chantier nouvelle-calédonie etat d'avancement des travaux année 2001
TRANSCRIPT
PROGRAMME NATIONAL ENVIRONNEMENT COTIER
Chantier Nouvelle-Calédonie
30
5
8
18
34
166°16'E 166°26'E 166°36'E 166°46'E
22°10'S
22°20'S
22°30'S
22°40'S
LandReefs
Bathymetry0 - 10 m10 - 20 m20 - 30 m30 - 40 m> 40 m
N
Noum
éa
Piro
gues
Coulée
Dumbé
a
Etat d’avancement des travaux année 2001
Coordinateur : Renaud FICHEZ
IRD Nouméa, BP A5 98840 Nouméa, Nouvelle-Calédonie
Mars 2002
Sommaire
INTRODUCTION ............................................................................................................................................................................. 1
ETAT D’AVANCEMENT ANNEE 2001.............................................................................................................................................. 2 THEME 1 - CIRCULATION ET TRANSPORT DES APPORTS TERRIGENES ET ANTHROPIQUES ...................................................... 3 THEME 2 - FONCTIONNEMENT BIOGEOCHIMIQUE DU SYSTEME LAGONAIRE ......................................................................... 8 THEME 3 - TRANSFERT DES METAUX DANS LA CHAINE TROPHIQUE ................................................................................... 14 THEME 4 - VARIATIONS DE CROISSANCE DES ORGANISMES LAGONAIRES, PART DE L�ACQUIS ET DE L�ENVIRONNEMENT... 18 THEME 5 - FORMALISATION D'INDICATEURS DES MILIEUX ET DES RESSOURCES RECIFO-LAGONAIRES DANS UNE PERSPECTIVE ECOSYSTEMIQUE .......................................................................................................................................... 22 PUBLICATIONS ISSUES DES TRAVAUX 2001 ........................................................................................................................ 26
PROJET 2002 ....................................................................................................................................ERREUR ! SIGNET NON DEFINI. PROBLEMATIQUE DE RECHERCHE......................................................................................... ERREUR ! SIGNET NON DEFINI. SITES D�ETUDES ................................................................................................................... ERREUR ! SIGNET NON DEFINI. THEME 1 - CIRCULATION ET TRANSPORT DES APPORTS TERRIGENES ET ANTHROPIQUES...... ERREUR ! SIGNET NON DEFINI. THEME 2 - FONCTIONNEMENT BIOGEOCHIMIQUE DU SYSTEME LAGONAIRE ......................... ERREUR ! SIGNET NON DEFINI. THEME 3 - TRANSFERT DES METAUX DANS LA CHAINE TROPHIQUE ..................................... ERREUR ! SIGNET NON DEFINI. THEME 4 - VARIATIONS DE CROISSANCE DES ORGANISMES LAGONAIRES, PART DE L�ACQUIS ET DE L�ENVIRONNEMENT............................................................................................................................................ ERREUR ! SIGNET NON DEFINI.
THEME 5 - FORMALISATION D'INDICATEURS DES MILIEUX ET DES RESSOURCES RECIFO-LAGONAIRES DANS UNE PERSPECTIVE ECOSYSTEMIQUE ............................................................................................ ERREUR ! SIGNET NON DEFINI. CALENDRIER DES OPERATIONS ET REPARTITION DES TACHES............................................... ERREUR ! SIGNET NON DEFINI. OPERATIONS PROGRAMMEES EN 2002.................................................................................. ERREUR ! SIGNET NON DEFINI. RESULTATS ATTENDUS......................................................................................................... ERREUR ! SIGNET NON DEFINI. MOYENS DISPONIBLES.......................................................................................................... ERREUR ! SIGNET NON DEFINI. COMPETENCES DE L�EQUIPE ................................................................................................. ERREUR ! SIGNET NON DEFINI.
DEMANDE BUDGETAIRE 2002..........................................................................................................ERREUR ! SIGNET NON DEFINI.
ANNEXE 1 - LISTE DES PARTICIPANTS ............................................................................................ERREUR ! SIGNET NON DEFINI.
ANNEXE 2 - LIENS DES ART AVEC LE CHANTIER NOUVELLE-CALEDONIE...................................ERREUR ! SIGNET NON DEFINI.
Résumé Le dossier présenté ici regroupe l�état d�avancement 2001 et le programme de recherche 2002 du Chantier
Nouvelle-Calédonie. Le projet a pour objectif central de déterminer le transport et la transformation des apports terrigènes et anthropiques et l�influence des activités humaines sur les équilibres structurels et fonctionnels des organismes et des peuplements dans le lagon de Nouvelle-Calédonie. Le bilan 2001 montre que les objectifs fixés initialement ont été atteints voir même parfois dépassés. Le projet 2002 rassemble un total de 102 participants correspondant à plus de 25 équivalents temps pleins sur 5 thèmes de recherche complémentaires :
• Le thème « Circulation et transport des apports terrigènes et anthropiques » porte sur l�étude de l�environnement physique et chimique en caractérisant et modélisant la structuration du milieu liquide ainsi que le transport associé d�éléments particulaires et dissous.
• Le thème « Fonctionnement biogéochimique du système lagonaire » traite des interactions entre le milieu et les peuplements planctoniques et benthiques sur la base d�approches biogéochimiques et géochimiques.
• Le thème « Transfert des métaux dans la chaîne trophique » prolonge les travaux de géochimie des métaux du thème précédent en analysant comment les métaux peuvent être incorporés dans les organismes lagonaire.
• Le thème « Variations de croissance des organismes lagonaires » examine les effets des activités anthropiques et des possibles modifications des conditions d�environnement sur la croissance des poissons des invertébrés.
• Le thème « Formalisation d'indicateurs des milieux et des ressources récifo-lagonaires dans une perspective écosystémique » synthétise en large partie les résultats obtenus afin de permettre la définition et l�identification d�indicateurs écologiques.
Ce projet 2002 se distingue en outre par l�émergence d�un certain nombre de nouvelles actions dans les thèmes 3 et 4.
Abstract This document presents the progress report for 2001 and the plan for 2002 regarding the New Caledonia
experimental site. The global aim of the project is to assess the effects of human activities in terms of terrigeneous and anthropogenic inputs and alterations in the structure and functioning of organisms and populations in the New caledonia lagoon.
The 2001 progress reports shows that most of the initial objectives have been reached or even outreached. The 2001 plan gathers 102 participants corresponding to over 25 full time position equivalents on 5 interconnected research topics.
• Topic « Circulation and transport of terrigeneous and anthropogenic inputs » studies the physics and chemistry of the environment by characterising and modelling the structure of the water bodies and the fate of dissolved and particulate elements.
• Topic « Biogeochemical functioning of the lagoon» investigates interactions between the non-living environment and the planktonic and benthic populations on the basis of biogeochemical and geochemical approaches.
• Topic « Metal transfer in the trophic chain » prolongs the geochemical approach from the previous topic by assessing how metal can be incorporated in lagoon organisms.
• Topic « Growth variations in lagoon organisms » examines the effects of anthropogenic activities and associated environmental alterations on the growth of fishes and benthic invertebrates.
• Topic « Formalisation of reef-lagoon environment and resource indicators in an ecosystemic perspective » synthesises the results to define and identify pertinent ecological indicators.
The project for year 2002 is further characterised by the appearance of new operations as part of research topics 3 and 4.
Introduction
Le dossier présenté ici regroupe l�état d�avancement du Chantier Nouvelle-Calédonie à l�issue de l�année 2001 et le programme de recherche en réponse à l�appel à proposition pour l�année 2002.
Le Chantier Nouvelle-Calédonie a pour objectif global de déterminer quels sont les principaux effets des activités humaines en termes de modification du transport et de la transformation des apports terrigènes et anthropiques et en termes de modification des équilibres structurels et fonctionnels des organismes et des peuplements. Le système étudié est un lagon d�îles hautes qui présente des spécificités géomorphologiques, environnementales, trophiques ou écosystémiques.
Le bilan 2001 montre que l�essentiel des objectifs fixés a été atteint malgré l�existence de certaines contraintes budgétaires. Les résultats obtenus ont généralement permis de conforter les orientations du projet en 2002 et, dans certains cas, de modifier partiellement ces orientations afin d�assurer une meilleure cohésion du chantier.
Le projet 2001 avait été marqué par l�ouverture d�un nouveau thème de recherche sur le transfert des métaux et la proposition 2002. La proposition de recherche 2001 est donc composée de 5 thèmes de recherche complémentaires qui font largement appel à la modélisation et qui rassemble un total de 102 participants pour un peu plus de 25 équivalents temps plein.
• Le thème « Circulation et transport des apports terrigènes et anthropiques » porte sur l�étude de l�environnement physique et chimique en caractérisant et modélisant la structuration du milieu liquide ainsi que le transport associé d�éléments particulaires et dissous.
• Le thème « Fonctionnement biogéochimique du système lagonaire » traite des interactions entre le milieu et les peuplements planctoniques et benthiques sur la base d�approches biogéochimiques et géochimiques.
• Le thème « Transfert des métaux dans la chaîne trophique » prolonge les travaux de géochimie des métaux du thème précédent en analysant comment les métaux peuvent être incorporés par les organismes lagonaires.
• Le thème « Variations de croissance des organismes lagonaires » examine les effets des activités anthropiques et des possibles modifications des conditions d�environnement sur la croissance des poissons et des invertébrés.
• Le thème « Formalisation d'indicateurs des milieux et des ressources récifo-lagonaires dans une perspective écosystémique » synthétise en large partie les résultats obtenus afin de permettre la définition et l�identification d�indicateurs écologiques.
Le programme 2002 est en outre marqué par le lancement de nouvelles opérations. Une opération sur les communautés microbiennes benthiques a été intégrée dans le cadre du thème 3 conformément aux suggestions du comité scientifique du PNEC. D�autre part une opération prenant en compte la bioaccumulation des métaux dans les premiers échellons trophiques (microphytobenthos et méiofaune) est lancée dans ce même thème 3 et une nouvelle opération portant sur l�étude de la croissance, la reproduction et la génétique des petits poissons pélagiques est proposée dans le cadre du thème 4. En fin, les activités sur la croissance des invertébrés sont relancées en s�appuyant en particulier sur un travail de thèse démarré début 2002.
A la suite de la présentation des projets envisagés dans le cadre de ces 5 thèmes de recherche, des informations additionnelles sont fournies sur le calendrier, les moyens et compétences rassemblées, ainsi que les besoins budgétaires pour 2002. Compte tenu du lancement de nouvelles opérations et de l�augementation des effectifs en 2002 le budget demandé est supérieur au budget 2001. Enfin la liste des participants et les liens avec les ART sont rappelés en annexe.
1
PNEC Chantier Nouvelle-Calédonie
Etat d’avancement année 2001
2
Thème 1 - Circulation et transport des apports terrigènes et anthropiques
Equipe : Bensoussan, Cauwet, Chevillon, Chifflet, Courp, Douillet, Fernandez, Fichez, Moreton, Ouillon, Pagès, Peck, Pinazo. Pujo-Pay. Romano, Schmied, Szymczak.
Circulation Modélisation de la circulation.
