Indice invertébrés multimétrique (i2m2) : analyse de l'évolution de la qualité des cours d'eau bretons depuis 2007

L'I2M2 permet de répondre aux exigences de la DCE car :

• il intègre l’écart à la situation de référence
• il prend en compte les caractéristiques des communautés de macroinvertébrés benthiques en terme de caractéristiques taxonomiques et de traits biologiques (détermination des individus au genre et non plus à la famille).
• il prend en compte les abondances
• il est calculé à partir d’un protocole de prélèvement représentatif de la mosaïque d’habitats présents dans le cours d’eau

Il est donc beaucoup plus sensible à la dégradation de la qualité de l'eau et aux altérations morphologiques.

Cette datavisualisation propose une analyse interactive des données relatives aux suivis des paramètres biologiques macro invertébré en eau de surface, aux échelles géographiques pertinentes. Les différents éléments graphiques proposent des informations complémentaires lors de survol avec la souris (info bulle) ou des zones cliquables qui permettent d'affiner les résultats proposés.

Contexte réglementaire

Les macroinvertébrés benthiques sont des bio indicateurs utilisé depuis longtemps pour leur sensibilité aux pollutions organiques notamment.

Plusieurs indice se sont succéder en France. L’indice Biologique Global Normalisé (IBGN, NFT90-350, 1992 et révisé en 2004) utilisé depuis 2007 pour l'évaluation de la qualité de l'eau dans le cadre de la DCE, montre des faiblesses par rapports aux exigences de la DCE. Il n'intègre pas la notion d’écart à un système de référence, la diversité des taxons ou l’abondance des individus, le ratio entre taxons polluo-sensibles et taxons polluo-résistants ou encore la typologie des cours d’eau. Il reste peu sensible aux pressions hydromorphologiques et le protocole d'échantillonnage n'est pas représentatif de l'habitat de la station.

Afin de pallier les faiblesses de l’IBGN vis-à-vis de la DCE, un nouvel Indice Invertébré Multi-Métrique (I2M2) a été élaboré par l'université de Lorraine, en collaboration avec l’IRSTEA et avec la coordination du Ministère de l’Ecologie du Développement Durable et de l’Energie ainsi que de l’AFB. Il prend en compte l’écart à la situation deinvertebre ce référence et intègre plusieurs types de pressions grâce à la combinaison et la pondération de métriques de structure et de fonctionnement. Ces métriques apportant chacune des informations complémentaires sur la communauté en place. En effet, l’I2M2  est composé de cinq métriques : l’ASPT, la diversité de Shannon, la Richesse taxonomique, la fréquence relative d’organismes polyvoltins et la fréquence relative d’organismes ovovivipares. Ces métriques ont été sélectionnées en appliquant plusieurs critères statistiques : leur capacité à discriminer les sites « impactés » des sites « peu ou pas impactés », leur non redondance et leur stabilité en conditions de référence. La combinaison retenue est celle qui s’est révélée la plus sensible, la plus robuste et la plus cohérente avec les critères DCE.

En application de l'arrêté du 27 juillet 2018 modifiant l'arrêté du 25 janvier 2010 relatif aux méthodes et critères d'évaluation de l'état écologique, de l'état chimique et du potentiel écologique des eaux de surface, l'indice biologique invertébrés à utiliser est l'indice invertébrés multimétrique (I2M2-code Sandre 7613) décrit dans : Usseglio-Polatera P., Mondy C. P., Larras F. & Coulaud R. 2018. Bioévaluation des cours d'eau peu profonds basée sur le compartiment des macroinvertébrés benthiques : I2M2 et outil diagnostique. Livret-guide. Université de Lorraine (LIEC).

D'après https://hydrobio-dce.irstea.fr/cours-deau/invertebres

Source et traitements des données

Les données utilisées dans ce tableau de bord interactif sont fournies par la DREAL Bretagne. L'I2M2, ainsi que les métriques élémentaires et les outils diagnostiques,  sont calculés par année et par station à partir des effectifs des différents taxons identifiés, grace à l'interphase disponible sur le site du SEEE (Système d’évaluation de l’état des eaux) de la plateforme EauFrance.

