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Projet scientifique 2019-2025

Le projet scientifique du Pôle Écla est établi pour une période de 6 ans, par les membres et à compter de 2019. Il répond aux besoins prioritaires identifiés en termes de recherche finalisée. Il comprend également certains sujets plus prospectifs qui anticipent et mettent en lumière des enjeux futurs. Il se décline en 4 axes principaux décrits ci-dessous. Il est mis en œuvre à travers un programme d’actions, actualisé annuellement.

Axe 1 - Caractérisation et évaluation de l’état et des trajectoires des milieux lacustres, de leur biodiversité, et de leur fonctionnement

Axe 1.a Caractérisation des milieux

La surface, la profondeur, la variabilité temporelle et des usages des milieux lacustres sont des obstacles à toute caractérisation rapide et intégrative. Aujourd’hui, la résolution des images, la fréquence de passage et la disponibilité des données des nouveaux satellites européens offrent des perspectives particulièrement intéressantes pour la surveillance des écosystèmes lacustres. Le pôle poursuivra son investissement dans le développement de techniques et d’outils opérationnels de caractérisation des milieux lacustres par télédétection satellite. Il poursuivra les collaborations initiées avec le CNES et l’UMR EDB en ce sens, ainsi qu’avec le pôle Theia et le pôle AFB-BRGM INSIDE en ce qui concerne la diffusion des résultats. Les méthodes et outils transférables à d’autres types d’écosystèmes (marins notamment) pourront être diffusés plus largement au sein de l’AFB.

Action Télédétection de la qualité écologique  des lacs (Telquel) - Pilotes principaux : T. Tormos (OFB) & N. Reynaud (Inrae)
Action Bases de données du Pôle - Pilotes principaux : T. Tormos (OFB), N. Reynaud (Inrae), G. Monet (Inrae)
Action Valorisation & Transfert - Pilotes principaux : T. Tormos (OFB), N. Reynaud (Inrae), P.-A. Danis (OFB)

Axe 1.b Caractérisation de la biodiversité

Comme pour les caractéristiques physiques et chimiques des écosystèmes lacustres, l’évaluation des communautés biologiques nécessite classiquement le déploiement d’importants moyens techniques et humains si l’on souhaite les appréhender dans leur intégralité. En plus des contraintes spatiales et temporelles, la turbidité est un facteur qui complique fréquemment l’observation des organismes lacustres. L’échantillonnage des espèces, souvent destructif, est ainsi la technique la plus couramment employée. L’utilisation de telles méthodes dans des espaces protégés ou restaurés, et/ou sur des espèces protégées soulève des problèmes éthiques. En outre, notamment pour les poissons, les engins de capture utilisés sont souvent sélectifs et permettent rarement d’évaluer les peuplements dans leur ensemble. Aujourd’hui, certaines innovations accessibles à un grand nombre d’acteurs de l’environnement offrent un potentiel intéressant pour résoudre ces problèmes. Le Pôle R&D développera, testera et validera de nouvelles méthodes de caractérisation de la biodiversité, dans un souci d’opérationnalité et de déploiement ultérieur. Des partenariats techniques avec des entreprises privées pourront être développés en ce sens. Les approches qui seront évaluées sont les suivantes.

ADNe & Projet Interreg EcoAlpsWater

Le metabarcoding offre aujourd’hui des perspectives particulièrement intéressantes pour caractériser les communautés lacustres. L’ADN libéré par les organismes dans le milieu, appelé ADN environnemental ou ADNe, pourrait ainsi permettre, à partir d’un simple échantillon d’eau, d’évaluer la présence des espèces de l’ensemble d’un peuplement, voire de l’ensemble de la communauté lacustre. Les potentialités de la méthode et une standardisation seront recherchées (en particulier pour les poissons, le phytobenthos et les microorganismes). Les travaux du pôle s’inscriront plus particulièrement dans le projet Interreg Eco-AlpsWater. Concernant plus spécifiquement les poissons, un partenariat sera développé avec la société SPYGEN à travers le projet ReadFish et la thèse CIFRE associée. Ce projet devra permettre de produire un protocole opérationnel pour la surveillance des poissons et d’évaluer si l’ADNe peut être utilisé pour estimer les biomasses ou abondances relatives des espèces, ou bien encore les dynamiques annuelles des populations de poisson, en plus du seul objectif d’inventaire des espèces. Par ailleurs, le développement d’une méthodologie simple permettant d’inventorier l’ensemble de la biodiversité (poissons, oiseaux, mammifères, amphibiens,…) sera recherché. Cela pourrait permettre d’alimenter les observatoires nationaux et régionaux de la biodiversité avec un indicateur global de biodiversité lacustre.