Deux modèles ont été développés depuis 1998 : le premier bidimensionnel est plus particulièrement dédié au forçage par la marée, le deuxième tridimensionnel est principalement dédié au forçage par le vent. Ces deux modèles ont une maille horizontale de 500 mètres ce qui permet une bonne représentation de la géomorphologie du lagon. Les modèles n�ont pratiquement pas été modifiés en 2001. La seule évolution est notable est l�abandon progressif du modèle 2D, suite à l�amélioration des performances informatiques et l�utilisation du modèle 3D pour le calcul des courants dus aux forçages par la marée et le vent.
Les opérations de modélisation hydrodynamiques ont été principalement axées en 2001 sur deux thèmes. Le premier a porté sur le couplage entre les modèles hydrodynamiques et le modèle de transport particulaire et est la continuation du travail débuté en 2000 avec le LSEET de l�université de Toulon. Le deuxième thème a porté sur la prise en compte de la mer de vent dans les processus de remise en suspension des particules. En collaboration avec Schmied de l�Université, un étude au préalable sur les possibilités de modélisation de la génération et de la propagation des vagues a été menée dans la cadre d�un stage de DESS (Sécolier, 2001).
Ceci permet d�envisager l�implantation, en 2002, d�un code dérivé de WAM, tenant compte des fonds et des courants. Celui-ci devra être validé par des mesures avant tout couplage avec les modèles de circulation et de transport.
Courantologie et mesures des vagues
Des mesures ont été réalisées à l�aide du courantomètres Doppler en différents points du lagon en conjonction avec les opérations de caractérisation des eaux et d�analyse des flux à l�interface eau-sédiments. Fin 2001, il a été fait l�acquisition d�un marégraphe WTR 9 Aanderaa qui mesure la marée et la houle (hauteur moyenne et période moyenne). Cet appareil ainsi que le courantomètre Doppler et 2 néphélomètres ont été installés début 2002 pour 2 mois en un point central du lagon. Les mesures ainsi obtenues vont servir à une première caractérisation de la houle dans le lagon et elles permettront de débuter le travail de terrain sur la relation entre le courant, la houle et la remise en suspension des particules.
Transport et devenir des apports terrigènes et anthropiques Modélisation du transport des composés dissous et particulaires.
La collaboration entre l�IRD et le LSEET de l�Université de Toulon sur le thème de l�étude du transport sédimentaire dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie débutée en 2000 s�est poursuivie en 2001 par la publication des premiers résultats sur le transport de particules cohésives (Douillet et al, 2001) et les premières modélisations du transport de sable. Ce dernier point a été abordé dans le cadre d�un stage de DEA (Bouron-Morin, 2001) dont le co-encadrement a été assuré par P. Douillet (IRD) et S. Ouillon (Univ. Toulon) au cours duquel P. Douillet a effectué une mission à Toulon puis S. Ouillon et B. Bouron-Morin ont effectué une mission à Nouméa.
Modélisation numérique de transport en suspension de sédiments cohésifs
Un modèle numérique de transport en suspension de sédiments cohésifs a été développé et des tests de sensibilité et de calibration ont été menés de manière à obtenir une première évaluation des principaux paramètres intervenant dans le processus de transport et de sédimentation dans la colonne d�eau et à l�interface eau-sédiment. Des valeurs de tensions critiques de cisaillement pour le dépôt et l�érosion et du taux d�érosion ont été estimés de manière globale sur l�ensemble du lagon pour un sédiment cohésif caractéristique ( D= 7 µm). La calibration a été obtenue en comparant les résultats du modèle aux distributions du pourcentage de fines (Debenay, 1987 ; Chardy et al., 1988), en supposant que les flux d�érosion et de dépôt intégrés sur un cycle de marée seraient du même ordre de grandeur pour un alizé moyen de 8 m s-1 associé à la marée. Un bon accord entre la distribution calculée et les
3
mesures a été obtenu pour une tension critique de cisaillement pour le dépôt et l�érosion de 0.017 Nm-2 et un taux d�érosion de 7.5 10-5 g m-2 s-1. Enfin deux points importants ont été mis en évidence :
• L�influence du vent est prédominante dans les processus de dépôt et d�érosion en zones peu profondes, avec une influence plus directe sur l�érosion lorsque la profondeur est inférieure à 20 m ;
• La marée, qui est un phénomène permanent, contrôle largement le transport particulaire, le mélange vertical dans la colonne d�eau, et finalement le dépôt dans les zones où l�influence du vent est faible.
Mise au point d’un modèle 3D de transport en suspension de sédiments non cohésifs
Un modèle simulant le transport en suspension d�une classe de particules non cohésives, couplé au modèle hydrodynamique 3D a été implanté en 2001. Ce modèle permet de simuler des épisodes de transport sous les effets combinés de la marée et des courants de vent. Le transport d�une population de particules à granulométrie étendue peut être traité par la résolution simultanée d�autant d�équations de transport que de classes granulométriques représentatives de l�ensemble des particules.
Les premières simulations effectuées du transport en suspension de sédiments non cohésifs dans le lagon sud-ouest fournissent des résultats pertinents (Fig. 1). Les zones d�érosion correspondent effectivement aux fonds où la fraction grossière domine. Comme attendu, les profils restitués par le modèle sont pratiquement tous à l�équilibre, dépôt et érosion s�équilibrant localement, excepté sur les zones à forts gradients de contraintes de cisaillement ou lors de variations rapides de ces contraintes. Nous pensons appliquer le modèle à moyen terme à des épisodes paroxystiques pour lesquels les profils seront plus éloignés encore de la situation d�équilibre. Ces travaux ont fait l�objet d�un poster au colloque de l�UOF qui s�est tenu à Lille en septembre 2001 (Bouron-Morin et al 2001) et leur valorisation sera conduite sous la forme d�une publication scientifique actuellement en préparation.
Figure 1 : Mesures et simulation numérique pour la station A24 du 24 au 28 sept. 2000. (a) mesures d’intensité et direction du vent. (b) élevation et contrainte de cisaillement au fond calculées par le modèle. (c) concentrations de sable et de vase à 75 cm du fond calculées par le modèle.
Ces travaux ont également permis de préciser les besoins et de tracer plusieurs pistes quant aux développements futurs, tant en terme de mesure dans la colonne d�eau, dans la zone de fond et dans le sédiment superficiel, qu�en terme de modélisation. Les opérations en cours de caractérisation acoustique de la nature des fonds (Thème 2)
4
doivent permettre de déterminer un indice de rugosité des fonds qui pourra être intégré dans la paramétrisation du modèle. L�adjonction d�un modèle de génération et de déformation de vagues de vent au modèle hydrodynamique est en cours, dans le cadre d�un stage de DESS.
Transport particulaire et télédétection La télédétection visible est le seul moyen offrant une vue synoptique et instantanée d�un champ de Matières En
Suspension (MES) en zones côtières, et les informations à haute densité spatiale qu�elle fournit constituent des données extrêmement utiles aux phases de test et de validation d�un modèle de transport de MES. Cependant, la quantification des concentrations en MES dans les eaux du lagon à partir d�imagerie spatiale nécessite au préalable, dans des eaux claires et peu profondes, de séparer sur les images la contribution optique de la colonne d�eau de celle induite par les fonds. Etant donnée la grande hétérogénéité des fonds lagonaires, nous avons orienté nos activités en télédétection en 2001 sur l�étude liminaire et indispensable de la réflectance des fonds. Dans ce cadre, un projet intitulé ID-ROM (IDentification des ROches Meubles en zones côtières peu profondes par télédétection : application au lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie) a été soumis par S. Ouillon à l�ACI « Observation de la Terre » du CNES. Ce projet concerne la discrimination par télédétection hyperspectrale des différents types de roches meubles, sables et vases, et son application en eaux côtières peu turbides. L�ACI a retenu et financé le projet partiellement (15.25 KEuro sur 1 an en 2002), permettant l�acquisition d�un radiomètre hyperspectral de terrain, la réalisation d�une étude de faisabilité, et encourageant l�élargissement de la problématique en vue de la soumission en 2002 d�un projet étoffé. La caractérisation optique de différents types de sables a démarré en 2001. Des contacts ont été également initiés pour que les applications de la télédétection en dynamique sédimentaire dans la colonne d�eau s�articulent de manière étroite avec les applications à dominante biologique de la télédétection en milieux coralliens conduites par Serge Andréfouët (cf Thème 5 « Formalisation d'indicateurs des milieux et des ressources récifo-lagonaires dans une perspective écosystémique »).
Caractéristiques des eaux Caractérisation spatiale
La campagne de mesure CAMECAL 1 a été conduite en mars 2001 à bord du N.O. Alis. Des mesures de profils CTD et de caractéristiques chimiques des eaux ont été obtenues sur un total de 90 stations. Les résultats obtenus ont été intégrés dans la base de donnée Access qui rassemble les données physico-chimiques obtenues sur le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie depuis 1997.
Variabilité temporelle
Approche eulérienne :
Comme en 2000, les débits des 3 principales rivières ont fait l�objet d�une surveillance régulière basée sur l�enregistrement des niveaux des rivières et l�étalonnage régulier des courbes de tarage. Des échantillons d�eau sont prélevés régulièrement pour analyse et un turbidimètre autonome placé à l�embouchure de la rivière Dumbéa permet de mesurer la charge particulaire et donc de calculer les débits solides.
L�évolution à haute fréquence des caractéristiques de milieu a été suivie dans le cadre d�une opération conjointe COM-IRD. Le but principal de cette opération était de mesurer sur différents sites, les niveaux de variabilités dans l'eau de paramètres liés à l'activité biologique comme le pH, l'alcalinité, l'oxygène dissous et la fluorescence, et en couvrant des périodes allant de la minute jusqu'à l'hebdomadaire. Deux des sites choisis (Baie de la Dumbea et Baie de Ste Marie) situés sur la côte sud ouest de la Nouvelle Calédonie ont été suivis régulièrement dans le passé par l'UR-IRD Camelia et les données disponibles permettaient une comparaison avec la variabilité constatée à plus grande échelle de temps (pas mensuel). Un troisième site (Ilot Signal) avait été choisi comme référence, car situé dans le lagon et donc éloigné des influences anthropiques et terrestres, il présentait une forte densité en organismes bioconstructeurs. Cette mission était aussi l'occasion de tester le prototype d'un analyseur automatique d'alcalinité (Thèse de N. Bensoussan) dans un milieu corallien donc susceptible de présenter de fortes variations de ce paramètre.
Sur chacun des sités côtiers (Dumbéa et Ste Marie), la même stratégie a été développée. Un mouillage était implanté, pour une durée de quelques jours, avec une ligne supportant deux bathysondes (CTD, PAR, fluorimètre) et un turbidimètre. Sur le fond, et déporté d'une trentaine de mètres a été mis en place un ADCP. Pour l'ensemble de ces appareils, la périodicité de mesure a été fixée à 30 minutes. Au cours de cette implantation, et sur chacun de ces sites, une expérimentation de 24h a été réalisée à bord d'un navire à proximité du mouillage de la ligne. A partir du bord, des capteurs ont été immergés à la profondeur où se trouvaient les instruments de la ligne de mouillage, et des
5
mesures réalisées avec un pas de temps allant de 15 min à moins d'une minute. Toutes les heures, de l'eau était prélevée à la même profondeur pour des analyses ultérieures en laboratoire de contrôle et de calibration des capteurs. En ce qui concerne le site Signal, la stratégie a été différente puisque nous n'avons réalisé qu'une expérimentation de 24h à bord d'un navire avec mouillage d'une bathysonde sans courantomètre et installation d'un système d'acquisition à fréquence élevée à partir du bord.
