Quel est l’état des communautés benthiques au lac Saint-Pierre ? (3e édition, 2016)

État actuel : Intermédiaire-bon
Changement observé : dégradation de 2004 à 2006 suivie d’une amélioration jusqu’en 2014

Fait saillant

Les macro-invertébrés, ces insectes, vers et mollusques, vivant au fond des lacs et des rivières, peuvent indiquer si l’environnement est en bonne condition ou perturbé. Selon les travaux menés par les scientifiques d’Environnement et Changement climatique Canada, les communautés benthiques faisant l’objet de biosurveillance au lac Saint-Pierre sont dans un état intermédiaire-bon entre 2012 et 2014 et montrent des signes d’amélioration depuis 2006.

Problématique

Dans un écosystème aquatique naturel, les organismes benthiques se distribuent en fonction de leurs exigences biologiques. Certains nécessitent de l’eau très oxygénée, d’autres un substrat rocheux ou meuble. L’ensemble des conditions environnementales dans lequel évoluent les organismes porte le nom de « niche écologique ». Cette niche supporte le cycle de vie et permet le maintien des populations.

Figure 1 : Variations des indices relatifs à l’état des macro-invertébrés benthiques
Description longue

Le schéma illustre à gauche un écosystème aquatique non perturbé abritant une communauté benthique en santé et dont les indices présentent une richesse élevée, une faible dominance de crustacés et de mollusques et un nombre élevé d’espèces sensibles à la pollution. À droite, l’écosystème perturbé par la pollution urbaine et agricole présente une communauté benthique dont la richesse et le nombre d’espèces sensibles à la pollution diminuent et dont la dominance des crustacés et des mollusques augmente.

Au cours du temps, les conditions environnementales changent entraînant des modifications au sein d’une communauté. Parmi les facteurs naturels, mentionnons les variations climatiques (précipitation, température), le type de milieu humide échantillonné (herbiers aquatiques ou bas marais), l’élévation du site ou encore la présence d’une espèce compétitrice. À cela, s’ajoutent les facteurs anthropiques comme les rejets urbains et agricoles dont les impacts sur les communautés benthiques sont observés en aval de l’île de Montréal. En effet, le constat réalisé avant 2013 faisait état d’une situation préoccupante à cet égard chez les communautés benthiques notamment dans l’archipel de Contrecoeur et dans l’archipel de Berthier-Sorel au lac Saint-Pierre en comparaison à celles situées en amont (Savage et al., 2013).

Comme ces organismes répondent aux changements des conditions environnementales de leur milieu, ils représentent des indicateurs utiles pour la biosurveillance aquatique à l’égard notamment de la qualité de l’eau (présence de nutriments). Soumises à différents stress, certaines espèces sont plus sensibles que d’autres et vont subir soit de la mortalité (effet aigu) ou une diminution de leur croissance ou reproduction (effet chronique). C’est ainsi que l’on observe des modifications dans l’abondance et la composition des communautés benthiques.

Mesures-clés

Pour évaluer l’état des communautés benthiques, trois indices sont observés, soient la richesse de la communauté, la composition de la communauté et le nombre de familles sensibles à la pollution.

Le calcul des critères de qualité de ces trois indices a été réalisé à l’aide de plus d’une centaine de sites de référence, situés le long du Saint-Laurent du lac Saint-François au lac Saint-Pierre. Ainsi, nous pouvons classer les communautés benthiques en cinq catégories selon leur condition : excellente, enrichie, satisfaisante, appauvrie et dégradée.

La richesse des communautés

Plus la richesse des communautés est grande, meilleur est son état (Gernes et Helgen, 1999; US EPA, 2002). Ainsi, le nombre de genres voit sa valeur diminuer avec l’augmentation d’une perturbation sur les communautés benthiques.

Description longue

Le tableau montre une échelle pour statuer sur la condition des communautés relativement à leur richesse. Un nombre de genres inférieur à quatorze est associé à une communauté dégradée; de quatorze à vingt à une communauté appauvrie; supérieur à vingt jusqu’à trente-et-un à une communauté satisfaisante; supérieur à trente-et-un jusqu’à trente-huit à une communauté enrichie et supérieur à trente-huit à une excellente communauté.

La dominance dans la composition des macro-invertébrés

L’abondance relative de crustacés et de mollusques augmente avec les perturbations. La prédominance d’un groupe ou d’une seule espèce dans une communauté indique des conditions biophysiques défavorables ou dégradées pour les autres espèces. Plus le pourcentage de cet indice est élevé, plus une communauté sera considérée comme dégradée (Gernes et Helgen, 1999; US EPA, 2002).

Description longue

Le tableau montre une échelle pour statuer sur condition des communautés relativement à la dominance des crustacés et des mollusques. La communauté est dégradée lorsque le pourcentage de crustacés et de mollusques est supérieur à cinquante-sept. Elle est appauvrie lorsque le pourcentage est supérieur à vingt-sept jusqu’à cinquante-sept.  Elle est satisfaisante lorsque le pourcentage est supérieur à dix-huit jusqu’à vingt-sept. Elle est enrichie lorsque le pourcentage est de trois à dix-huit et excellente lorsque le pourcentage est inférieur à trois.