Action Caractérisation de la biodiversité par l’ADNe - Pilotes principaux : M. Logez (Inrae), A. Bouchez (Inrae), I. Domaizon (Inrae), J.-M. Baudoin (OFB), S. Richier (OFB)
Projet Interreg EcoAlpsWater (en savoir plus ici) - Coordinateurs pour les partenaires français : Isabelle Domaizon (Inrae) & Jean-Marc Baudoin (OFB) :

Eco-AlpsWater - Innovative Ecological Assessment and Water Management Strategy for the Protection of Ecosystem Services in Alpine Lakes and Rivers

The project runs from April 2018 to April 2021, involving in the activities 12 partners belonging to 6 countries located throughout the Alpine region (Austria, France, Germany, Italy, Slovenia and Switzerland). Eco-AlpsWater is co-financed by the European Regional Development Fund through the Interreg Alpine Space programme (Total eligible costs: 1.804.495 EUR; support from the European Union-ERDF grant: 1.447.667 EUR).

Website: www.alpine-space.eu/eco-alpswater

Lead partner contact: nico.salmaso@fmach.it

Communication manager contact: tina.elersek@nib.si

INRAE CARRTEL partner contact: isabelle.domaizon@inrae.fr

OFB partner contact: jean-marc.baudoin@ofb.gouv.fr

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Méthodes acoustiques

L’hydroacoustique est devenue une méthode incontournable de l’évaluation des populations de poissons dans les écosystèmes lacustres. Cette méthode, non intrusive, a fait l’objet d’une normalisation par le Comité Européen de Normalisation (CEN EN 1590). A l’heure où l’utilisation de ces méthodes s’intensifie, le nouveau défi est leur utilisation de façon autonome (drone) afin de pouvoir acquérir plus de données aussi bien spatialement que temporellement. Dans le prolongement des projets déjà menés entre l’Onema et l’UMR CARRTEL, des actions visant à exploiter et standardiser l’ensemble des potentialités de ces techniques sur une diversité de types d’écosystèmes lacustres seront développées. Les complémentarités avec les méthodes ADNe développées par le pôle seront recherchées.

Action Validation d’un drone hydroacoustique en réservoir et discrimination de cibles par approche large bande - Pilote principal : J. Guillard (Inrae)

Observations vidéo et photographiques

La compréhension du comportement des espèces nécessite de multiplier les observations en milieu naturel. Pour les espèces aquatiques, le développement des appareils vidéo et photographiques numériques submersibles autonomes offre un potentiel particulièrement intéressant pour l’observation de la macrofaune. En outre, le développement des drones submersibles pourrait permettre de s’abstraire des plongées scientifiques lorsque les conditions de sécurité des plongeurs sont mauvaises ou en l’absence de personnel qualifié. Dans le cadre des projets qu’il développe, le pôle testera des solutions techniques (pièges photographiques aquatiques, échantillonnage à fréquence de prise de vue programmée dite time-laps, drones aquatique) et pourra standardiser les techniques les plus performantes. Des partenariats avec les scientifiques (notamment Pôle R&D INSIDE, UMI GeorgiaTech) et les entreprises qui développent ces produits pourront être mis en place.

Sciences participatives

Les écosystèmes lacustres sont des objets sociétaux qui réunissent un grand nombre d’acteurs pour de nombreux usages, notamment récréatifs. Le recours aux sciences participatives pourrait donc s’avérer particulièrement pertinent pour démultiplier les observations et améliorer les connaissances relatives à ces écosystèmes. Le pôle s’attachera à développer des techniques et des outils de description des espèces et des milieux lacustres s’appuyant sur les observations des nombreux acteurs et usagers des plans d’eau.