Les résultats obtenus montrent que les eaux des deux baies côtières présentent des dynamiques temporelles très différentes de celle mesurée en milieu de lagon au voisinnage d�un système récifal. En effet, on remarquera le faible niveau de la biomasse phytoplanctonique estimée par la fluorescence imputable au phytoplancton ainsi que sa faible amplitude d�évolution sur 24h (Fig. 2). Au contraire, dans les deux autres sites, l�amplitude du signal de fluorescence est très marquée, particulièrement dans la baie de Ste Marie (0.2 à 0.5 uaf), et très bruité d�une minute à l�autre, alors que c�est le même appareil qui a été utilisé et dans les mêmes conditions qu�au site Signal. Ceci tend à démontrer que c�est bien l�hétérogéneité de la matière particulaire à très faible échelle de temps qui génère ce signal.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
09:4
610
:59
12:1
113
:23
14:3
515
:47
16:5
918
:11
19:2
320
:36
21:4
823
:00
00:1
201
:24
02:3
603
:48
05:0
006
:13
07:2
508
:37
09:4
910
:59
12:1
113
:23
14:3
6
Ste MarieDumbeaSigna l
fluoresc enc e (mV)
Figure 2 : Evolution des valeurs de fluorescence in-vivo dans les eaux des trois sites durant 24h et à une profondeur d’environ 3m.
Approche lagrangienne :
Les opérations prévues en 2001 n�ont pas pu être menées à bien et ne seront effectivement conduites qu�en 2002.
Temps de résidence des particules Cette opération initialement prévue dans le cadre d�une collaboration avec le CSIRO de Canberra a finalement
été lancée dès 2001 en collaboration avec l�ANSTO de Sydney. Des prélèvements expérimentaux ont été effectués à l�aide d�une pompe in situ Challenger lors de la campagne CAMECAL 2 et les analyses radiologiques sont en cours. Une seconde série d�analyse effective sera conduite en 2002, conformément à la programmation initiale.
Caractéristiques des fonds Les opérations de caractérisation des fonds ont été poursuivies en particulier en terme d�acquisition de données
de classification acoustique. La campagne Noumea 8 conduite à bord du N.O. Alis a permis l�enregistrements de signatures acoustiques du fond en 154 973 points du lagon et le prélèvement de 29 échantillons de vérité terrain sur un total de près de 1 700 km parcourus.
6
Archives historiques sédimentaires L�analyse des carottes sédimentaires prélevées en 1997 et 1998 a été terminée en 2001. Les travaux ont porté
sur la détermination de l�age des niveaux sédimentaires par mesure du 210Pb en excès et des concentrations en métaux (Fe, Mn, Al, Ni, Cr, Co, Cu, Zn) dans quatre phases géochimiques. Les données ainsi générées sont en cours d�intégration dans une base de données gérée sous Microsoft Access et le traitement et la valorisation des données ont été lancés.
La valorisation scientifique des résultats a été conduite sous la forme de la publication d�un article d�ouvrage faisant suite à l�organisation du congrès SPERA 2000 à Nouméa en 2000 (Fernandez et al., 2002). L�exemple présenté ici porte sur les résultats obtenus dans le canyon de la Dumbéa (Fig. 3) et permettent de répondre aux questions posées sur le rôle éventuel de ces canyons en tant que voie préférentielle d�exportation vers le large des apports terrigènes et anthropiques. Les profils d�activité du 210Pb démontre l�existence d�une sédimentation régulière non affectée par des perturbations durant le dernier siècle et l�homogénéité des concentrations tend à démontrer l�absence de toute altération qualitative ainsi que la nature essentiellement authigénique (carbonatée) du matériel sédimenté. Ces résultats apportent donc la preuve que les canyons agissent essentiellement en tant que pièges pour les sédiments lagonaires et ne sont que très peu affectés par les apports d�origine terrigène.
Mn in the Pelitic Fraction
0 100 200 300 400Concentration (µg/g relative)
6 8 10 12Concentration (µg/g absolute)
Relative MnAbsolute Mn
Ni in the Pelitic Fraction
0 1000 2000Concentration (µg/g relative)
30 40 50 60 70
Pelitic Fraction
20 30 40 50Abundance (%)
Pelitic fraction
Pb-210
1 2 3 4 5Ln (Po-210) (mBq/g)
Alpha Counting
0
5
10
15
20
25
30
Acc
umm
ulat
ed S
edim
ent M
ass (
g/cm
2 )
Concentration (µg/g absolute)
Relative NiAbsolute Ni
~43 cm
~25 cm
Figure 3 : Profils des caractéristiques physiques, géochimiques et de la distribution du 210Pb dans la M15, canyon de la Dumbea (Fernandez et al., 2002).
7
Thème 2 - Fonctionnement biogéochimique du système lagonaire Equipe : Boucher, Bujan, Cauwet, Chevillon, Chifflet, Clavier, Conan, Delesalle, Fernandez, Ferrier-Pagès,
Fichez, Grenz, Pagès, Pinazo. Pringault, Pujo-Pay, Torréton, Trousselier.
Modélisation du fonctionnement biogéochimique. Modèle en compartiment .
La modélisation en compartiments du fonctionnement biogéochimique du lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie a déjà été valorisée (Bujan, 2000 ; Bujan et al., 2000) et les développements dans le domaine de la modélisation biogéochimique ont été focalisés sur le modèle à maillage fin.
Modèle à maillage fin Les opérations conduites en 2001 ont été limitées à un effort de valorisation des travaux déjà conduits dans le
cadre de la collaboration IRD-COM et à la relance des activités en liaison avec les acquisitions de données de terrain (voir actions 2002).
Echanges à l’interface eau-sédiment Flux verticaux particulaires
Une opération de mesure de flux verticaux particulaires a été conduite en 2001 en parallèle avec les opérations de mesure des échanges dissous à l�interface eau-sédiment. Trois pièges à particules à acquisition séquentielle ont été utilisés avec des godets empoisonnés au chlorure mercurique, la fréquence d�acquisition étant réglée sur une période de 24 heures par godet. Les pièges ont été mis en place au début de la campagne CAMECAL 2 sur 3 stations alignées le long d�un gradient d�influence anthropique:
- Baie de Sainte Marie, forte influence anthropique, station N04 - Sortie de la Baie de Sainte Marie, influence anthropique faible, station N40 - Milieu de lagon sans herbier, station M41
Les résultats obtenus seront associés aux résultats obtenus dans le cadre de l�étude des échanges dissous (voir ci-après) afin d�analyser les corrélations. On notera en outre que les conditions exceptionellement calmes qui ont régnées durant la majeure partie de l�acquisition de données permettent d�approcher la valeur du flux primaire en éliminant la resuspension due aux courants de vent.
Echanges dissous à l’interface eau-sédiment Une opération de terrain a rassemblé du 9 août au 3 septembre 2001 7 chercheurs, 1 ingénieur de recherche et 2
techniciens de l�IRD, du CNRS (Paris et Marseille), de l�Université de Brest et de l�Université de Lille. Cette opération s�articulait autour de la campagne CAMECAL2 menée à bord de l�Alis du 16 au 23 août 2001. L�objectif était de mesurer les flux à l�interface eau-sédiment le long de gradients d�influence terrigène et anthropique dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie et de comparer différentes techniques de mesure correspondant à des échelles de mesures très différentes. Deux opérations distinctes étaient prévues.
La première opération avait pour objectif de comparer des méthodes de mesures utilisées sur des stations communes, mais aussi de compléter les mesures de flux déjà existantes dans le lagon sud-ouest de Nouvelle Calédonie. Il s�agissait en particulier d�échantillonner certains sites profonds difficilement accessibles en plongée. Les approches étaient centrées autour de l�analyse des flux d�oxygène rendant compte du métabolisme aérobie mais portaient également sur l�analyse des flux de sels nutritifs (NH4
+, NO3-, NO2
-, PO43-, Si(OH)4). Pour ce faire, 3
techniques différentes mais cependant complémentaires ont été utilisées : 1) Mesures in situ à l�aide d�enceintes de confinement (cloches benthiques) man�uvrées en plongée. 2) Mesures ex situ avec incubations de carottes sédimentaires prélevées au carottier multitubes et analyse des
gradients de concentration dans les eaux interstitielles. 3) Mesures ex situ à partir de microprofils d�oxygène effectués sur des carottes sédimentaires prélevées au
carottier multitubes pour calcul des flux diffusifs (Fig. 4). Afin de rendre compte au mieux de la répartition spatiale de la consommation d�oxygène dans les sédiments, les stations d�échantillonnage ont été choisies en fonction des caractéristiques hydrodynamiques du lagon et de l�origine des apports en matière organique :
8
- Baie de Sainte Marie, forte influence anthropique. Stations : N04, N28, N40 - Baie de Dumbéa, apports terrigènes continentaux par la rivière Dumbéa. Stations : D34, M03 - Canyons. Stations M16, A11. - Milieu de lagon avec et sans herbier. Station M17 et M41 - Zone d�arrière récif. Stations M42, M43.
Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude sont en cours de valorisation et feront l�objet d�une communication à congrès prévue en 2002 suivie de la publication d�un article.
4
3
2
1
0
-1
0 50 100 150 200 250
Prof
onde
ur (m
m)
0 50 100 150 200 250
Consommation d'oxygène (nmol O2 cm-3 s-1)
N04M16
Oxygène (µM)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
Figure 4 : Profils d’oxygène à l’état d’équilibre mesurés à l’obscurité pour les stations M16 et N04. Les barres représentent la consommation d’oxygène. Les flèches indiquent la DBL, couche limite de diffusion utilisée pour les calculs de flux. Noter la différence d’échelle pour la consommation d’oxygène entre M16 et N04.
La seconde opération avait pour objectif d�analyser la réponse de la production primaire benthique à des enrichissements en ammonium. L�objectif principal était de tester l'hypothèse d'une réponse de la production primaire microbenthique à l�augmentation des apports en nutriments dans la masse d�eau surnageante. Pour cela un site d�étude côtier peu profond a été sélectionné pour réaliser une approche de type expérimentation in situ.
Réponses des biocénoses pélagiques Approche in situ.
Cette approche consiste pour l'essentiel à déterminer les modifications de la structure et du fonctionnement des communautés pélagiques en relation avec les variables physico-chimiques. Elle a également pour objectif d�établir in situ la nature du contrôle exercé sur les peuplements planctoniques (premier élément limitant). Quatre compartiments fonctionnels ont été étudiés : picoplancton hétérotrophe (bactéries hétérotrophes), picoplancton autotrophe (procaryotes et eucaryotes), nanoplancton et microplancton autotrophes ; et nanoplancton hétérotrophe (flagellés et ciliés hétérotrophes). Pour chaque compartiment fonctionnel, biomasse, diversité et production ont été déterminées dans la mesure du possible.
Deux campagnes de mesures in situ ont été effectuées en 2001. Outre les participants à Nouméa (JP Torréton, S. Chifflet, P Gérard), cette approche fait appel aux collaborations suivantes : B Delesalle (EPHE, nanoalgues), J Blanchot (IRD La Réunion, Picoplancton autotrophe), C Ferrier-Pagès (OOE Monaco, Protistes), J Dolan (Station zoologique Villefranche, systématique tintinnides), G Cauwet (COD), S Jacquet DEA Paris VI. Les résultats obtenus permettent d�apporter des éléments de réponse aux questions posées.