L’I2M2 ne peut être calculé qu’à partir d’un protocole de prélèvement MPCE, soit 12 prélèvements représentatifs de la mosaïque d’habitats (mis en place en 2007 et normalisé en 2009) et du protocole d’analyse MPCE (mis en place en 2007 et normalisé en 2010).

I2M2 et métriques élémnetaires

L’I2M2 est le nouvel indice multimétrique pour la mesure de l’élément « macroinvertébrés en cours d’eau » compatible aux prescriptions de la Directive Cadre Européenne. Il prend en compte l’écart à la situation référence et intègre plusieurs types de pressions grâce à la combinaison et la pondération de métriques  liées à la structure et au fonctionnement des peuplements d’invertébrés benthiques. Ces métriques apportant chacune des informations complémentaires sur la communauté en place. En effet, l’I2M2 est composé de cinq métriques :

• Indice de diversité de Shannon : cet indice permet d’évaluer l’hétérogénéité du milieu en prenant en compte l’équilibre du peuplement au travers de la richesse taxonomique totale et l’abondance relative de chaque taxon . En cas de pression anthropique, cet indice devrait diminuer.
• ASPT : (Average Score Per Taxon) indique le niveau de polluosensibilité moyen du peuplement invertébré. cet indice semble bien répondre aux apports organiques et à l’eutrophisation. En cas de pression anthropique, l’ASPT devrait diminuer.
• La fréquence relative des taxons polyvoltins c’est-à-dire capables d’accomplir au moins 2 générations par an. Ce trait biologique favorise la recolonisation de milieu préalablement impactés. Ce type d’organisme est fréquent dans les milieux instables, soumis à des perturbations. En cas de pression anthropique, la fréquence des taxons polyvoltins devrait diminuer.
• La fréquence relative des taxons ovovivipares c’est à dire dont l’incubation des œufs est réalisée dans l’abdomen de la femelle. Cette stratégie de reproduction permet de maximiser la survie en isolant les œufs du milieu. Ces organismes sont donc favorisés dans un milieu soumis à des perturbations.
• la Richesse taxonomique : il s’agit du nombre de taxons identifiés au niveau systématique préconisé par la norme XP T90-388. En cas de pression anthropique, la richesse devrait diminuer.

Ces métriques ont été sélectionnées en appliquant plusieurs critères statistiques : leur capacité à discriminer les sites « impactés » des sites « peu ou pas impactés », leur non redondance et leur stabilité en conditions de référence. La combinaison retenue est celle qui s’est révélée la plus sensible, la plus robuste et la plus cohérente avec les critères DCE. (https://hydrobio-dce.irstea.fr/cours-deau/invertebres/).

Elles s'expriment sous forme d’EQR (Ecological Quality Ratio) qui intègre la typologie et représente l’écart à la référence : c’est le rapport d’indices entre un « état observé » et un « état du milieu en l'absence de perturbation » anthropique (échelle de 0 = mauvais à 1= référence).

Les limites de classes sont disponibles dans le Tableau 16 de l'arrêté du 27 juillet 2018 modifiant l'arrêté du 25 janvier 2010 relatif aux méthodes et critères d'évaluation de l'état écologique, de l'état chimique et du potentiel écologique des eaux de surface.

I2M2<0.1523 'Mauvais état'
0.1523<I2M2<0.3047 'Etat médiocre'
0.3047<I2M2<0.457  'Etat moyen'
 0.457<I2M2<0.7078  'Bon état'
0.7078<I2M2<=1 'Très bon état'

Outil diagnostique

En complément de l’I2M2, un outil prédictif des pressions anthropiques subies par un milieu existe. Il se base sur l'analyse des modifications des traits biologiques sélectionnés et des stratégies écologiques utilisées par les communautés d'invertébrés benthiques en réponse aux caractéristiques de leur habitat. Une probabilité d’impact est calculée pour chacune des 12 pressions physicochimiques ou hydromorphologiques prises en compte dans l’I2M2 . Il est calculé avec les mêmes éléments que l'I2M2:

Pressions hydromorphologiques :

• RIPISYLVE : Probabilité d’impact liée à la dégradation de la ripisylve. Cette pression est estimée par le taux de couverture forestière dans la zone de 30m de part et d’autre du lit mineur.
• VOIES_COMMUNICATION : Probabilité d’impact liée à la présence de voies de communication dans le lit mineur.
• URBANISATION_100M : Probabilité d’impact liée à l’urbanisation dans une zone de 100m de part et d’autre du cours d’eau.
• RISQUE_COLMATAGE : Probabilité d’impact liée au colmatage des substrat. Cette pression est estimée par le risque potentiel d’érosion des sols.
• INSTABILITE_HYDROLOGIQUE : Probabilité d’impact liée à l’instabilité hydrologique. Cette pression est estimée en intégrant les rapports surface agricole irriguée/surface totale du bassin versant et volume d’eau retenu/volume d’eau qui s’écoule.
• ANTHROPISATION_BV : Probabilité d’impact liée à l’anthropisation globale du bassin versant. Cette pression est estimée en intégrant les pourcentages d’urbanisation, d’agriculture intensive et de surfaces naturelles à l’échelle du bassin versant.

Pressions physicochimiques :

• MATIERES_ORGANIQUES : Probabilité d’impact par les matières organiques et oxydables. Cette pression est estimée en utilisant les paramètres individuels décrits dans les grilles du SEQ-eau v2: oxygène dissous, taux de saturation en oxygène, demande biochimique en oxygène (DBO5), demande chimique en oxygène (DCO), carbone organique dissous, ammonium et azote Kjeldahl.
• MATIERES_PHOSPHOREES : Probabilité d’impact par les matières phosphorées. Cette pression est estimée en utilisant les paramètres individuels décrits dans les grilles du SEQ-eau v2: orthophosphates et phosphore total.
• MATIERES_AZOTEES : Probabilité d’impact par les matières azotées (hors nitrates). Cette pression est estimée en utilisant les paramètres individuels décrits dans les grilles du SEQ-eau v2: ammonium, azote Kjeldahl et nitrites.
• NITRATES : Probabilité d’impact par les nitrates
• HAP : Probabilité d’impact par les hydrocarbures aromatiques polycycliques. Cette pression est estimée en utilisant les 16 HAP individuels décrits dans les grilles du SEQ-eau v2
• PESTICIDES : Probabilité d’impact par les pesticides. Cette pression est estimée en utilisant les 74 pesticides individuels décrits dans les grilles du SEQ-eau v2.

Un risque de pression est considéré comme significatif lorsqu’il est supérieur à 0,5. Cet outil est à utiliser avec prudence, il donne une indication sur la probabilité qu’un ou plusieurs types de pression soient susceptibles d’avoir un effet significatif sur le peuplement d’invertébrés. Les probabilités d’impact ne constituent pas des preuves irréfutables de la présence d’une pression. Ces informations peuvent orienter le gestionnaire mais nécessitent d’être confirmés par l’étude d’autres types de données.

Précautions d'interprétation

L’I2M2 répond mieux que l’IBGN équivalent aux pressions matières azotées, matières phosphorées, hydromorphologie, pesticides, et matière en suspension, et donne une image plus réaliste de la qualité des milieux.

L'intégralité de l'historique des données est reprise à chaque mise à jour afin que les résultats proposés dans les tableaux de bord intègrent les corrections apportées par les producteurs dans la base de données. Des évolutions dans l'historique des résultats sont donc possibles d'une année sur l'autre.

D'après https://hydrobio-dce.irstea.fr/cours-deau/invertebres

Accéder aux données

Invertébrés - Qualité des cours d'eau bretons vis-à-vis de l'indice I2M2

Indices biologiques : analyse de l'évolution de la qualité des cours d'eau bretons depuis 2007