Pour une gestion intégrée et durable des ressources en eau de bassins soumis à des pollutions industrielles et urbaines: étude comparative du Lot (France) et du Danshuei (Taiwan) – TWIN RIVERS 2011

Des suivis hydrobiogéochimiques sont menées par les équipes françaises sur le bassin versant du Lot - principalement en trois sites :
- l'amont du Lot, à Livinhac, en amont de la confluence avec le petit bassin industriel, fortement contaminés en métaux
- le bassin industriel fortement contaminé : bassin de Decazeville à son exutoire, site de Joany.
- à l'exutoire du Lot à Temple.
En parallèle, des missions sont menées par les collègues français et taiwanais pour caractériser les eaux du Danshui.
Les paramètres suivis sont les mêmes sur les deux sites : les débits, les concentrations en MES, les métaux, les nutriments et carbone, la chlorophylle et les contaminants organiques persistants (HAP/PCB/PBDE/OCP).
La transplantation de bivalves filtreurs (Corbicula fluminea) à l’automne 2012 sur les 5 sites prévus en France dans le Riou-Mort et le Lot, le long du gradient de pollution polymétallique, a été réalisée sur une période de 20 jours. Pour les biofilms, deux expérimentations ont été menées : au printemps et à l'automne 2012. Après des temps de colonisation in situ de 20 à 25 jours sur chacun des 6 sites les biofilms récupérés ont été analysés (numérations, biomasse, bioaccumulation en Cd). En parallèle une expérience a été menée au laboratoire. Une souche pure d’Eolimna minima (espèce présente en abondance sur le site le plus contaminé et reconnue comme tolérante aux métaux) a été exposée par voie directe à 3 concentrations de Cd (0, 10 et 100 µg/L). Des échantillons ont été prélevés à 7 et 14 jours pour déterminer la croissance cellulaire, la bioaccumulation du Cd et le niveau d’expression de gènes cibles impliqués dans le métabolisme mitochondrial, la réponse au stress oxydant, les photosystèmes I et II. L’activité d’Asconit a consisté à rassembler un certain nombre d’éléments sur la problématique de la recherche, ainsi que les travaux de recherche réalisés sur cette question intégrant un volet SHS et gestion.

Les teneurs en Cd dissous sur le Lot montrent, depuis 2005, une forte cyclicité saisonnière suggérant un pompage des concentrations par le phytoplancton. Les teneurs en Cd dans le Riou Mort montre une tendance à l'augmentation entre 2009 et début 2013 démontrant que l'effet des travaux de réhabilitation entrepris sur le site industriel n’est pas encore perceptible. L’intercomparaison des mesures biogéochimiques entre France et Taiwan a permis de mettre en évidence que les collègues taiwanais ne dissociaient pas le dissous du particulaire , l'échange de protocoles a permis de caractériser la part dissoute et particulaire du Danshui, drainant la ville de Taipei.
Les résultats ont montré une importante accumulation de Cd toujours présente dans les bivalves transplantés sur le site de Joany dans le Riou-Mort, situé en aval des rejets de l’usine, suivi du site de Moulin (Riou-Viou), puis Bouillac (Lot aval), et enfin Livinhac (Lot amont) et Decazeville (Riou-Mort amont). Les effets ressentis par les organismes au niveau cellulaire et moléculaire sont toujours présents avec de fortes productions de métallothionéines et la génération d’un stress oxydant sur les sites les plus contaminés.
L’effet saison apparaît clairement sur la densité des diatomées avec une colonisation des diatomées plus marquée à Decazeville au printemps qu’à l’automne et à l’inverse des densités plus élevées à Joany en automne par rapport au printemps en lien avec une absence de broutage par des consommateurs de biofilms en automne par rapport au printemps. Au niveau de la bioaccumulation, le site de Joany présente toujours les concentrations métalliques (Cd et Zn) les plus élevées avec 118 µg Cd/g ps au printemps et 249 µg Cd/g ps en automne et une quantité de métal adsorbé toujours largement supérieur au métal absorbé. La composition des communautés diatomiques au sein des biofilms montre une répartition des espèces différentes selon le niveau de contamination des sites.

Après confrontation des méthodologies utilisées, côté français et taiwanais, pour caractériser la qualité des eaux et des premiers résultats menés sur les deux sites (Lot et Danshui), deux campagnes de prélèvements, à haute résolution spatiale, sont prévues pour caractériser la biogéochimie des eaux à partir des mêmes protocoles. l'identification des facteurs de contrôle sur les teneurs en Cd et As dans le Lot va être prochainement complété par les travaux de modélisation par réseaux neuronaux des collègues taiwanais.
Des essais de transplantation de Corbicula fluminea sont actuellement en cours à Taïwan de façon à tenter de développer les mêmes approches qu’en France. Seulement, des difficultés sont rencontrées en grande partie liées aux cyclones qui empêchent régulièrement le maintien des cages dans les cours d’eau. De nouveaux essais sont réalisés à l’approche de la saison sèche en ce moment.
Les démarches expérimentales prévues à Taiwan pour les biofilms sont en cours et font l’objet de tests méthodologiques malgré des conditions météorologiques difficiles (saison des pluies avec épisodes de typhons). Des cages équipées de lames de verre ont été immergées dans le cours d’eau étudié par l’équipe du Pr Rita Yam. L’arrivée prochaine de la saison sèche devrait faciliter l’exposition prolongée des lames dans le cours d’eau.