9
Quelle est la nature du contrôle ?
Les résultats à ce jour montrent que l�azote minéral dissous (DIN) est le facteur expliquant le mieux la variance des biomasses et activités bactérienne et phytoplanctonique (Tab.1).
Tableau 1 : Degré de signification des corrélations partielles entre variables planctoniques et phosphate et azote minéraux dissous. Les variables sont transformées en Log Népérien. (Données Mars Avril 01, n=88)
PO4 DIN
chlorophylle a NS P < 0,001 production primaire NS P < 0,001
production bactérienne NS P < 0,001 taux de croissance bactérien NS P < 0,001
Quelle est la nature des modifications induites par les apports ?
La taille moyenne du phytoplancton augmente pour des concentrations croissantes en azote minéral dissous (ou en Chl.a). On observe en effet :
1) l�augmentation de la proportion de Chlorophylle a >2 et > 10 µm, 2) l�augmentation de la proportion de la production primaire >2 et > 10 µm, 3) la diminution du rapport picoplancton autotrophe/Chl.a, 4) l�augmentation du rapport nanoalgues/Chl.a]
Ces changements de communautés ont vraisemblablement d�importantes conséquences sur le réseau trophique. Si la biomasse bactérienne varie très peu, vraisemblablement en raison d�un contrôle étroit par la prédation, l�augmentation de taille du phytoplancton avec l�azote minéral dissous suggère un contrôle moins sévère du phytoplancton par les consommateurs. L�augmentation de la fraction nanoplanctonique n�est en effet pas due à un taux de croissance plus élevé que celui du picoplancton.
La composition du nanoplancton autotrophe change très fortement en fonction des conditions trophiques (Fig. 5).
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
0
20
40
60
80
100
Figure 5 : Pourcentages des 3 principaux groupes de nanoalgues en fonction de la chlorophylle (µg/l). N=71. Diatomées (!), coccolithophoracées (✚ ) et dinoflagellés (▲) représentent en moyenne 85±11% des abondances. Cellules non identifiées : 9±6%. Ajustements log-log ou de type « Michaelien » pour les diatomées.
La composition du picoplancton autotrophe change de manière très hautement significative (P<0.001) en fonction des conditions trophiques (Fig. 6).
10
50
60
70
80
90
100
prochlorococcussynechococcus
r=0,44
Figure 6 : Pourcentages des 3 groupes de picoplancton autotrophe en fonction de la chlorophylle (µg/l). N=139. R=coefficient de corrélation pour les courbes (régressions log-log).
Approches in vitro. En complément de l�approche in situ, l�analyse de certains mécanismes fonctionnels est effectuée
périodiquement. Seules les approches ayant fait l�objet d�expérimentations en 2001 sont résumées ici :
• Le rendement de croissance bactérien est une donnée essentielle pour estimer l�activité hétérotrophe totale à partir de la production de biomasse bactérienne. Une première série d�expérimentations comparant décroissance de COD et croissance bactérienne en cultures d�assemblages bactériens naturels a été effectuée en 2001 (DEA S. Jacquet).
• Bien que l�on se situe à la limite de sensibilité des dosages en HTCO, on observe une décroissance significative du COD et du NOD (sauf M05) au cours de ces cultures permettant de calculer un rendement de croissance bactérien (fig.).
R2 = 0,89R2 = 0,68
70
80
90
100
110
120
130
140
150
0 10 20 30 40
M05
D33
D08
R2 = 0,26R2 = 0,70
5
6
7
8
0 10 20 30 40 5
M05
D33
D08
R2 = 0,63
R2 = 0,79
0
Figure 7 : COD (µM à gauche) et NOD (µM, à droite) en fonction du temps d’incubation (h) dans trois cultures d’assemblages bactériens naturels non enrichis. M05, D33 et D08 correspondent à des stations de degré trophique croissant.
• Evalauation des relations entre nutriments et peuplements planctoniques (Fig. 8). Un premier cycle d�expérimentation financé par le PNEC au titre de l�ART5 avait été effectué en 2000 (voir rapport ART5). Ce thème, désormais inclus dans le chantier PNEC NC, a été poursuivi en Juillet 2001, avec une mission à Nouméa de B. Delesalle (EPHE), N. Van den Broeck (COM) et J. Pagès (IRD Tahiti).
Sur une large gamme de conditions trophiques Le turnover de NH4 est court (75% des valeurs <
11
lagonaire (8-1122 nM NH4), l’uptake augmente avec NH4 in situ de à 2 exceptions près "
10 h) ce qui confirme le caractère limitant del’azote (cf. bioessais, ART5 1999, et relations insitu, + haut) "
# Sur une large gamme de conditions trophiques lagonaire (30-339 nM PO4), l’uptake augmente avec PO4 in situ à 3 exceptions près.
# Le turnover de PO4 est long (mediane 60h, 75%des valeurs > 30 h) ce qui confirme le caractèrenon limitant du phosphore (cf. bioessais etrelations in situ)
Figure 8 : Résultats de l’évalauation des relations entre nutriments et peuplements planctoniques, chaque représentation fait l’objet d’un commentaire séparé.
Déterminisme et potentiel toxique des efflorescences de Trichodesmium Les efflorescences de la cyanobactérie filamenteuse Trichodesmium, sont très souvent observées dans le lagon
néo-calédonien ainsi qu�en haute mer, sans que l�on connaisse ni leur origine ni leurs conséquences sur l�écosytème. En outre, leur caractère toxique a été montré dans le lagon de la Grande Barrière australienne et il est soupçonné dans le cas de celui de la Nouvelle-Calédonie. Le projet s�attache donc à étudier le déterminisme des efflorescences, la composition spécifique des cyanobactéries filamenteuses et la toxicité de certaines espèces.
L�opération de recherche est basée sur un suivi quotidien des paramètres du milieu et des abondances de Trichodesmium. De la sorte, on espère identifier les causes des proliférations, lorsqu�elles se produisent, par une reconstitution des conditions de milieu dans les jours voire les semaines qui les ont précédées. Le choix du site s�est porté sur la côte est de la Nouvelle-Calédonie où la fréquence d�apparition des proliférations semble plus forte que dans les autres lagons.
Les opérations de terrain n�ont débuté qu�en décembre 2001, en raison de l�arrivée tardive à Nouméa de l�équipe chargée de la réalisation des mesures, du choix d�un site qui devait offrir des conditions correctes d�observation et de l�acquisition du matériel nécessaire. Le choix du site s�est porté sur le centre minier de Ouinné, localisé au sud-est de la Grande Terre. Ce centre, actuellement en sommeil du fait de l�arrêt de l�exploitation minière, offre cependant des conditions de travail (vaste laboratoire climatisé) et d�hébergement (villas climatisées) très correctes. Les locaux sont mis gracieusement à la disposition de l�équipe par la Société Minière Georges Montagnat. Une vedette de 5,30m, appartenant aux programme de paléoclimatologie du Centre IRD de Nouméa, a été prêtée pour la durée prévue des opérations (décembre 2001 à mi-mars 2002). Ce moyen permet des sorties quotidiennes dans la baie fermée de Ouinné et les mesures et prélévements du projet: hydrologie (température et
y = 0,15x + 2,18
R2 = 0,95
0
20
40
60
80
100
120
0 200 400 600 800 1000
Uptake de NH4 (nM/h)
vs NH4 (nM) in situ
juil-01sortent de la relation moyenne (juil01)
A
0
5
10
15
20
25
30
35
0 500 1000
Temps de renouvellement de NH4 (h)
vs NH4 (nM) in situ
juil-01
+ sigmaMédiane-sigma
B
R2 = 0,55
R2 = 0,99
0
50
100
150
200
250
0 50 100 150 200 250 300 350
juil-01
Temps de renouvellement de PO4 (h)
vs. PO4 in situ (nM)D
y = 0,05x - 1,36
R2 = 0,94
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 50 100 150 200 250 300 350
juil-01sortent de la relation moyenne (Nov & Juil)
Uptake de PO4 (nM/h)
vs. PO4 in situ (nM)C
nov-00
nov-00
nov-00nov-00
12
salinité), sels nutritifs (phosphate, nitrate et nitrite), pigments photosynthétiques (mesurés en spectrofluorimètrie), échantillons pour l�identification des espèces par la biologie moléculaire et en microscopie. Enfin, les données bi-quotidiennes de relevés météorologiques de la station de Ouinné, assurent un suivi serré, notamment des précipitations
Bien qu�il soit encore largement prématuré de tirer des conclusions à ce stade du projet, on peut déjà faire les observations suivantes:
1- le sud-est de la Nouvelle-Calédonie est caractérisé par un relief très abrupt, tombant directement à la mer. Il est constitué de massifs ultra basiques (péridotite essentiellement), riches en silice et en métaux lourds. C�est aussi, du fait de l�orientation au sud-est des vents dominants, la région la plus arrosée de Nouvelle-Calédonie. On peut donc penser que la composition du phytoplancton et sa production seront déterminés par le niveau des apports terrigènes, fonctions de celui des précipitations. Il est d�ailleurs vraisemblable que l�élément limitant la production ne soit pas le fer, dont les sols regorgent, mais le phosphore et l�azote (dans le cas des organismes non diazotrophes).
2- La baie de Ouinné est un milieu protégé des vents dominants et l�on pouvait espérer que les évolutions temporelles observées seraient d�avantage le fait de processus locaux que d�apports extérieurs à la baie. Cependant celle-ci est suffisamment profonde (30 à plus de 50 mètres) pour que l�on puisse distinguer les eaux superficielles des eaux plus profondes dont les caractéristiques hydrologiques (salinité surtout) sont celles du lagon. Dans ces conditions, il est illusoire de vouloir négliger les échanges baie-lagon, sauf si la couche superficielle était seule impliquée dans le développement des efflorescences.
3-La composition du phytoplancton de la côte semble ne jamais avoir été étudiée. De façon inattendue de notre part mais tout à fait explicable par la nature des terrains drainés par les pluies, les prélévements comportent une part non négligeable de diatomées.
4-L�abondance des cyanobactéries filamenteuses est variable selon les périodes: faible lors des fortes précipitations, plus grande en dehors. Les observations préliminaires n�ont pas montré d�efflorescences, seules des accumulations apparaissant après quelques jours de calme.
5-Au stade actuel, des échantillons destinés au génotypage des cyanobactéries filamenteuses sont en cours de récolte et seront envoyés à l�Institut Pasteur de Paris, partie prenante du projet. L�étude de toxicité devrait être faite en 2002, une fois l�équipement nécessaire reçu et un éclaircissement obtenu sur la composition spécifique des Trichodesmium.
13
Thème 3 - Transfert des métaux dans la chaîne trophique Equipe : Amiard, Amiard-Triquet, Berthet, Breau, Chauvaud, Clavier, Cotret, Fichet, Fichez, Jeffree, Magand,
Miramand, Moreton, Radenac, Teyssié,Twinning, Warnau.
Bioaccumulation La première action développée dans le cadre des études portant sur la bioaccumulation a pour objectif de
déterminer les niveaux de concentrations en métaux (Al, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, V et Zn) dans les espèces marines mégabenthiques (animales et végétales) les plus fréquemment rencontrées dans différents sites du lagon sud-ouest soumis à divers types d�apports : terrigènes naturel et induit, urbains et industriels. Les espèces les plus aptes à accumuler différents métaux à partir d�apports particulaires (sédiments et matières en suspension) et/ou dissous seront ensuite étudiées plus spécifiquement en vue de leur utilisation éventuelle en tant que bioindicateur de la contamination de l�environnement côtier par ces métaux. Ce travail permettra également de dresser un premier état des lieux des teneurs en métaux d�origine terrigène ou anthropique dans les espèces les plus communes.