Le nombre de familles sensibles à la pollution organique

Le nombre de familles d’Éphéméroptères, de Trichoptères, de Pisidiidae et d’Anisoptères (ETPA)1 dont les espèces sont sensibles à la pollution, diminue avec l’accroissement de la pollution organique. Plus une communauté benthique est en bonne condition, plus le nombre de familles d’ETPA est élevé (Gernes et Helgen, 1999; US EPA, 2002).

1- Cet indice était anciennement connu sous le nom de ETSD (Ephemeroptera, Trichoptera, Sphaeriidae and Dragonflies [Anysopterae]).

Description longue

Le tableau montre une échelle pour statuer sur la condition des communautés relativement au nombre de familles sensibles à la pollution organique. La communauté est dégradée lorsque le nombre est de zéro à un. Elle est appauvrie lorsque le nombre est supérieur à un jusqu’à deux. Elle est satisfaisante lorsque le nombre est supérieur à deux jusqu’à cinq. Elle est enrichie lorsque le nombre est supérieur à cinq jusqu’à six et excellente lorsque le nombre est supérieur à six.

La richesse des communautés est plus que satisfaisante

Figure 2 : Nombre total de genres au lac Saint-Pierre
Description longue

Cette figure illustre les valeurs médianes du nombre total de genres en fonction des années au lac Saint-Pierre. De 2004 à 2006, on observe une diminution de cet indice qui atteint une valeur minimale de 15 genres en 2006 ce qui indique une communauté benthique appauvrie. À partir de 2007, les valeurs de l’indice augmentent et se stabilisent autour de la valeur médiane de 35 genres indiquant ainsi une communauté benthique enrichie.

Le nombre total de genres d’invertébrés varie au cours des années. On a observé une diminution du nombre de genres de 2004 à 2006 au point où la richesse de la communauté benthique au lac Saint-Pierre était dégradée en 2006. À partir de 2007, le nombre de genres dénombrés augmente de façon régulière pour atteindre entre 33 et 38 genres au lac Saint-Pierre de 2012 à 2014, indiquant que les communautés benthiques sont enrichies (figure 2).

L’interprétation de cet indice doit être faite avec précaution, car une légère perturbation peut favoriser l’apparition de nouvelles espèces dans la communauté benthique accroissant ainsi la richesse. C’est seulement lorsque l’intensité et la durée d’une perturbation sont importantes que l’on observe une diminution de la valeur de cet indice. Aussi, c’est à la lumière des deux autres indices relatifs à la dominance et à la sensibilité à la pollution que l’on peut juger des effets réels d’une perturbation.

La dominance des crustacés et mollusques cause un appauvrissement

Figure 3 : Abondance relative (%) des crustacés et mollusques au lac Saint-Pierre
Description longue

Cette figure illustre les valeurs médianes de l’abondance relative des crustacés et des mollusques en fonction des années au lac Saint-Pierre. De 2004 à 2006, on observe une diminution de cet indice qui atteint une valeur minimale de 13 % en 2007 ce qui indique une communauté benthique enrichie. À partir de 2008, les valeurs de l’indice augmentent et se stabilisent autour de la valeur médiane de 40 % indiquant ainsi une communauté benthique appauvrie.

L’indice de l’abondance relative des crustacées et des mollusques présente d’importantes variations interannuelles qui rend difficile l’identification d’une tendance claire. La présence ou non d’habitats appropriés, les fluctuations de niveau d’eau ou l’abondance de nourriture sont quelques-uns des facteurs pouvant expliquer ces différences interannuelles (Brown, 2001). Ces différences pourraient être causées par de multiples facteurs. Ainsi, de 2012 à 2014, l’abondance relative des crustacés et des mollusques au lac Saint-Pierre a varié entre 37 % et 71 % d’où un appauvrissement des communautés benthiques.

L’année 2013, tout comme en 2004, présente une abondance relative élevée indiquant un état de dégradation. À l’inverse, l’abondance relative plus faible des crustacés et des mollusques en 2005, en 2007 et en 2010 indique un enrichissement (figure 3). Les gastéropodes pulmonés Ferrissia, Physa, Gyraulus et Planorbidae, reconnus pour leur tolérance à la pollution organique, constituent les mollusques les plus fréquemment observés et les plus abondants au lac Saint-Pierre.

Les familles sensibles (ETPA) à la pollution organique sont en nombre satisfaisant et même excellent

Figure 4 : Nombre de familles sensibles à la pollution organique au lac Saint-Pierre
Description longue

Cette figure illustre les valeurs médianes du nombre de familles d’invertébrés sensibles à la pollution en fonction des années au lac Saint-Pierre. De 2004 à 2006, on observe une légère diminution de cet indice qui atteint une valeur minimale de 2 familles en 2006 ce qui indique une communauté benthique appauvrie. À partir de 2007, les valeurs de l’indice augmentent et se stabilisent autour de la valeur médiane de 4 familles indiquant ainsi une communauté benthique satisfaisante.