1. Kim Tiam S., Moisset, S., Feurtet-Mazel, A., Mazzella, N., Arini, A., Delmas, F., Morin, S., Daffe, G. and Gonzalez, P. (2013) Development of q-PCR approaches to assess water quality: Effects of cadmium and pesticides on gene expression of diatoms SETAC North America 34th Annual Meeting - Nashville, TN, USA, 17-21 novembre 2013, poster.
2. Chang FJ, Tsai WP, Wang YC, Chen PA, Chang LC, Coynel A., Vachaud G. (2014) Optimal reservoir operation strategy for balancing ecosystem and human needs Hydrology in a Changing World: Environmental and Human Dimensions Proceedings of FRIEND-Water 2014, Hanoi, Vietnam, February 2014 (IAHS Publ. 36X, 2014), oral + proceeding

Bien que l’eau soit encore une ressource abondante dans certaines zones, sa disponibilité à moyen terme est devenue un problème majeur lié à l’accroissement de sa demande, aux contaminations chimiques et microbiologiques des cours d’eau, et aux impacts potentiels du changement climatique. La situation actuelle appelle notre société à une utilisation plus rationnelle et à la mise en place renforcée de mesures de protection de cette ressource. En Europe, la DCE a été mise en place en imposant toute une série de mesures réglementaires visant à un retour vers la bonne qualité des eaux de rivières (restauration). À Taiwan, où les environnements hydrologiques et édaphiques ont été soumis à de très profondes modifications résultant de l’urbanisation, de l’utilisation excessive des sols en pente, de tremblement de terres (1999) et de l’accroissement des typhons et des pluies extrêmes, la gestion de l’eau est devenue une priorité nationale. Le "Water Resources Agency" a été créé en 2002 avec comme mission essentielle d’aboutir à un environnement en eau de bonne qualité sanitaire et écologique et assurant la sécurité (lutte contre les inondations) et la durabilité de la ressource.
C’est dans ce contexte que ce projet est déposé afin d’effectuer des recherches sur deux bassins contrastés (le Danshuei à Taiwan et le Lot en France) soumis aux mêmes types de pollutions métalliques et organiques, afin de proposer une stratégie de gestion des ressources à un niveau intercontinental. Des approches identiques combinant différentes disciplines scientifiques (hydrologie, géochimie, écologie, écotoxicologie, génétique.) seront utilisées pour mieux comprendre et diversifier notre connaissance des écosystèmes aquatiques, tout en s’appuyant sur l’expertise d’un groupe de consultants pour assurer le transfert des résultats scientifiques aux organismes gestionnaires de l’eau. Quatre équipes de recherches de Bordeaux (UMR EPOC et CEMAGREF), Paris (UMR SISYPHE) et Grenoble (UMR LTHE) et un groupe de Consultants (ASCONIT) sont impliqués côté français. Côté taiwanais, il s’agit de six groupes de recherches de l’Université Nationale de Taiwan -NTU- (2 groupes), de l’Académie de Sciences, de l’Université de Tamkang, du Centre de Recherche de Génie Agricole.
Ce projet est organisé autour des tâches suivantes :
Identification des polluants, inter comparaison des méthodes de mesures in situ et des techniques analytiques ; Impact des pollutions sur les espèces aquatiques ; Inter comparaison entre indicateurs statistiques et biologiques de la qualité des eaux ; Développement d’un modèle multi-objectifs d’établissement des concepts de gestion durable des ressources en eau en liaison avec les gestionnaires et les représentants d’utilisateurs.
Le résultat le plus important de cette collaboration devrait se situer au niveau des règles de gestion de l’eau. Sur le plan scientifique, les équipes tireront profit des très forts contrastes entre les deux pays (climat, occupation des sols, mesure de réhabilitation). Cette collaboration sera également basée sur un concept « gagnant-gagnant » dans lequel les équipes de chaque pays bénéficieront des points forts de leur contrepartie :
-les partenaires Français profiteront de l’expertise taiwanaise dans l’analyse statistique (modèles neuronaux) des résultats et le développement de modèles multi-objectifs de gestion des ressources en eau
-les partenaires Taiwanais profiteront de l’expertise française sur les bio-indicateurs (diatomées, biofilms) et sur les méthodes de gestion de l’eau à l’échelle des Agences de Bassin
L’exploitation des résultats en terme de connaissance des processus, de méthodes et de modèles se fera à travers des collaborations actives au niveau des sites de mesure, des échanges de chercheurs et des présentations communes d’articles et de communications. Enfin une priorité sera donnée à la de supervision bilatérale de thèses en cotutelles via des programmes spécifiques.