Sélection des espèces bioindicatrices Après étude des bases de données existantes concernant les inventaires biologiques benthiques dans l�ensemble
du lagon sud-ouest de la Nouvelle-Calédonie, une première phase de prospection plus spécifique a été réalisée sur un ensemble de 80 stations subtidales et 4 stations intertidales réparties dans des sites côtiers soumis à des apports métalliques divers : la baie de Sainte-Marie (Nouméa, influence principalement urbaine), la baie de la Grande Rade (Nouméa, influence industrielle), la baie de Dumbéa (au nord-ouest de Nouméa, influence terrigène) et la baie de Boulari (au sud-est de Nouméa, influence terrigène naturelle et induite). Deux sites de référence situés dans une zone supposée exempte d�influences terrigènes ou anthropiques directes (absence d�émissaires) ont également été pris en compte : la Baie Maa (au nord-ouest et adjacente à la Baie de Dumbéa) et la plage de Ouano (située une centaine de kilomètres au nord de Nouméa). De nouveaux inventaires biologiques spécifiques aux sites étudiés ont ainsi pu être réalisés. Un ensemble de treize espèces communes à plusieurs sites et présentes en quantité, appartenant à différents groupes biologiques et possédant des stratégies trophiques variées, ont ainsi pu être identifiées puis récoltées. Des prélèvements des premiers centimètres de sédiments de surface ont également été effectués en parallèle sur la plupart des stations. Les espèces sélectionnées sont indiquées ci-après :
• Algues : Halimeda macroloba, Halimeda incrassata, Caulerpa taxifolia, Caulerpa sertularioides, Lobophora variegata
• Bivalves : Isognomon isognomon, Gafrarium tumidum, Hyotissa hyotis • Echinodermes : Holothuria (Halodeima) edulis, Diadema setosum • Gastéropode : Strombus (Laevistrombus) canarium • Alcyonaires : Sinularia leptoclados, Sarcophyton sp
Etude des niveaux de concentration en métaux La détermination des espèces bioindicatrices repose sur l�analyse comparative des niveaux de concentration en
métaux dans les chairs des individus de chaque espèce entre les différents sites, afin de déterminer leur éventuelle capacité de bioaccumulation des métaux selon la nature et l�importance des apports. Les analyses de métaux sont réalisées par ICP-OES au Centre IRD de Nouméa après minéralisation acide sous conditions hyperbares (utilisation d�un four à micro-ondes). La justesse et la précision des méthodes mises en �uvre est vérifiée grâce à du matériel de référence certifié (DORM-1 / DORM-2, NRCC).
Les analyses ont déjà été réalisées sur les 5 espèces d�algues, les 3 espèces de bivalves et un échinoderme. De par les résultats obtenus (Fig. 9 et 10), les espèces Gafrarium tumidum, Isognomon isognomon (bivalves) et Lobophora variegata (algue brune) semblent être des espèces intéressantes en tant que bioindicateurs quantitatifs de contamination.
14
0
50
100
150
200
Mn Zn Ni Cu
Con
cent
ratio
ns (µ
g/g
P.S)
BoulariDumbéaGrande RadeOuano (réf.)
Figure 9 : Concentrations en Mn, Ni, Zn et Cu (en µg/g poids sec) dans les chairs du bivalve G. tumidum en fonction des sites de récolte (n = 10 indiv. de même taille 38 mm)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Mn Ni Cr
Con
cent
ratio
ns (µ
g/g
P.S)
Sainte MarieBoulari Dumbéa Maa (référ.)
Figure 10 : Concentrations en métaux (en µg/g poids sec) chez l�algue brune Lobophora variegata en fonction des sites de récolte ; 3 pools de plusieurs frondes)
Etude des relations entre niveaux de concentration et variables biométriques La bioaccumulation des métaux chez une espèce donnée dépend de nombreux facteurs biologiques et
environnementaux. La taille de l�organisme, qui traduit son âge relatif et donc sa durée d�exposition aux métaux présents dans le milieu environnant, ainsi que son état de santé, représentent une part importante de la variabilité interindividuelle des concentrations observée sur une même station, rendant difficiles les comparaisons entre sites. Une étude statistique (analyses multivariées) des relations pouvant exister entre les niveaux de concentrations des différents métaux analysés et la morphométrie des organismes appartenant à différentes espèces est en cours de réalisation afin d�identifier pour chacun des métaux la ou les variables biométriques à prendre en compte et à standardiser pour limiter au maximum cette variabilité interindividuelle intrasite dans le cadre d�une surveillance biologique du milieu côtier.
Biodisponibilité des métaux Cette opération de recherche se propose d�évaluer la biodisponibilité de plusieurs métaux (Co, Cr, Cu, Fe, Mn,
Ni, V et Zn) liés aux sédiments déposés dans différents sites côtiers du lagon sud-ouest soumis à des apports terrigènes et anthropiques industriels et urbains. A partir des mêmes sédiments, plusieurs approches différentes sont développées puis seront comparées.
Simulation in vitro de la désorption des métaux par processus digestif Cette première approche consiste à estimer la biodisponibilité potentielle des métaux vis-à-vis d�une espèce de
bivalve intertidale, Gafrarium tumidum Röding 1798 (Veneridae, Eulamellibranche), communément rencontrée dans les zones côtières du lagon sud-ouest de la Nouvelle-Calédonie et dont la capacité de bioaccumulation de certains métaux (notamment Mn, Zn, Ni et Cu) a déjà été démontrée dans le cadre de la précédente opération. Cette espèce vit partiellement ou totalement enfouie dans la couche de surface des sédiments et se nourrit des particules en suspension très près du fond grâce à son court siphon inhalant (Baron, 1992). Ces particules susceptibles d�être ingérées sont constituées de matières organiques (vivante et inerte) et minérales en suspension ou en cours de sédimentation, dont une fraction vraisemblablement importante proviendrait de la remise en suspension de matériel fraîchement déposé, notamment lors du cycle de marée ou sous l�action du vent. Une fois inhalée, une partie de ces particules est ingérée et subit des attaques enzymatiques en milieu acide dans le tube digestif des bivalves, entraînant une désorption des métaux faiblement liés aux sédiments et une libération partielle ou totale des métaux complexés à la matière organique et inclus dans les carbonates suite à leur hydrolyse. Une fois libérée dans la lumière du tube digestif, les métaux sous forme libre ou associés à de petites molécules seront susceptibles de subir
15
les divers mécanismes d�absorption à travers les membranes biologiques (diffusion passive, transport actif ou facilité grâce à des protéines membranaires).
La fraction des métaux faiblement liés aux sédiments susceptible d�être libérée et absorbée par les bivalves suite à la diminution de pH lors du processus de digestion peut être estimée en simulant in vitro ce mécanisme (Ettajani et Amiard, 1994 ; 1995). Cette action de recherche a fait l�objet en 2002 d�une opération en collaboration entre l�IRD et l�Université de Nantes.
A partir de sédiments de surface (premier cm) prélevés sur trois stations de récolte de cette espèce, soumises à des apports divers (anthropique, terrigène et station de référence relative), les tests de désorption ont été menés sur des triplicats d�échantillons de 0,5 g de sédiment frais centrifugés par ajout de 20 ml d�une solution tampon de pH 4 (acide acétique 1 % et ammoniaque), valeur la plus basse supposée se rencontrer dans le tractus digestif des bivalves. La fraction totale a été prise en compte, la limite supérieure de taille des particules susceptibles d�être digérées étant inconnue chez cette espèce ; seuls les éventuels fragments grossiers ont été retirés. Après attaque, le résidu solide a été minéralisé et sera prochainement analysé en ICP-OES au Centre IRD de Nouméa. La fraction désorbée considérée comme potentiellement biodisponible (moyenne des trois réplicats) pourra alors être exprimée sous forme de pourcentage de désorption de chaque métal étudié par rapport à sa teneur moyenne respective dans un triplicat de sédiment frais ayant été directement minéralisé sans désorption préalable.
Bioessais sur stades larvaires Cette approche a quant à elle pour objectif d�évaluer la biodisponibilité et la toxicité des métaux faiblement liés
aux sédiments de surface en mesurant d�une part les niveaux de concentrations métalliques chez des larves d�invertébrés marins exposées expérimentalement aux métaux relargués par les différents sédiments après remise en suspension, et d�autre part d�éventuels signes de toxicité (malformations larvaires). Les résultats obtenus seront également mis en parallèle avec ceux concernant la composition physique et chimique des sédiments. La mise en �uvre de cette opération de recherche a fait l�objet de la mission de Gilles Radenac (Laboratoire de Biologie et Environnement Marin, Université de la Rochelle).
Trois espèces ont été sélectionnées pour entreprendre des bioessais. Les deux premières espèces autochtones ont une large distribution sur toute la ceinture tropicale alors que la troisième est une espèce importée pour élevage :
• Diadema setosum (Echinodermes, Echinidés) - l'oursin diadème • Trochus niloticus (Mollusques, Gastéropodes) - le troca • Crassostrea gigas (Mollusques, Bivalves) �l 'huître creuse
Parallèlement, les sédiments à tester ont été sélectionnés en fonction du type de contamination ; 4 sites ont été sélectionnés sur ces critères : Grande Rade (apports urbains et industriels), Boulari (apports terrigènes), Sainte Marie (apports urbains), Ouano (référence). Cinq expérimentations ont été entreprises sur Diadema et Crassostrea durant la mission réalisée à Nouméa du 28 Décembre 2001 au 19 Janvier 2002. Avant de réaliser les expérimentations proprement dites, des tests préliminaires ont été entrepris de manière à s'assurer de l'état maturation des géniteurs et à valider les conditions d'expérimentation (décontamination, qualité de l'eau de mer artificielle, méthode d'induction�), les structures (bacs d'élevage�) et les infrastructures (salle d'élevage�).
La première expérimentation "en conditions réelles" a porté sur Diadema setosum récolté en zone subtidale. Les quatre sédiments récoltés sur les sites contaminés ont été homogénéisés durant une heure à raison de trois réplicats par sédiment. Après décantation, les surnageants ont été filtrés sur 0,45µm de manière à ne conserver que la part dissoute des métaux remobilisés lors de leur remise en suspension. Parallèlement, la quasi-totalité des géniteurs a répondu très rapidement à l'induction chimique. Les fécondations ont semblé correctement s'effectuer et les embryons ont été distribués dans les milieux d'élevage. Cependant, après 48 h d'élevage, les retards et les anomalies dans le développement ont été trop fréquents dans les témoins pour valider l'ensemble de l'expérimentation bien que des formes pluteus aient été observées dans les différents bacs. Les expérimentations effectuées sur cette espèce n'ont donc pas pu fournir de résultats véritablement exploitables. Cependant, la seconde série nous permet de rester optimiste quant à la possibilité d'utiliser cette espèce en tant que bioindicateur.
