone et Azote, Pigments). 1 Molina, C. I., Gibon, F. M., Dominguez, E., Pape, T., & Ronsted, N. (2017). Associating immatures and adults of aquatic insects using DNA barcoding in high Andean streams.