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Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009 ÉTUDES SUR LES POISSONSMISE AU POINT DE L'INDICE POISSON

ÉTUDE PRÉLIMINAIRE DES PETITES MASSES D'EAU

Bernard de Mérona

Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009 Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009

Sommaire

1Introduction .................................................................................................................................... 4

2L'échantillonnage ............................................................................................................................ 5

3Les données disponibles ................................................................................................................ 5

4Analyses exploratoires ................................................................................................................... 6

4.1Analyse du tableau des échantillons par famille ....................................................................... 6

4.1.1Une première analyse est passée sur l'ensemble des échantillons. ................................. 6

4.1.2Analyse du tableau réduit .................................................................................................. 6

4.2Analyse des paramètres chimiques ......................................................................................... 6

4.3Les relations entre habitat et peuplement .............................................................................. 12

5Les descripteurs des peuplements ............................................................................................... 13

5.1Des descripteurs globaux ...................................................................................................... 13

5.1.1La capture par unité d'effort ............................................................................................ 13

5.1.2 La diversité de l'échantillon ........................................................................................... 13

5.1.3L'équitabilité ................................................................................................................... 13

5.1.4 Le nombre d'espèces présentes dans l'échantillon ........................................................ 13

5.1.5 La richesse théorique .................................................................................................... 13

5.2 Des descripteurs taxonomiques ........................................................................................... 13

5.3Des descripteurs trophiques ................................................................................................. 13

6Méthode de construction de l'indice ............................................................................................. 14

6.1Préparation des données ....................................................................................................... 14

6.2Calcul des relations de référence habitat/peuplement ........................................................... 17

6.3Calcul des résidus et sélection des métriques ....................................................................... 18

6.4Transformation des métriques en notes ................................................................................. 20

6.5Résultats ................................................................................................................................ 20

6.6Validation ............................................................................................................................... 25

7Le logiciel ..................................................................................................................................... 25

8Etude préliminaire des petites masses d'eau ............................................................................... 25

8.1Comparaison des méthodes .................................................................................................. 25

8.2Caractéristiques de l'habitat ................................................................................................... 26

8.3Structure des peuplements de poissons ............................................................................... 26

9Discussion et Conclusions ........................................................................................................... 50

9.1Limites de la notation et de son interprétation ........................................................................ 50

9.2Localisation des stations du réseau de surveillance .............................................................. 50

10Références bibliographiques ...................................................................................................... 51

11Annexes ...................................................................................................................................... 52

11.1Modes d'emploi des macros Excel pour le calcul de l'indice poisson ................................... 52

11.1.1mode d'emploi du fichier IRD_Modèle feuille biologie_v9.3.xls ...................................... 52

Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009

11.1.2mode d'emploi du fichier IRD_Modèle feuille habitat_v6.xls .......................................... 52

11.1.3mode d'emploi du fichier IRD_Modèle feuille TABGENE_v3.2.xls ................................. 52

11.2Fichiers macros Excel ......................................................................................................... 52

11.3Tableau des données ........................................................................................................... 52

11.4diaporama photos ................................................................................................................ 52

Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009

1IntroductionL'utilisation des peuplements de poissons pour mesurer la qualité des cours d'eau est déjà

ancienne. En 1999 un ouvrage de synthèse faisait suite aux nombreux travaux entrepris dès les années 1980 (Simon 1999a). C'est en effet en 1981 qu'aux Etats Unis, Karr (1981) publiait

la première mention d'un indice de qualité des cours d'eau basé sur les poissons qu'il a appelé

l'IBI (Index of Biotic Integrity). Un certain nombre de considérations ont conduit à proposer

l'évaluation de la qualité des cours d'eau par l'observation des communautés de poissons. La

première était que l'utilisation d'indicateurs chimiques assumait que la dégradation de la qualité

était seulement causée par des contaminations chimiques, alors que la fragmentation des

habitats, les invasions par des espèces exotiques, les modifications hydrologiques, ou la pêche

sont souvent plus impactants pour les poissons que les seules toxines. Du fait que les mesures biologiques sont basées sur des organismes vivants qui s'adaptent à leur environnement, les évaluations biologiques peuvent diagnostiquer des impacts chimiques, physiques et biologiques autant que des effets cumulatifs (Karr 1987). Herricks & Schaeffer (1985)(in Simon

1999b) ont défini 6 critères pour déterminer si un programme de surveillance biologique atteint

les objectifs de l'intégrité biologique :