Une série d'expérimentation a été entreprise sur deux des quatre sédiments avec un lot d'huîtres Crassostrea. Le même protocole a été suivi pour homogénéiser et filtrer les échantillons de sédiments. A ce stade, des échantillons d'eau surnageante ont été récupérés et préconcentrés sur colonne de manière à y mesurer les concentrations en métaux. L'induction par choc thermique n'a pas permis la libération des gamètes des géniteurs qui ont été alors scarifiés pour récupérer leurs produits génitaux. Ces derniers ont semblé pourtant avoir atteint un stade de maturation satisfaisant et les taux de fécondation acceptables (80 %) ont confirmé cette hypothèse. Après
16
24 heures, les élevages ont été stoppés. Un aliquote a été conservé de manière à y évaluer la mortalité et les fréquences d'apparition d'anomalies. Dans l'objectif d'accéder à la biodisponibilité des métaux remis en solution, le reste des larves a été récolté sur un tamis de 20µm. Ces échantillons ont été séchés en vue d'une minéralisation et d'une mesure de concentrations métalliques par ICP-OES en cours.
Un essai d'induction de ponte a été entrepris sur Trochus niloticus. Après sexage des animaux et dissection des gonades, les individus ne semblaient pas avoir atteint un stade de maturité sexuelle suffisant. Il a été alors décidé de suivre la maturation gonadique et d'entreprendre l'induction à la période favorable. Ces opérations préliminaires seront poursuivies en 2002.
Bioaccumulation des métaux Les niveaux de concentration en métaux mesurés dans les chairs des organismes traduisent la biodisponibilité
réelle de ces métaux vis-à-vis d�une espèce donnée. La pertinence de l�approche mis en �uvre précédemment peut ainsi être estimée en comparant les résultats des tests de désorption avec les concentrations effectives mesurées dans les chairs. Des récoltes de 150 à 200 individus ont donc été réalisées sur les trois stations pendant la mission de Jean-Claude Amiard. Après dépuration en aquarium pendant 48 h, un ensemble de 16 individus de même taille a été conservé pour l�analyse des métaux en ICP-OES.
Etat de santé des bivalves Parallèlement à la mesure des niveaux de concentrations en métaux dans les bivalves, l�état physiologique des
organismes récoltés sur les différentes stations a été estimé selon deux méthodes : • Etude des indices de condition physiologique, traduisant l�état nutritif et reproductif des bivalves (Crosby &
Gale, 1990). Différents indices individuels ont été calculés pour tous les spécimens utilisés i) pour l�étude des niveaux de concentrations et ii) pour l�étude des métallothionéines
• Quantification des niveaux de métallothionéines et des métaux associés (Amiard & Cosson, 1997).
Dans un premier temps, des tests préliminaires ont été réalisés sur deux lots de 8 individus entiers déjà prélevés lors de la première opération de recherche, provenant respectivement du site de référence (Ouano) et d�un site particulièrement contaminé (Grande Rade) et conservés intacts en chambre froide ( -25 °C). Les métallothionéines ont été quantifiées par polarographie à impulsion différentielle (Cosson & Amiard, 2000) suite à une compartimentation. Dans un second temps, 16 individus par site de même taille (35 mm) ont été disséqués immédiatement après leur dépuration en aquarium afin de séparer la glande digestive, les branchies et le reste des chairs, sur lesquelles seront quantifiées les métallothionéines. Les analyses sont actuellement en cours au Service d�Ecotoxicologie, ISOMer - CNRS/Université de Nantes (J-C Amiard).
17
Thème 4 - Variations de croissance des organismes lagonaires, part de l’acquis et de l’environnement
Equipe : Chauvaud, Clavier, Kulbicki, Lorrain, Marec, Morand, Morize, Paulet, Planes, de Pontual, Thouzeau, Troadec, Sasal, Stéquert.
L�objectif de ce thème est de comprendre comment les conditions environnementales peuvent affecter les caractéristiques vitales des espèces vivant dans le lagon et quelles sont les conséquence de ces modification sur l�écologie de ces espèces et le fonctionnement des communautés auxquelles elles appartiennent. Il a donc été prévu de comparer les caractéristiques vitales de poissons et d�invertébrés provenant de deux baies soumises à des perturbations anthropiques fortes (baies de Ste Marie et Grande Rade), d�une baie peu perturbée (baie de Prony) et d�une zone « contrôle » située à quelques miles des côtes et peu influencée par les activités humaines (Sèche Croissant).
Poissons papillons L�étude conduite en 2000 a permis de sélectionner l�espèce Chaetodon speculum, qui fait partie de la famille
des Chaetodontidae fréquemment utilisés comme indicateurs, comme cible des travaux conduits dans le cadre du PNEC. Pour répondre aux besoins analytiques 100 spécimens ont été prélevés au mois de novembre-décembre 2000 dans chacune des trois baies ainsi que sur la zone de contrôle. Les 400 poissons ont été capturés en tenant compte de la distribution des tailles dans les différents lieux de prélèvement et à proximité des sorties de baies, là où leur densité est la plus élevée. Un échantillonnage complémentaire portant sur 50 individus a été réalisé en juillet 2001 dans la Grande Rade. Ces poissons ont permis d�étudier les stries d�accroissement sur les otolithes secondaires (astericus et lapilli) pour vérifier que ces dernières offraient de meilleurs supports que les otolithes principales. Par ailleurs, des poissons prélevés en Baie de Ste Marie sont actuellement en élevage à l�aquarium de Nouméa dans le cadre d�une étude de validation du dépôt journalier des stries d�accroissement des otolithes.
A l�heure actuelle nous ne possédons bien sûr que des résultats très partiels puisque les analyses parasitologiques et génétiques sont en cours. Toutefois les premiers résultats déjà disponibles permettent d�identifier certaines tendances.
Caractéristiques morphologiques La taille et le poids de tous les individus récoltés ont été notés. Les résultats présentés dans le rapport 2000
montraient qu�en novembre 2000 les tailles et les poids étaient plus petits dans les deux baies soumises à une pression anthropique que dans la baie non polluée ou la zone témoin. Par ailleurs, une analyse de covariance montre qu�à taille égale les poissons sont plus maigres dans les baies anthropisées que dans les deux autres zones de prélèvement.
Les poissons capturés en juillet 2001 avaient une taille moyenne inférieure à celle observée en novembre 2000 (5.8 cm au lieu de 7.2 cm). Les poissons actuellement en élevage pour les expériences de validation de croissance des otholites ont également une petite taille, mais cette dernière n�a pas été mesurée pour ne pas stresser les poissons.
Contenu parasitaire Sur les 100 poissons / station prélevés, en ce qui concerne le parasitisme, un maximum de 30 poissons par
station a été utilisé. Les poissons ont été prélevés en apnée à l�aide de micro flèches afin de limiter la perte de parasites liée au prélèvement. Les poissons ont été maintenus vivants le plus longtemps possibles puis disséqués aussi vite que possible après leur mort. Des prélèvements sanguins dans des micro tubes à hématocrites ont été effectués sur le terrain et sur 105 poissons vivants (au moins 20 poissons /station). Les parasites ont été fixés puis colorés pour identification. La systématique encore assez floue en ce qui concerne les plathelminthes de Chaetodons ne nous a pas permis d�identifier les espèces. Cependant nous avons pu déterminer les parasites jusqu�au genre.
18
Analyses sanguines
Les prélévements sanguins étaient initalement prévus pour pouvoir effectuer des dosages hormonaux mais la quantité de sang prélevée s�est avérée insufisante pour ce type d�analyse et seules les hématocrites ont pu être étudiés. Aucune relation significative entre hématocrites et parasitisme n�a pu être mise en évidence à l�exception de Sainte-Marie où existe une relation négative significative entre l�hématocrite et Paradiscogaster sp1 (n=27, R2=0.17, p=0.03). Il existe cependant des différences globales d�hématocrite inter station (test KW) montrant que la baie de Prony a des taux supérieurs aux autres stations. Il ne semble donc pas y avoir de corrélation directe en les taux d�hématocrites observés et le niveau d�anthropisation.
Analyses parasitaires
Le nombre total de parasites par poisson est très variable, les valeurs les plus fortes étant observées à Sèche Croissant et dans la baie de Ste Marie, la Grande Rade montrant un taux de parasite beaucoup plus bas que la moyenne. De la même façon le pourcentage de poissons infestés était beaucoup plus faible dans la Grande Rade qu�ailleurs. Il n�apparaît pas de corrélation entre les tailles moyennes observées par station et le raux de parasites.
La plupart des poissons parasités avaient des digènes et des monogènes. A l�exception de la Grande Rade, le nombre de digènes par poissons pouvait dépasser 50 dans les 3 autres lieux d�échantillonnage. Quatre espèces de digènes ont été décomptées, les espèces 1 et 2 étant les plus abondantes et les plus fréquentes (l�espèce 2 est 2 fois plus abondante). La Grande Rade présente donc un parasitisme plus faible et de composition différente à ce qui est observé sur les autres sites. Les monogènes ont été observés dans des quantités proportionnelles à celles des digènes. Les taux d�infestation sont à peu près les mêmes pour monogènes et digènes sur une même station (Fig. 11). L�autre groupe de parasites observé, les nématodes était peu abondant et peu fréquent.
Parasites / Poissons
Sèche Croissant
Ste Marie
Prony
Grande Rade
0
2
4
6
8
10
12
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Nombre de Digènes
Nom
bre
de M
onog
ènes
% Poissons ParasitésSèche
Croissant
Ste Marie
Prony
Grande Rade30
40
50
60
70
80
90
100
40 50 60 70 80 90 100
Digènes
Mon
ogèn
es
Figure 11 Relations entre parasitisme par les digènes et monogènes : a) nombre de parasites par poisson; b) taux d’infestation (% de poissons infestés dans l’échantillon).
L�analyse des parasites est loin d�être terminée, il reste en effet d�une part à explorer les résultats strictement « parasite » (classement des stations en fonction des types et taux d�infestations, corrélations des infestations avec les paramètres du milieu �), et d�autre part relier avec les paramètres des poissons (taille, sexe, taux de croissance, génétique).
Otholites Les poissons papillons Chaetodon speculum échantillonnés en novembre 2000 ne sont pas réparti de façon
homogène sur toute la gamme de longueur. Des gammes de taille sont bien plus nombreuses que d�autres. En général on observe une carence en échantillons dans les longueurs les plus petites, comprises entre 3,1 et 6 cm environ. Pour cet échantillonnage de 2001 les sagittae ont été prélevés directement en Nouvelle Calédonie et analysés en partie au LASAA.
Une seconde série d�échantillons a été prélevée en juillet 2001 dans la Grande Rade. Les têtes des poissons ont été expédiées au LASAA et les prélèvements des sagittae, des lapilli et des asterici ont été faits au LASAA sous la loupe binoculaire.
Les otolithes sont petits et fragiles. L�astericus n�a pas été étudié car il est si petit et fin qu�aucune structure n�apparaît au premier abord (Fig. 12).
Le sagitta est petit et fragile surtout du côté antérieur. Le sillon est bien marqué, séparant les deux parties dorsales et ventrales en deux sur la moitié de l�otolithe. Le nucleus où se trouve le nucleus peut assez bien être
19
localisée par transparence, juste dans le prolongement du sillon un peu décentré vers le côté dorsal. Des lames minces ont été réalisées avec les sagittae des différentes baies. Plusieurs zones peuvent être mises en évidence sur le bord dorsal à partir de l�étude des lames minces :
• une première zone juste autour du nucleus qui comprend une dizaine de stries assez minces, • une deuxième zone plus sombre prolongeant la première et qui se prolonge jusqu�aux environs de la 47
ième strie. Les stries sont larges mais difficiles à compter car la zone est sombre et que des stries plus fines apparaissent par transparence. Elle se termine par des stries plus serrées qui laissent une marque bien visible,
• une troisième zone contiguë à celle-ci beaucoup plus claire où les stries sont souvent invisibles sur l�axe central et donc très diffcile à compter
• une zone qui prolonge cette troisième pour aller jusqu�au bord de l�otolithe. Les stries sont fines mais généralement bien individualisées et dénombrables.