Action Fishola : une application smartphone pour une gestion durable de la pêche - Pilote principal : C. Goulon (Inrae)

Axe 1.c Caractérisation et évaluation du fonctionnement 

Les espèces sont en constante interaction à la fois entre elles et avec leurs milieux. Elles assurent les flux de matière et d’énergie au sein des écosystèmes et gouvernent ainsi leur fonctionnement. Les approches d’écologie fonctionnelle permettent d’améliorer les évaluations en intégrant le fonctionnement écologique dans les diagnostics. Elles sont particulièrement intéressantes pour analyser le rôle de la biodiversité dans le fonctionnement des écosystèmes, pour identifier/prédire les seuils/risques de basculement des écosystèmes, pour détecter les plus vulnérables et pour évaluer leurs trajectoires, notamment après restauration. En outre, l’évaluation de certains processus écosystémiques majeurs permet de quantifier certaines fonctions écologiques bénéfiques pour les sociétés humaines et ainsi d’alimenter l’évaluation des services écosystémiques. Ces approches sont aussi souvent plus didactiques vis-à-vis des gestionnaires et du grand public. Dans ce contexte, le pôle s’emploiera à développer et à standardiser des méthodes de caractérisation et d’évaluation du fonctionnement des milieux lacustres. Ces travaux devraient permettre de développer et transférer une nouvelle génération d’indicateurs écologiques (permettant également de baser l’évaluation des services écosystémiques sur des mesures écologiques). Les collaborations tissées avec les UMR EDB, Ecolab, MIO , IMBE, LIEC et Eco&Sols, avec les centres Inrae de Bordeaux et d’Antony, et avec EDF (EDF R&D, CIH) seront poursuivies.

Structure fonctionnelle des communautés

En s’appuyant sur des descripteurs taxonomiques des communautés, l’utilisation des traits fonctionnels des espèces permet de replacer le rôle de chacune dans le fonctionnement des écosystèmes et d’évaluer l’état de fonctionnement potentiel d’un milieu. Ces analyses permettent également d’identifier les niches écologiques les plus fragiles et les risques de dysfonctionnement probables face à l’augmentation des pressions anthropiques et au changement climatique. Le pôle poursuivra les recherches initiées pour dépasser les analyses classiques basées sur la structure taxonomique des communautés et passer à des approches basées sur les traits fonctionnels pour le développement de nouveaux indicateurs permettant d’estimer la vulnérabilité des écosystèmes. De manière plus prospective, l’emploi de méthodes basées sur l’analyse des réseaux trophiques (notamment via l’utilisation d’analyses isotopiques) pourra être envisagé.

Action Biodiversité et vulnérabilité, vers de nouveaux indicateurs - Pilotes principaux : C. Argillier (Inrae), S. Jacquet (Inrae)

Fonctions écosystémiques

Les écosystèmes lacustres sont le siège de nombreux processus biogéochimiques et biologiques qui soutiennent leur fonctionnement et sont à l’origine de divers services écosystémiques. Le rôle de la biodiversité est crucial dans la réalisation de ces processus et les changements globaux font peser une menace sur leur pérennité. Par ailleurs, les mesures de restauration des écosystèmes peuvent être confrontées à des temps de recolonisation très longs, voire à l’impossibilité d’un retour aux communautés biologiques originelles, ce qui complique l’évaluation de l’efficacité des opérations avec les outils classiques de bioindication actuellement utilisés. En revanche, l’arrivée ou le retour de certaines espèces jouant un rôle fonctionnel clé dans l’écosystème peuvent rapidement engendrer une reprise des processus fondamentaux et conduire progressivement à une restauration fonctionnelle efficace. Enfin, les évaluations écologiques basées sur l’efficacité des processus écosystémiques permettent de s’affranchir d’une connaissance précise de l’écologie et de la taxonomie des communautés biologiques (exemple des milieux d’Outre-Mer) et de pouvoir comparer des écosystèmes très différents entre eux.