Les familles considérées pour le calcul de cet indice sont reconnues pour leur sensibilité à l’enrichissement organique et plus particulièrement au phosphore. Lorsque le phosphore, un nutriment essentiel, est présent à des concentrations élevées, il peut causer l’eutrophisation d’un écosystème aquatique. Depuis 2004, les valeurs médianes varient entre deux et sept familles ce qui indique un état satisfaisant et même excellent. La tendance depuis 2004 à l’égard de cet indice est jugée stable.

En résumé, la comparaison simultanée des trois métriques permet de mieux évaluer les changements dans la communauté benthique du lac Saint-Pierre depuis 2012. Deux des trois indices montrent une condition allant de satisfaisante à enrichie.

Description longue

Le tableau montre la condition des trois indices par année. En 2012, la condition de la richesse est considérée comme enrichie, celle de la dominance est classée appauvrie et celle du nombre de familles sensibles à la pollution est excellente. En 2013, la condition de la richesse est considérée comme enrichie, celle de la dominance est classée mauvaise et celle du nombre de familles sensibles à la pollution est satisfaisante. En 2014, la condition de la richesse est considérée enrichie, celle de la dominance est classée appauvrie et celle du nombre de familles sensibles à la pollution enrichie.

Des conditions environnementales influentes

De façon générale, les communautés benthiques au lac Saint-Pierre sont dans un état intermédiaire-bon. L’abondance relativement élevée des crustacés et mollusques en 2013 indique toutefois des signes de perturbations d’ordre naturel et anthropique. À la suite de la baisse du nombre de genres et de l’abondance des familles sensibles à la pollution de 2004 à 2006, les communautés benthiques au lac Saint-Pierre sont stables malgré les fluctuations interannuelles.

De plus, de récents travaux indiquent que l’état des communautés benthiques du Saint-Laurent est notamment associé au cycle hydrologique dont l’amplitude des fluctuations de niveaux d’eau. Il est aussi associé aux caractéristiques de l’habitat dont l’exposition au vent, la nature des sédiments et de la végétation (Tall et al., 2015). Ces conclusions sont en accord avec de nombreuses études qui ont identifié l’importance du cycle hydrologique, de la qualité de l’eau dans la colonne d’eau et de la structure et l’évolution des communautés benthiques des milieux humides (Hentges and Stewart, 2010; Cooper et al., 2006; McCormick et al., 2004).

Bibliographie

Brown, K. M. (2001) Mollusca: Gasteropoda in Thorp, J. H. and Covich, A. P. Ecology and Classification of North American Freshwater Invertebrates. Academic Press, 2th edition, USA.

Cooper, M. J., Uzarski, D. G., Burton, T. M. and Rediske , R. R. (2006) Macroinvertebrate community composition relative to chemical/physical variables, land use and cover, and vegetation types within a Lake Michigan drowned river mouth wetland. Aquatic Ecosystem Health & Management 9(4) : 463-479.

Gernes, M. C. et Helgen, J. C. (1999) Indexes of Biotic Integrity (IBIs) for Wetlands: Vegetation and Invertebrate IBIs. Minnesota Pollution Control Agency, Biological Monitoring Program. St. Paul, Minnesota

Hentges, V. A. and Stewart, T. W. (2010) Macroinvertebrate assemblages in Iowa prairie pothole wetlands and relation to environmental features. Wetlands 30(3) : 501-511.

McCormick, P. V., Shuford III, R. B.E. and Rawlik, P. S. (2004) Changes in macroinvertebrate community structure and function along a phosphorus gradient in the Florida Everglades. Hydrobiologia 529 : 113-132.

Savage, C., Armellin, A. et M. Jean. 2013. Les communautés de macro-invertébrés benthiques : Un indicateur de la qualité de l’eau et des écosystèmes aquatiques appliqué au fleuve Saint-Laurent. 2e édition Collection Suivi de l’état du Saint-Laurent. Montréal (Québec) Sur le site Web du Plan d’action Saint-Laurent.

Tall, L., Armellin, A., Pinel-Alloul, B., Méthot, G. et Hudon, C. (2015) “Effects of hydrological regime, landscape features, and environment on macroinvertebrates in St. Lawrence River wetlands”. Hydrobiologia Published online, 28 October 2015.

U.S. EPA (2002) Methods for Evaluating Wetland Condition: Developing an Invertebrate Index of Biological Integrity for Wetlands. Office of Water, U.S. Environmental Protection Agency, Washington, DC. EPA-822-R-02-019.

Rédaction

Alain Armellin
Monitoring et surveillance de la qualité des eaux douces
Monitoring et surveillance de la qualité de l’eau
Sciences et technologie, Eau
Direction générale des sciences et de la technologie
Environnement et Changement climatique Canada