Sagitta
Lapillus
Asteriscus
Avant
Arrière
Sagitta côté concave Sagitta côté convexe Figure 12 : Photos des otolithes de Chaetodon speculum sous la bonoculaire (X 80).
Le lapillus est plus petit mais assez massif. Un nucleus est assez visible, décentré, et des stries apparaissent même à la binoculaire sur le lapillus entier De la même façon des lames minces ont été réalisées sur les lapilli et qui montrent dans un premier temps les mêmes zones que sur les lames minces de sagittae mais moins bien marquées surtout en ce qui concerne la troisième. La lecture semble donc plus facile sur la totalité de l�otolithe bien que les stries sur les bords soient bien serrées et sans doute plus difficiles à dénombrer en raison du pouvoir séparateur des microscopes optiques.
Les premiers comptages des stries ont été réalisés en 2001 sur les sagittae et les lapilli. Comme les coefficients de corrélation entre les longueurs des sagittae et des poissons le laissaient présager les variations sur les comptages sont grandes, ce qui conduit à l�impossibilité de mettre en évidence des différences statistiques de croissance entre les différentes baies. Ceci peut provenir de plusieurs sources :
• les comptages sont difficiles surtout dans la troisième zone mentionnée plus haut. Ceci induit une grande variance entre les comptages successifs sur une même lame mince.
• les variations de croissance d�un poisson à un autre sont grandes
Concernant les lapilli les études ont commencé un peu plus tard. Il semble d�après les premières analyses que cet otolithe soit plus facile à étudier que le sagitta au moins pour les poissons les plus jeunes. Les stries sont plus faciles à compter et les sources de variation dues aux comptages sont plus faibles (Fig. 13). La préparation des lapilli reste néanmoins problématique. En effet, pour les petits poissons il est difficile de standardiser les plans de coupe et selon le plan de coupes les lames minces peuvent être illisibles. Les préparations demandent donc une attention partuculière. Quelle que soit l�otolithe étudié il faudra valider ces résultats par une expérience de marquage.
20
0
2
4
6
8
10
12
14
0 100 200 300 400 500 600 700
Nombre de stries
Long
ueur
tota
le d
es p
oiss
ons
(cm
)
Grande Rade
Sainte Marie
Sagitta
Figure 13 : Longueur totale des poissons en fonction du nombre de stries pour deux baies sur les lames minces des lapilli et des sagittae
Génétique L'objectif est de comparer la structure génétique des Chaetodon speculum prélevés dans différentes baies
présentant des degrés d'anthropisme variable. De nombreuses études, notamment sur les mollusques bivalves, mais aussi sur d'autres organismes marins ont montré la présence d�une association entre l�hétérozygotie multilocus (indice de diversité génétique) et les traits de vie liés à la valeur sélective. Ces processus de sélections ont souvent été proposés pour expliquer des variations génétiques à micro-échelle spatiale.
Les activités 2001 ont principalement eu une vocation technique axée sur la mise au point du protocole d'analyse des protéines enzymatiques. Pour les électrophorèses, un morceau de muscle ainsi que le foie ont été prélevés sur chaque individu et broyés. Les électrophorèses sont réalisées sur gels d'amidon à 12. Les systèmes enzymatiques, leurs noms, leurs abréviations et leurs numéros ont été exprimés selon les recommandations de l�IUBNC (International Union of Biochemistery, Nomenclature Committee). Ce protocole comprend 25 locus dont il apparaît que très peu sont polymorphes. Sur l'ensemble des enzymes testées, seules PGM, ME, PEP-PP, EST, GPD et PGI présentent un polymorphisme supérieur à 95% et seront utiles pour discriminer les populations.
Ce protocole maintenant établi, l�analyse des échantillons a débuté, 200 individus ayant déjà été traités sur un total de 450 individus disponibles.
Croissance des invertébrés L�année 2001 a été consacrée à la remise à plat de cet axe de recherche. A l�occasion de la mission de
L. Chauvaud dans le cadre de la campagne CAMECAL 2 il a été décidé d�orienter les travaux sur l�étude des pectinidés dont la capacité à enregistrer de façon lisible les conditions d�environnement ont été mise en évidence récemment (Chauvaud et al., 1998, Chauvaud et al., 2000). Une première collecte de 3 pectinidés assez commun et présents dans des sites pollués a été effectuée et les coquille ainsi que les tissus lyophylisés ont été expédiés à l�UBO. Suite aux premières études des stries d�accroissement le choix a été fixé sur l�espèce Comptopallium radula. Sur la base de cette pré-difinition un dossier de demande de bourse a été monté et présenté en septembre 2001 et l�accord de co-financement entre l�IRD et la Région Bretagne a été obtenu en fin d�année pour un démarrage de la thèse début 2002.
21
Thème 5 - Formalisation d'indicateurs des milieux et des ressources récifo-lagonaires dans une perspective écosystémique
Equipe : Andrefouet, Bozec, Breau, Ferraris, Galzin, Garrigue, Kulbicki, Labrosse, Letourneur.
Modélisation spatiale de l'information existante Le développement de la Base de Données Géographique sur le lagon sud-ouest s�est poursuivi, avec
l�élaboration d�un dictionnaire sous ACCESS décrivant les Métadonnées et l�intégration de données sur l�environnement (bathymétrie, sédimentologie), les ressources vivantes (pêches expérimentales, observations et collectes en plongée, dragages, enquêtes) ainsi que les données géographiques et les images disponibles (photographies aériennes, images satellitaires). Le SIG �LAGONSO� constitue maintenant un outil opérationnel, avec une Base de Données partagée en réseau et accessible aux chercheurs. Plusieurs applications ont été mises en �uvre impliquant différentes démarches de modélisation (Ferraris, 2002). Un des principaux résultats est la valorisation des données sur la sédimentologie et sur la flore benthique et une démarche de modélisation a été établie pour définir les habitats potentiels des herbiers et algueraie, basée sur 4 étapes (Pautret, 2001):
1- identification du maillon du système pour lequel on recherche l�habitat (définition de l�habitant) ; 2- sélection des variables de l�environnement et définition de seuils caractéristiques des paramètres liés à la
présence de l�habitant; 3- comparaison des distributions spatiales des facteurs de l�environnement et des variables biologiques
caractérisant l�habitant; 4- combinaison des facteurs environnementaux pour définir une carte d�habitat potentiel ou optimal de la
communauté étudiée.
La démarche a été ainsi appliquée à la présence/absence des macrophytes (Fig. 14), les variables environnementales discriminantes étant sélectionnées sur la base de la connaissance experte (articles parus) sous SIG. La carte optimale pour estimer la répartition des macrophytes est finalement obtenue à partir des variables et seuils suivants : % de vase ≤ à 35%, % de sable fin et très fin ≤ à 45%, profondeur ≤ 40 mètres.
Figure 14 : Carte de la répartition observée (gauche) et des erreurs d’estimation générées par le modèle SIG (droite), les surfaces surestimées sont en rouge, les surfaces sous-estimées en bleu.
La démarche de modélisation repose donc sur une formalisation du modèle par le choix des variables basé sur la
connaissance des experts, puis sur une quantification par l�analyse des variables retenues. Ce modèle simpliste des habitats potentiels de macrophytes basé sur trois variables de l�environnement, donne des résultats encourageants. Il devra être affiné par une pondération des variables utilisées et l�identification d�autres variables pertinentes de l�environnement. L�étape suivante consistera à utiliser les informations quantitatives (nombre d�espèces, biomasse végétale) pour préciser la qualité des populations végétales trouvées au sein des habitats.
22
Caractérisation des habitats L�action principale a été menée au cours de la mission de S. Andrefouët (Andréfouët, 2002) dans le but
d�effectuer la cartographie et les inventaires des communautés de platiers d�îlots et récifs-barrières du lagon sud-ouest. Trois missions de vérité terrain ont été effectuées sur l�îlot Signal, l�îlot Maître et les récifs barrière Aboré et Annibal (missions réalisées en collaboration avec la Direction des Ressources Naturelles de la Province SUD et la participation de C. Payri de l�Université de la Polynésie Française pour la détermination des macrophytes). Les radiales ont été choisies de façon à rendre compte au mieux de la variabilité visible sur des photographies aériennes couleurs et des images satellitaires SPOT (20 mètres de résolution, prise le 17 juillet 1987) et Landsat 7 (30 mètres de résolution, prise le 11 août 1999). La description des zonations benthiques identifiées sur le terrain suggère plusieurs schéma de classifications possibles, de complexité variable (Tab. 2).
Tableau 2 : Séparation des différentes classes considérées.
Le choix de séparer les classes de complexité croissante en N1, N2, N3, ou d'inclure ou non une classe dépend
de l'importance de la classe constatée sur le terrain. En général, plus la complexité est grande, plus les cartes présentent des erreurs. Il est donc préférable de montrer entièrement la hiérarchie afin de choisir le meilleur rapport complexité thématique/justesse des classifications. Les résultats sont présentés sous forme de tableaux résumant la superficie des différentes classes en fonction du type d'image traitée (Tab. 3). L'algorithme utilisé est un Maximum de Vraisemblance avec hypothèse d'égalité des probabilités a-priori, (toolbox ENVI ou ERDAS).
Tableau 3 : Résultat de l’évaluation des superficies des différentes classes identifiables sur l’îlot Maître.
PAC SPOT LANDSAT7
Classes Pixels % Surface (m2) Pixels % Surface (m2) Pixels % Surface (m2)
Sableux 121380 0.22 1003651 2465 0.21 986000 767 0.15 709031
Algueraies 139711 0.25 1155224 3905 0.34 1562000 2259 0.45 2088267
Construit 30492 0.05 252128 1293 0.11 517200 169 0.03 156227
Détritiques 101958 0.18 843057 1305 0.11 522000 222 0.04 205222
Hétèrogène 32000 0.06 264597 0 0.00 0 369 0.07 341111
Herbiers 129760 0.23 1072942 2511 0.22 1004400 1181 0.24 1091741
Total 555301 1 4591600 11479 1 4591600 4967 1 4591600
Les cas étudiés montrent que les niveaux simples de classification (N1, N2) fournissent de bons résultats avec Landsat et la photo aérienne, les plus médiocres (pour les platiers d'ilots) étant ceux obtenus avec SPOT. L�approche choisie est entièrement supervisée, à la différence d�une classification non supervisée, utilisée pour établir un modèle global à l�échelle du lagon (Bouvet & Ferraris, 2002).
23
Interactions ressources / exploitation Dans le but de qualifier, voire quantifier, les interactions entre les ressources et leur exploitation, deux voies
différentes sont explorées.