Action Vers des indicateurs de fonctionnement écosystémiques et une mesure des services écosystémiques de régulation dans les écosystèmes lacustres - Pilotes principaux : J.-M. Baudoin (OFB), M. Daufresne (Inrae), E. Lyautey (USMB), D. Etienne (USMB) 

Le pôle poursuivra les développements initiés pour une mesure opérationnelle de grandes fonctions écosystémiques soutenues par la biodiversité (recyclage de la matière organique et stockage de carbone, respiration, méthanogénèse, production primaire…), pour évaluer l’état fonctionnel des milieux, identifier des seuils de basculement fonctionnel, développer des indicateurs précoces de résilience et alimenter l’évaluation des services écosystémiques.
Les résultats de cet axe pourront alimenter ou s’enrichir des approches équivalentes développées sur d’autres types d’écosystèmes.

Axe 2 - Effets des grandes causes d’érosion de la biodiversité dans les écosystèmes lacustres 

Axe 2.a Surveillance, impact et adaptation au changement climatique

En milieu lacustre, les recherches ont prioritairement été conduites, tant au niveau national qu’international, pour comprendre les effets de l’eutrophisation et trouver des solutions techniques pour y répondre. Toutefois, le fonctionnement de ces écosystèmes est étroitement lié à la température et les changements climatiques en cours pourraient fortement le modifier et également conduire à la disparition de certaines populations d’espèces sténothermes. 
En outre, le changement climatique pourrait agir de manière synergique et amplifier les effets d’autres pressions anthropiques ou annihiler les efforts de restauration visant d’autres altérations.
Malgré cette sensibilité particulière au changement climatique, les connaissances quant aux impacts de cette pression sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes lacustres restent très parcellaires voire inexistantes. Ce constat est particulièrement préoccupant à l’heure où les gestionnaires recherchent des solutions d’adaptation ou d’atténuation. 

Le pôle placera donc le changement climatique au cœur de ses analyses. Il investira plus particulièrement :

  • la poursuite de la mise en place et la stabilisation à long terme d’un Réseau national de suivi in situ et par satellite de la température des lacs (incluant l’extrapolation aux écosystèmes non suivis, par modélisation). Dans ce contexte des synergies seront recherchées avec le GIS Lacs sentinelles,
  • les effets du changement climatique sur les fonctions écologiques (à l’échelle écosystémique). Les processus biogéochimiques sont fortement influencés par les facteurs climatiques (hydrologie et marnage, température). En particulier, la température influence la répartition de l’oxygène dans la colonne d’eau et est un facteur de contrôle important de l’activité des microorganismes. Les modifications thermiques en cours pourraient profondément modifier le fonctionnement des écosystèmes lacustres et conduire à des réactions en cascade pouvant elles-mêmes participer au réchauffement global (émissions de gaz à effet de serre–GES),
  • les effets de la température sur les communautés, les populations (en particulier celles des espèces thermosensibles) et les organismes (physiologie).

Les résultats de cet axe pourront conduire à la proposition de mesures opérationnelles d’atténuation ou d’adaptation. Ils pourront alimenter ou s’enrichir des approches équivalentes développées sur d’autres types d’écosystèmes.

Action Caractérisation des conditions thermiques (suivi en continu et modélisation) - Pilotes principaux : P.-A. Danis (OFB), T. Péroux (Inrae)
Action Dynamique et gestion des populations - Pilotes principaux : M. Daufresne (Inrae), J. Guillard (Inrae)
Action Dynamique des communautés - Pilote principale : I. Domaizon (Inrae)

Axe 2.b Espèces invasives

Un grand nombre d’espèces invasives (macrophytes, invertébrés dont écrevisses, reptiles et amphibiens, poissons, oiseaux, mammifères) se développent dans les écosystèmes lacustres français. La prolifération de ces espèces peut altérer le fonctionnement des écosystèmes, induire des nuisances sur les usages et conduire à la disparition de populations d’espèces autochtones (en particulier pour les espèces fragiles et déjà menacées par des pressions anthropiques directes). En fonction des enjeux et en concertation avec le centre de ressource « espèces invasives » de l’AFB, le pôle R&D pourra s’attacher à améliorer les connaissances sur certaines espèces et à développer des solutions techniques de contrôle ou de protection. 