La mesure doit être biologique

La mesure doit être interprétable à différent niveaux trophiques ou a des connexions avec

d'autres organismes non directement impliqués dans la surveillance. Les peuplements de

poissons présentent des attributs fonctionnels tels que l'omnivorie, l'insectivorie, la carnivorie,

qui fournissent une mesure à différents niveaux trophiques, La mesure doit être sensible aux conditions environnementales surveillées. Les communautés de poissons ont la capacité de répondre à un large panel de conditions locales et de les assimiler,

La sensibilité de la mesure doit être adaptée à la surveillance visée. Les indices biologiques

basés sur les poissons ont montré qu'ils étaient sensibles à des changements subtils de l'environnement dans une large gamme de perturbations (Karr et al. 1986),

La mesure doit être reproductible,

La variabilité de la mesure doit être faible. Comparé à d'autres indices biologiques, l'indice poisson présente un certain nombre d'avantages. Les poissons sont présents dans pratiquement tous les milieux aquatiques, leur taxonomie et leur écologie est généralement mieux connue que celles d'autres assemblages et

ils occupent une variété de niveaux trophiques et d'habitat. De plus, les poissons représentent

une valeur tant économique qu'esthétique, un aspect qui favorise la prise de conscience sociétale de la nécessité de conserver les écosystèmes aquatiques.

L'Indice d'Intégrité Biotique (IBI) a été formulé pour les rivières du Middle Ouest Américain

(Karr 1981). Sa construction apparait dans le Tableau . Comme on peut le voir la constitution de l'indice suppose une connaissance a priori approfondie de la faune en place et de son

comportement vis-à-vis des perturbations. Dans la même région il est nécessaire de caler les

notes de richesse en fonction des caractéristiques du cours d'eau surveillé et, lorsqu'on se place dans une autre région biogéographique, il faut transformer l'ensemble des métriques

pour les adapter à la faune locale. De nombreux travaux font état de l'adaptation de l'IBI dans

des zones géographiques différentes (Hughes and Oberdorff 1999). Cette adaptation suppose une connaissance approfondie de la biologie et de l'écologie des poissons. Or dans la plupart

des régions tropicales ce n'est pas le cas. C'est pourquoi il est alors nécessaire de rechercher

des métriques sans a priori tout en respectant les principes de base qui ont conduit à l'utilisation des indices biotiques (Tableau ). Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009 Tableau . Constitution de l'IBI pour les cours d'eau du Middle Ouest Américain Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009

MétriqueNot

e 5Not e 3Note 1

Richesse spécifique

Nombre total d'espèces

Nombre d'espèces de Percidae

Nombre d'espèces de Centrarchidae

Nombre d'espèces de Catostomidaea

a a aa a a aa a a a

Guildes d'habitat

Nombre d'espèces intolérantes

% d'individus de Lepomis cyanellusa <5a 5-20a >20

Guildes trophiques

% d'individus omnivores % d'individus Cyprinidae insectivores % d'individus piscivores<20 >45 >520- 45
20- 45

1-5>45

<20 <1

Abondance

Nombre total d'individusaaa

Reproduction et condition

% d'individus hybrides % d'individus avec anomalies0

0-20-1

2-5>1 >5

a : La valeur de référence varie avec la taille du cours d'eau, la région et le bassinTableau . Principes de constitution d'un indice poisson (Hughes and Oberdorff 1999).

1. Sélectionner une région relativement homogène. Une région peut être une écorégion, un

bassin ou une région faunistique homogène en ce qui concerne un ensemble de

caractéristiques environnementales (climat, physiographie, sol, végétation, etc.) et qui abrite

une ichtyofaune similaire.

2. Déterminer des conditions de référence, basées sur un ensemble de sites très peu

perturbés, ou un gradient de perturbations ou encore des données historiques

3. Échantillonner les poissons de manière standardisée

4. Déterminer des métriques, soit en collectant des informations sur l'écologie des espèces,

soit en comparant les sites de référence à des sites perturbés.

5. Calculer les valeurs de chaque métrique

6. Développer des critères de note. Les notes peuvent être continues ou basées sur des

classes

7. Calculer les notes pour chaque métrique et les sommer pour obtenir l'indice

8.Évaluer les métriques et la note de l'indice. Relever les différences entre valeurs attendues et

observées, comparer les variances pour les échantillons répétés et évaluer la réponse aux

stress environnementaux. Modifier ou rejeter les métriques trop variables ou peu sensibles.

9. Interpréter l'indice pour indiquer l'état du milieu comme excellent, bon, passable, mauvais ou

très mauvais.

