From community to individuals : Contribution of benthic invertebrate traits to river bioassessment

Dans le contexte d'un environnement soumis à des pressions humaines de plus en plus importantes, l'évaluation de la qualité écologique des milieux naturels est devenue un enjeu scientifique, politique et sociétal majeur. Au début des années 2000, les méthodes de bio-évaluation existantes se sont révélées insuffisantes au regard des exigences affichées par la Directive Européenne Cadre sur l'Eau de maintenir ou recouvrer le bon état écologique pour les masses d'eau continentales. En parallèle de cette prise de conscience politique de la nécessité d'une amélioration des méthodes de bio-évaluation, un certain nombre d'auteurs ont plaidé pour une prise en compte explicite des caractéristiques biologiques et écologiques des espèces (i.e. leurs « traits ») de façon à mieux comprendre les processus de mise-en-place et d'organisation des communautés en relation avec les caractéristiques de leur habitat. Le but principal de ce travail de thèse a été d'étudier comment les approches « traits », à plusieurs échelles d'organisation biologique, peuvent permettre d'améliorer la bio-évaluation des cours d'eau Français. Pour cela, nous avons étudié dans un premier temps l'application sur les communautés benthiques de l'approche « traits bio-écologiques potentiels » pour l'évaluation (i) de la qualité écologique, (ii) des risques d'altération et (iii) du degré d'homogénéisation fonctionnelle des cours d'eaux. Ensuite, nous avons exploré le potentiel de nouveaux traits (i.e. isotopiques, stoechiométriques et protéomiques) pour la caractérisation des réponses biologiques des invertébrés benthiques soumis à des pressions anthropiques 'simples' (i.e. acidification et contamination organique). Nos résultats ont démontré que les traits bio-écologiques potentiels permettaient d'améliorer de manière significative l'évaluation du statut écologique des cours d'eaux et des pressions anthropiques qu'ils subissent, à large échelle spatiale (e.g. sur les réseaux nationaux de suivi de la qualité de l'eau). Les analyses isotopique et stoechiométrique ont permis également, sur des problématiques plus locales, de relier des informations sur des traits biologiques (régime alimentaire et développement) aux transferts de nutriments et de matière organique réalisés par les communautés benthiques au sein des systèmes lotiques. Enfin, l'analyse protéomique réalisée le long d'un gradient d'acidification ouvre des perspectives intéressantes pour la mise en place d'un « système expert » précoce des effets d'une détérioration de la qualité de l'eau sur les invertébrés benthiquesIn a global change context, ecosystems are subjected to more and more severe human pressures. In this context, optimizing the biomonitoring of natural ecosystems has become a major scientific, political and societal issue. In the early 2000th, most of the freshwater bioassessment methods did not succeed in fulfilling the requirements of the European Water Framework Directive, for efficiently evaluating the ecological status of rivers with the main objective to maintain or to reach the good ecological status for all the water bodies. In the same time, a major advance in community ecology was the explicit consideration of the biological and ecological attributes of species (i.e. their ?traits?) to better explain the role of habitat characteristics in community assembly. The main goal of this PhD work was to establish how trait-based approaches, at different biological scales, could enhance the bioassessment of French streams. We have first focused on the utilization of potential bio-ecological traits of macrobenthic communities for (i) evaluating the ecological quality of rivers, (ii) assessing the risk of significant alteration of benthic assemblages by specific pressure categories and (iii) appraising the human pressure-drived functional homogenization process in benthic communities. We examined the potential of new traits (derived from stable isotopy, stoichiometry and proteomics) for depicting the benthic invertebrate responses to 'simple' anthropogenic pressures (i.e. acidification and organic contamination). We have demonstrated that using potential bio-ecological traits efficiently enhances the ecological monitoring of wadeable rivers, at large spatial scale (e.g. on National survey networks). The stable isotope and stoichiometry analyses, when applied at reach scale, have allowed to link biological traits (i.e. diet and development) to ecological functions provided by macrobenthic communities, such as nutriment and organic matter flows in rivers. Finally, the proteomic analysis, performed along an acidification gradient, has brought out very interesting perspectives for the development of an integrative ?expert system? that early detects the biological effects of water quality alteration on benthic invertebrate assemblage