Axe 3 - Réduire, compenser, restaurer les atteintes à la biodiversité

Le pôle investira principalement la question de la restauration des zones rivulaires et littorales. Ces zones sont en effet particulièrement biogènes et concentrent de nombreuses fonctions écologiques au sein des écosystèmes lacustres. Deux modalités d’action sont proposées pour traiter ces questions :

  • La mise en place d’un réseau national de sites de démonstration, en partenariat avec les services territoriaux de l’OFB et les gestionnaires. Les suivis s’appuieront sur des protocoles opérationnels standardisés, développés par l’équipe du pôle. Les données intégreront les systèmes d’information développés par le pôle et par l’OFB. Ce mode de travail permettra d’analyser un grand jeu de données harmonisées et de disposer de suivis « long terme ». Ce type de données manque aujourd’hui cruellement pour conclure de manière robuste quant à l’efficacité des mesures mises en œuvre. 
  • Le test d’innovations en termes d’ingénierie écologique sur des sites pilotes. Il s’agira ici de sites « ateliers » sur lesquels l’équipe du pôle testera de nouvelles méthodologies (développées en propre, avec ou par des partenaires externes) et sera plus particulièrement investie en ce qui concerne les suivis et la validation scientifiques de leur efficacité. L’objectif est de jouer un rôle d’incubateur et de proposer des innovations techniques. Les suivis scientifiques n’ont donc pas pour objectif d’être pérennes. (ex : Projet UROS sur le lac de Serre-Ponçon).

Les résultats de cet axe pourront alimenter ou s’enrichir des approches équivalentes développées sur d’autres types d’écosystèmes (en particulier sites de démonstration en rivière et restauration des zones littorales marines).

Action Restauration des plans d’eau - Pilotes principaux : J.-C. Raymond (OFB), S. Westrelin (Inrae), F. Arthaud (USMB), S. Richier (OFB)
Action Restauration de la végétation aquatique des étangs - Pilotes principaux : S. Richier (OFB)

Axe 4 - Appuyer la préservation de la biodiversité en Outre-mer

Les écosystèmes d’Outre-mer concentrent de nombreux enjeux en termes de biodiversité. Aujourd’hui, il existe toutefois de nombreuses lacunes de connaissances concernant les milieux lacustres de ces territoires, alors que les questions de gestion y sont de plus en plus nombreuses. Le pôle poursuivra ses travaux sur la retenue de Petit-Saut en Guyane qui est à la fois située dans un hot-spot de biodiversité, concernée par de nombreux projets d’aménagement, une source importante de GES, et la plus grande retenue artificielle gérée par un pays européen. Il s’agira principalement de quantifier et de comprendre l’origine des émissions de GES de la retenue et d’envisager les solutions de gestion les plus efficaces pour Petit-Saut et pour toute autre retenue artificielle créée en zone tropicale.

Le Pôle engagera également de nouveaux travaux sur l’évaluation du fonctionnement des retenues au fil de l’eau qui se développent progressivement, et sur les écosystèmes lacustres naturels de référence. Il poursuivra les collaborations avec l’UMR MIO, le laboratoire HYDRECO, la DEAL et l’Office de l’eau de Guyane et le CIH d’EDF (y compris au travers de sa participation au conseil scientifique de Petit-Saut).

D’autres projets dans d’autres territoires pourraient également être développés, en particulier dans les DROM où les méthodes de surveillance écologique DCE doivent être créées et harmonisées, et où une méthode d’évaluation de l’état écologique des écosystèmes lacustres doit être élaborée.

Action Dynamique du Carbone dans le réservoir de Petit-Saut C-TROPIC - Pilotes principaux : J.-M. Baudoin (OFB), M. Daufresne (Inrae), E. Dambrine (Inrae)
Action Surveillance et Evaluation de la qualité écologique des écosystèmes lacustres d’Outre-Mer - Pilotes principaux : J.-M. Baudoin (OFB), M. Daufresne (Inrae), E. Lyautey (USMB), D. Etienne (Inrae)

(Dernière mise à jour : mars 2020)