Ce sont ces principes et cette méthodologie qui ont été adoptés pour la confection d'un indice

poisson en Guyane dans les années 1998-2000 (Tejerina-Garro et al. 2006). A l'époque les

auteurs disposaient d'un nombre réduit de stations et d'échantillons et il s'agissait donc plutôt

de définir une méthode d'élaboration d'un indice propre à la Guyane et l'indice proposé était

donc très préliminaire. Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009

L'objectif de cette étude est de renforcer la validité de cet indice préliminaire en utilisant une

grande quantité de données nouvelles, tant acquises en 2007 et 2008 qu'issues d'une campagne d'échantillonnage en fin de saison sèche 2009 (voir introduction).

2L'échantillonnage

Des travaux antérieurs ont permis la mise au point d'une méthode standardisée d'échantillonnage

des poissons (Tejerina-Garro and Mérona 2000). L'échantillonnage des poissons est réalisé à

l'aide de filets maillants. On utilise 4 batteries de 5 filets maillants de maille croissante 15, 20, 25,

30 et 35mm entre noeud, de 25m de long et 2 de haut.

Dans le même secteur de rivière de 800m déterminé pour la description de l'habitat (voir

paragraphe 2), les filets maillants sont disposés au hasard dans des zones de bordure en évitant

les zones de courant. Ils sont posés le soir avant le coucher du soleil (en pratique entre 17h et

18h) et relevés le matin après le lever du jour à partir de 7h. Le type de maille sélectionné ainsi

que le nombre de filets ont été déterminés après une analyse des captures de batteries de filets de

maille comprises entre 10mm et 70mm (Tejerina-Garro and Mérona 2000). Le choix de n'utiliser que les captures de nuit est issu de l'examen de nombreux échantillons qui a montré que les

captures de jour n'apportaient qu'un supplément d'information négligeable (Mérona and Albert

1999).

Sur le terrain les captures individuelles de poissons sont déterminées à l'espèce à partir des

ouvrages systématiques sur les poissons de Guyane (Planquette et al. 1996; Keith et al. 2000; Le Bail et al. 2000). Les poissons sont mesurés et pesés individuellement (toutefois si le nombre

d'individus de la même espèce dans un filet est élevé, une dizaine prélevé au hasard est pesé et

le reste mesuré et pesé en groupe). Les poissons sont ensuite sexés et, si le régime alimentaire

de l'espèce n'est pas connu, l'estomac est prélevé pour analyse en laboratoire du contenu. Les données sont saisies immédiatement sur un ordinateur portable en utilisant une table Excel (voir paragraphe sur le logiciel). Photo . Pose de filets maillant sur la Bagot en octobre 2009 Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009

3Les données disponibles

Pour la construction de l'indice nous disposons de 4 ensembles de données : H27 échantillons dans 27 stations échantillonnées entre1998 et 2000 (Figure ).

9 d'entre elles étaient considérées comme perturbées :

. par les activités d'orpaillage : la crique Leblond à l'amont de saut Lucifer (LebLuc), le Petit

Inini à saut Batardeau (PinBata) et l'Inini à saut Sonelle (IniSone) . par le barrage de Petit-Saut : trois stations sur le Sinnamary à l'aval du barrage : Kerenroch, Vénus et Saulnier à des distances croissantes du barrage (SinKere, SinVenu, et SinSaul). . par des rejets urbains : le Maroni à l'aval de Maripasoula sur la rive droite (MarMarv). . par des activités agricoles : la Comté à l'aval de Cacao (ComLois). . par des activités industrielles : la Karouabo sous le vent du Centre Spatial Guyanais (KarPon).

Figure . Localisation des stations échantillonnées en 1998 et 1999. En rouge les stations considérées

perturbées. H17 échantillons dans 17 stations de référence échantillonnées en 2007 (Figure ) Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009

La localisation de ces stations, destinées à constituer le réseau de référence pour la DCE en

Guyane, a été déterminée sur carte pour couvrir l'ensemble du territoire et en considérant le

type de masse d'eau. Figure . Localisation des stations de références échantillonnées en 2007. H42 échantillons dans 20 stations de référence et 22 stations de surveillance en 2008.

Le réseau de référence a été légèrement modifié en fonction des résultats obtenus en 2007

(Figure ). Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009 Figure . Localisation des stations échantillonnées en 2008.

44 échantillons dans 19 stations de référence et 25 stations de surveillance en 2009

auxquelles il faut ajouter 10 échantillons dans les petites masses d'eau dont 5 références et 5

surveillances (Figure ). Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009

Figure . Localisation des stations échantillonnées en 2009. Les étoiles orange indiquent les stations dont la

localisation a changé par rapport à celle de 2008.

Tous les échantillons ont été réalisés entre fin aout et début décembre, période qui correspond

à la fin de la saison d'étiage.