Tout d�abord les modifications de la ressource suite à un changement de l�exploitation ont été analysées sur deux cas de figure. L�effet de l�ouverture et fermeture à la pêche (Zones Marines Protégées) a été analysé en liaison avec l�ART4 du PNEC (Ferraris et al., 2002). Le récif Aboré, ancienne réserve tournante établie en 1990 a été définitivement fermé à l�exploitation en 1995 après avoir fait l�objet d�un suivi scientifique en 1993 et 1995. Pour répondre aux besoins de la modélisation (validation des indicateurs), une nouvelle campagne d�échantillonnage par comptages visuels en plongée (Labrosse et al., 2001) a été organisée pour tester l�effet de la fermeture définitive à la pêche et de valider des indicateurs proposés pour évaluer l�effet de la mesure de gestion. Le deuxième cas de figure concerne des données de pêches expérimentales à la palangre, récoltées au cours de deux campagnes (1984-87 et 1999-2000). L�étude de la répartition spatio-temporelle des Prises par Unité d�Effort (PUE) permet d�évaluer l�effet de la mise en réserve, qui s�est produite entre les deux campagnes d�échantillonnage, et de tester l�hypothèse d�un déplacement des activités de pêche qui se refléterait sur la distribution spatiale des PUE (Bloc�h, 2001).
Une deuxième approche a consisté à décrire les usagers de la ressource et leurs activités (espèces, engin, lieux). Les enquêtes réalisées sur Ouvéa et en Province Nord auprès d�un échantillon représentatif de la population, selon deux méthodologies différentes (enquête individuelle et enquêtes auprès des ménages) montrent que la consommation des produits de la mer peut servir d�indicateur de la pression halieutique, dans les milieux insulaires où il est possible d�estimer les flux d�entrée et de sortie. Il a été ainsi possible d�estimer la qualité (composition spécifique) et la quantité de la production halieutique. En Province Nord, la consommation moyenne annuelle par habitant est estimée à 28 kg/habitant dont 92% provient de la pêche d�autoconsommation, soit une pêche de subsistance estimée à 1064 tonnes. La consommation moyenne par habitant dans l�atoll d�Ouvéa s�élève à 45 kg ; les captures, validées par des enquêtes parallèles auprès des pêcheurs, sont estimées à 212 tonnes/an. Outre la description des relations entre les ressources et les utilisateurs de cette ressource, l�approche permet d�estimer les pêcheries de subsistance et de loisir, difficiles à appréhender dans les systèmes de statistiques de pêche. Dans la région du Grand Nouméa une représentation cartographique des usages (Fig. 15) a été produite à partir des données d�une enquête menée auprès de plaisanciers. Il a été ainsi possible de déterminer cinq types de comportements en fonction de différents paramètres :
1- des lieux de sorties limitées aux alentours de Nouméa (16% de l�échantillon) ; 2- des lieux de sorties ayant l�agglomération de Nouméa comme pivot mais dont le champs d�action s�étend à
l�ensemble de l�intérieur du lagon sud-ouest (45%) ; 3- des lieux de sorties qui s�étendent au-delà du lagon (18%); 4- des lieux de sorties concentrées dans la partie inférieure du lagon sud-ouest (14%); 5- et des lieux de sorties concentrées dans la partie inférieure du lagon sud-ouest mais qui s�étendent au-delà du
lagon (7%). Les représentations spatiales des activités par les usagers ont parallèlement été intégrées au SIG afin de conserver l�information brute. Par analyse des recouvrements des localisations pointées, zonées ou orientées, il est possible de quantifier ces représentation et notamment analyser l�intensité des flux et des liens entre les espaces terrestres et lagonaires, ainsi que la densité des usagers et des activités du lagon. Cette première typologie fournit une base de travail pour planifier des enquêtes complémentaires pour approfondir l�analyse des rapports des utilisateurs avec l�écosystème et ses ressources.
Identification, modélisation et validation d'éco-indicateurs Un groupe de travail a été organisé en août 2001 pour faire avancer la réflexion sur les indicateurs des
ressources récifo-lagonaires, notamment en rapport avec la ressource � poisson �. Ces réunions regroupaient 12 scientifiques travaillant en écologie, en halieutique et en méthodologie. Un des buts visait à établir un consensus sur la définition et sur une démarche de construction d�indicateurs. Quatre sessions ont été organisées :
1. indicateurs et effets anthropiques et terrigènes 2. indicateurs et effet � réserve � 3. indicateurs et halieutique 4. indicateurs et habitats
24
Figure 15 : Carte synthétique du lagon sud-ouest regroupant les 5 types d’activités de plaisance.
Chacune de ces sessions a été introduite par deux exposés visant à faire une synthèse sur le sujet ou à présenter des éléments de réflexion ou des résultats en rapport avec le sujet. Les supports utilisés au cours des exposés du groupe de travail et le compte-rendu des séances ont été formalisés sous la forme d�un document de travail. Ce Groupe de Travail a permis de souligner le large éventail des perceptions et méthodologies associées à la notion d�indicateur. Des actions ont été identifiées afin de construire un certain nombre de ces indicateurs, dont les résultats seront présentés au cours d�un atelier élargi prévu en juillet 2002.
A titre d�exemple, une démarche adoptée sous SIG pour détecter un bioindicateur à partir des peuplements de poissons capturables à la palangre, sensible à un effet terrigène (Bloc�h, 2001) est brièvement présentée. Le principe de la démarche est basé sur l�analyse de la corrélation spatiale des cartes de variables sédimentaires avec les différentes variables construites à partir du jeu de données sur les poissons. La corrélation spatiale est évaluée par deux indices : un indice de ressemblance basé sur des variables continues (données extrapolées sur l�ensemble du lagon) et la distance du Khi 2, basé sur une zonation de l�espace par discrétisation des variables (insection de polygones). La corrélation spatiale est forte quand l�indice de ressemblance est faible et/ou la distance du Khi 2 élevée. La démarche adoptée est la suivante :
1. analyse en Composantes Principales du tableau des variables environnementales déduites sous SIG en fonction des coordonnées géographiques des stations de pêche expérimentale ;
2. projection des variables biologiques, en tant que variables supplémentaires, dans l�espace factoriel des variables environnementales afin d�identifier les variables environnementales les plus corrélées aux variables biologiques ;
3. analyse des corrélations spatiales entre les variables environnementales retenues et les variables biologiques ; identification de la variable biologique la plus pertinente reliée au paramètre de l�environnement.
25
Publications issues des travaux 2001 Publications 2001-2002 Douillet P., Ouillon S., Cordier E. 2001. A numerical model for fine suspended sediment transport in the southwest
lagoon of new Caledonia. Coral Reefs, 20 : 361-372. Fernandez J.-M., Moreton B., Fichez R., Breau L., Magand O., Badie C., 2002. Advantages of combining 210Pb and
geochemical signature determinations in sediment record studies ; application to coral reef lagoon environments. In, Environmental Changes and radioactive tracers. Fernandez J.-M. & Fichez R. (editors), IRD Editions, Paris, France, p .187-199.
Labrosse P., Kulbicki M., Ferraris J., 2001. Comptages visuels de poissons en plongée. Conditions d�utilisation et de mise en �uvre. REAT Outils pour l’évaluation des ressources récifales. Ed. Secrétariat général de la Communauté du Pacifique, Nouméa, 54 p.
Publications sous presse Bouvet G., Ferraris J., 2002. Télédétection et SIG : recherche d�indicateurs écosystémique par la caractérisation des
habitats : application au lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie. In, Actes du 5ème forum AFH, , Colloques et séminaires, Ed. IRD Paris, sous presse.
Ferraris J., Pelletier D., Kulbicki M., 2002. Complexité et décision dans l'analyse de l'impact de reserves marines en milieu corallien. . In, Actes du 5ème forum AFH, Colloques et séminaires, Ed. IRD Paris, sous presse.
Ouillon S., Lucas Y., Gaggelli J., 2002. Hyperspectral detection of sand. In, Proc. of the 7th Int. Conf. Remote Sensing for Marine and Coastal Environments, Veridian-ERIM, Miami, sous presse.
Thèse Déliat G., 2001. Matière organique dissoute des zones côtières: sources, distribution et biodégradabilité. Thèse de
Doctorat de l�Université Paris VI, 276 p.
Rapports Andrefouët S., 2002. Cartographie et inventaires des communautés de platiers d�îlots et récifs barrières du Lagon
Sud-Ouest de Nouvelle-Calédonie par télédétection. Rapport de Travail 19 p. Bloc�h, L., 2001. Apports des SIG dans l�analyse des influences environnementales sur la répartition spatiale des
peuplements de poissons. Application aux poissons démerso-benthiques du lagon de Nouvelle-Calédonie. Rapport de DAA, IRD-Nouméa, 41 p + annexes
Bloc�h L., Ferraris J., Kulbicki M. , Mou Tham G., 2002. Etude, dans une perspective de gestion des poissons de ligne du lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie par pêche expérimentale à la palangre. Rapport ZoNéCo/IRD, 50 p.
Bloc�h ., Breau L., Bozec Y.M., Clua E., Ferraris J., Galzin R., Kulbicki M., Letourneur Y., 2001. Compte-rendu de l�atelier de travail sur les indicateurs tenu à Nouméa du 2 au 13 août 2001. PNEC, Thème 5. IRD-Noumea.
Bouron-Morin B., 2001. Modelisation de la dynamique sédimentaire dans le lagon Sud-Ouest de Nouvelle Caledonie. Rapport de stage de DEA d�océanographie, Université Paris VI, 37p.
Cappiot N, 2001. Bio-Ecologie de 3 espèces d�intérêt du Lagon Sud Ouest de Nouvelle-Calédonie. Rapport de stage de Maîtrise des Sciences de l�environnement, Perpignan, IRD-Nouméa. 41 P.
Douillet P., 2001. Atlas hydrodynamique du lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie. Rapport ZoNéCo, Ed. IRD, Nouméa, 47 P. + CD-ROM.
Ferraris J., 2002. Interactions spatiales des systèmes Ressources-Environnement-Usages du lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie. Réflexion pour un Observatoire de Recherche sur l�Eco-Système Récifo-Lagonaire. Rapport final de la convention du PEVS/ CNRS « Observatoire de Recherche sur les Anthroposystèmes : Modèles et Méthodes », 24 p.
Pautret S. 2001 Le SIG sur le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie : de la maquette vers un outil opérationnel. Illustration par une application sur les habitats benthiques. Rapport SILAT / IRD-Nouméa.71 p
Sécolier C., 2001. Modèles de réfraction-diffraction des vagues et interactions vagues-courant, rapport de stage de DESS Ingénierie Marine, Univ. Toulon Var, 24p.
Congrès Bouron-Morin B., Douillet P., Ouillon S., Chevillon C., Fichez R., 2001. Modélisation numérique du transport de
vase et de sable dans le lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie, 27eme Colloque de l’Union des Océanographes de France, Villeneuve d�Asq, 5-7 sept. 2001.
26
27
Bouvet G. Ferraris J., 2001. Télédétection et SIG: Recherche d'indicateur écosystémique par la caractérisation des habitats: application au lagon sud-ouest de Nouvelle-Calédonie. 5ème Forum Halieumétrique, Lorient, 26-28 juin 2001.
Ferraris J., Pelletier D. , Kulbicki M., 2001. Evaluation qualitative et quantitative de l'impact de réserves marines sur un écosystème corallien. Actes des XXXIIIièmes Journées de Statistique, Nantes.
Ferraris J., Pelletier D., Kulbicki M. , 2001. Complexité et décision dans l'analyse de l'impact de reserves marines en milieu corallien. 5ème Forum Halieumétrique, Lorient, 26-28 juin 2001.