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CYBIOM : eutrophisation, cyanobactéries et biomanipulations : approches comparatives et expérimentales en milieux lacustres tropicaux et tempérés

Coordinateur(s)
Xavier Lazzaro, IRD
Partenaire(s)

CNRS

IRD

ENS

Université Paul Sabatier, Toulouse

Depuis les deux dernières décennies, une recherche dynamique s'est consacrée à démontrer l'importance des interactions descendantes entre poissons, zooplancton et phytoplancton dans l'eutrophisation des lacs tempérés et le succès des biomanipulations (i.e. la réduction de la biomasse excessive du phytoplancton par manipulations de la structure du peuplement piscicole). Celle-ci consacre le modèle des cascades trophiques au niveau de paradigme majeur de l'écologie aquatique.

En revanche, les quelques études en lacs sub-tropicaux et tropicaux, généralement peu profonds, tendent à indiquer que ces cascades ont peu de chance d'exister dans ces milieux, du fait particulier de l'omnivorie des poissons et de la prépondérance d'organismes de petite taille (zooplancton et poissons). Par conséquent, les biomanipulations seraient inopérantes en milieu tropical.

Cependant, certains travaux montrent que, même si les mécanismes impliqués ne font pas intervenir une "cascade trophique classique", la biomasse des producteurs primaires diminue lorsque la part relative des poissons piscivores facultatifs augmente dans la biomasse piscicole. Cela suggère que les biomanipulations pourraient être éventuellement efficaces dans le contrôle du phytoplancton, malgré les contraintes structurelles liées aux systèmes tropicaux.

L'objectif de notre projet est (a) d'expliquer de "paradoxe apparent" et (b) d'utiliser cette connaissance pour évaluer la potentialité des écotechnologies (biomanipulations) à contrôler la qualité biologique de l'eau, notamment les cyanobactéries, des lacs subtropicaux et tropicaux peu profonds. Ces écosystèmes peu étudiés réprésentent en effet la majeure partie des eaux continentales dont disposent les populations de l'hémisphère sud pour des usages multiples et souvent conflictuels (eau potable, pêche, aquaculture, irrigation).

Nous envisagoens d'explorer cinq thèmes alternatifs mais néanmoins complémentaires :

  1. Un thème "cascade trophique revisitée" en insistant sur le rôle des petits poissons. L'essentiel du contrôle descendant du zooplancton par les poissons dans les lacs peu profonds tropicaux et tempérés passerait par les espèces de poissons de petite taille ou par les stades juvéniles. Le maintien d'un peuplement adéquat de poissons piscivores facultatifs (y compris la perche en Europe) permetrrait un meilleur contrôle de ces petits poissons et, par cascade trophique, du phytoplancton. Nous proposons de mieux appréhender l'importance de ces petits poissons dans les flux de matière et d'énergie. Il est intéressant de constater que, du fait des contraintes liées aux dimensions des enceintes, la plupart des chercheurs ont travaillé avec des petits poissons. Par conséquent, l'essentiel de l'effet top-down documenté dans la littérature serait lié au contrôle des petits poissons, alors que les scientifiques aussi bien que les aménageurs s'intéressent plutot aux poissons de grande taille ou au stade adulte pour comprendre et gérer ces milieux.
  2. Un thème "topologie". L'hypothèse de travail est que les poissons planctophages omnivores (généralistes consommant à la fois du phytoplancton, du zooplancton et souvent des détritus) ont des effets sur la structure des réseaux allant dans le même sens dans les milieux tropicaux et tempérés, malgré les différences probables entre la structure des réseaux de ces milieux. Les expériences menées en parallèle à Dakar (Sénégal) et à Créteil (France) nous permettront d'explorer cette hypothèse ainsi que les différences et similitudes entre la structure des réseaux trophiques. D'autre part nous envisageons d'améliorer l'image des réseaux par l'analyse des isotopes stables dans les milieux étudiés.
  3. Un thème "cyanobactéries". Au-delà des différences entre tropical et tempéré qui restent à préciser via la réalisation de méta-analyses, la compréhension du développement excessif d'espèces de cyanobactéries passe par l'identification des structures trophiques et des interactions indirectes favorisant ou, au contraire, défavorisant les cyanobactéries. Les poissons omnivores en milieu tropical apparaissent ici comme des espèces clef. Nous comptons progresser dans l'exposé des mécanismes en combinant les résultats d'expérimentations en mésocosmes, des données de la littérature (méta-analyses) et une approche de modélisation théorique.
  4. Un thème "stoechiométrie". Il est possible que l'effet positif sur la transparence, induit par l'augmentation de la biomasse des piscivores facultatifs, et/ou la réduction de la biomasse des planctophages omnivores, soit lié indirectement au recyclage différentiel des nutriments (contraintes stoechiométriques dues à l'homéostasie et à la différence de composition C:N:P des hétérotrophes). En tempéré, l'hypothèse stoechiométrique tient essentiellement au ratio N:P. La littérature se focalise sur les daphnies qui favoriseraient une limitation du phospore. Par contre, d'autres cladocères comme les Ceriodaphnia et les Diaphanosoma, du fait de leur plus petite taille, résistent mieux à la prédation par les poissons. Souvent négligés dans les expériences en mésocosmes, ces organismes pourraient, dans certaines circonstances, expliquer l'essentiel de l'effet top-down des poissons sur le phytoplancton. D'après les données de la littérature, une cériodaphnie filtrerait beaucoup plus qu'une daphnie de même taille. Les Diaphanosoma, quant à elles, répondent à la prédation par les poissons omnivores de façon assez similaire aux copépodes (nage un peu saccadée, investissement modéré dans la reproduction) et ont une composition stoechiométrique assez proche de celle des copépodes. Peut-être existe-t-il des différences de composition suffisantes au sein des réseaux tropicaux (par exemple entre rotifères et copépodes d'une part, et Cériodaphnia et Diaphanosoma d'autre part) pour que la stoechiométrie joue un rôle important malgré l'absence des grands cladocères comme les daphnies. Globalement, les milieux tropicaux seraient plus limités par l'azote que les milieux tempérés. Des changements de limitation pourraient donc apparaître, même avec des organismes ayant une teneur moindre en P que leurs équivalents tempérés ou nordiques.
  5. Un thème "recyclage en milieu pélagique". Une augmentation du taux de recyclage interne en milieu pélagique pourrait avoir lieu avec l'augmentation de la charge en poissons planctophages-omnivores. Typiquement, les biomasses des planctophages-omnivores sont bien supérieures (ressources non limitantes, faible vulnérabilité aux piscivores, juvéniles à croissance rapide ) à celle des poissons zooplanctophages. Cet aspect a une composante stoechiométrique, à travers un recyclage interne différentiel en N et P (excrétion relative des différents taxons de zooplancton, poissons, etc.) et une composante allométrique (modification de la structure en taille et donc du taux intrinsèque d'excrétion des organismes). Pour répondre à cette question, nous envisageons de combiner sur nos deux sites des expérimentations en microcosmes concernant l'excrétion du plancton et des poissons avec une analyse des données de la littérature en tempéré et tropical.