4Analyses exploratoires

La première étape lorsqu'il faut traiter un grand nombre de données complexes consiste à

procéder à des analyses multivariées exploratoires afin de détecter d'éventuels patrons

d'organisation de ces données. Afin de visualiser la dispersion des échantillons on procède à des analyses des correspondances (Detrended Correspondance Analysis : DCA). Ces analyses sont effectuées sur la structure de peuplement par famille. En effet des analyses sur la composition spécifique des échantillons mettent en évidence principalement les différences faunistiques entre les

différents bassins de Guyane, difféences qui sont gommées par l'utilisation des familles puisqu'

on s'adresse ici à la même zone biogéographique.

4.1Analyse du tableau des échantillons par famille

4.1.1Une première analyse est passée sur l'ensemble des échantillons.

La variabilité est élevée. Les 4 premiers facteurs de l'analyse extraient moins que 50% de la

variabilité totale, les deux premiers en extrayant la plus grande part avec 40,6% (30% et

10,6%) (Figure ).

Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009

Figure . Dispersion des échantillons dans le plan 1-2 de l'analyse des correspondances sur l'ensemble des

échantillons par famille.

L'axe 1 isole très nettement 6 échantillons tous localisés proches de l'embouchure des fleuves.

L'axe 2 isole des échantillons prélevés sur la crique Passoura et sur la rivière de Kaw. L'examen de la dispersion correspondante des familles montre que ces échantillons sont

étroitement liés à la présence ou l'abondance particulière d'un nombre limité de familles

(Figure ).

Les échantillons pratiqués dans les stations proches de l'estuaire sont associés à des familles

marines ou estuariennes, telles que Ariidae, Anablepidae, Carangidae, Mugilidae et

Aspredinidae. Les échantillons pratiqués sur la Passoura et sur la rivière de Kaw sont associés

aux familles Callichthyidae, Cichlidae, Erythrinidae et Gymnotiformes. L'examen des données de terrain confirme bien que les peuplements de poissons de la rivière de Kaw sont dominés par deux espèces de Callichthyidae : Hoplosternum littorale et Megalechis thoracata et une espèce d'Erythrinidae : Hoplias malabaricus. En 2009 les deux premières représentaient à elles seules près de 80% des captures. Ces importantes originalités dans les peuplements de poissons sont associées à des caractéristiques environnementales bien différentes de celles rencontrées dans les autres

stations. Dans les stations proches de l'estuaire le milieu aquatique est de très grande taille et

l'influence de la marée est de grande ampleur, conduisant à des variations quotidiennes de salinité pendant que les importantes fluctuations de hauteur d'eau modifient constamment

l'écotone des berges. La rivière de Kaw, quant à elle serpente au sein d'un grand marais où la

végétation est presqu'exclusivement constituée de plantes aquatiques ou semi-aquatiques. Parmi ces stations abritant un peuplement de poisson atypique, seule la crique Passoura ne présente pas d'originalité visible de l'habitat.

Les considérations ci-dessus nous ont conduits à éliminer les échantillons provenant de ces

stations pour l'élaboration de l'indice Poisson Guyane. Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009

Figure . Dispersion des familles dans le plan 1-2 de l'analyse des correspondances sur l'ensemble des

échantillons par famille.

4.1.2Analyse du tableau réduit

Au sein des échantillons restant après exclusion de ceux visiblement hors des limites du projet,

est-il possible de détecter des différences entre les deux écorégions identifiées : le bouclier et la

plaine côtière ?

L'analyse des correspondances passée sur ce tableau réduit révèle une probable différence dans

la composition par famille entre bouclier et plaine côtière (Erreur : source de la référence non

trouvée). Un test statistique comparant les coordonnées de ces deux ensembles sur le premier

axe de l'analyse révèle en effet une différence statistique (ddl = 115 ; p<0.0001). Ainsi il sera

nécessaire de tenir compte de ces différences, soit en traitant séparément ces deux ensembles,

soit en incluant une ou plusieurs variables d'habitat liées à la position de la station. Convention DIREN - IRD / Réseau Qualité des eaux continentales de Guyane 2009

Figure . Dispersion des échantillons dans le plan 1-2 de l'analyse des correspondances sur le tableau réduit

des échantillons. En vert les échantillons de la plaine côtière et en rouge ceux du bouclier.

4.2Analyse des paramètres chimiques

Dans le but de vérifier dans quelle mesure les paramètres chimiques des échantillons mettent en

évidence un gradient de perturbation, deux types d'analyses multivariées ont été pratiquées.

Dans un premier temps une analyse en composantes principales sur les 5 paramètres mesurés in situ est menée (Erreur : source de la référence non trouvée):quotesdbs_dbs24.pdfusesText_30

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