Prédiction du potentiel toxique de proliférations cyanobactériennes

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Prédiction du potentiel toxique de proliférations cyanobactériennes à l'échelle du bassin Loire dans un contexte de réchauffement climatique (PROFECY) MArion SABART (Université de Clermont-Ferrand), Bertrand BONNARD (Ville de St Etienne) et Gilles PETEL (Syndicat Mixte Vallées de la Veyre et de l'Auzon)Présentation effectuée lors du 7ème rendez-vous entre la communauté scientifique et les gestionnaires du bassin de la Loire et ses affluents - 18 septembre 2013 Orléans.

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Présentation du projet PROFECY : PRédiction du pOtentiel toxique de proliFErations CYanobactériennes à l'échelle du bassin de la Loire 7 ème rendez-vous annuel entre la communauté scientifique et les gestionnaires du bassin de la Loire et ses affluents Orléans, 18 septembre 2013 Marion Sabart Université Blaise Pascal - LMGE UMR CNRS 6023 Bertrand Bonnard Ville de Saint-Etienne Gilles Pétel Syndicat Mixte des Vallées de la Veyre et de l’Auzon

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Les proliférations de cyanobactéries dans les écosystèmes aquatiques… … sont à l’origine de problèmes : Mortalité d’animaux Réduction de la diversité biologique Impasse trophique environnementaux pour les usages de l’eau Activités récréatives Eau potable Production piscicole sanitaires Production de cyanotoxines Les toxines cyanobactériennes… Hépatotoxines : microcystine, cylindrospermopsine,… Neurotoxines : anatoxine-a, saxitoxine,… Dermatotoxines : aplysiatoxine,… Produites par la majorité des cyanobactéries 3 types en fonction de l’organe-cible : A l’origine d’intoxications animales et humaines Forte variabilité spatiale et temporelle Difficile de prévoir la quantité de toxines produites lors d’une efflorescence Retenue de Villerest, Août 2007 Microcystis Planktothrix Anabaena Aphanizomenon Oscillatoria

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Gestion du risque toxique associé aux cyanobactéries Contexte réglementaire pour la surveillance des cyanobactéries Depuis 2003 : Recommandations de surveillance et de gestion des proliférations de cyanobactéries dans les eaux de baignade par la Direction Générale de la Santé Suivi régulier des zones de baignade aménagées, plusieurs niveaux d’interventions et d’information au public Niveau cell.mL -1 Microcystine Gestion Suivi Ia 20 000 100 000 Activité normale Bimensuel Ib Hebdomadaire IIa < 25 µ g.L -1 Limitation de la baignade Hebdomadaire + recherche de microcystines bimensuelle IIb > 25 µ g.L -1 Interdiction de la baignade Limitation des loisirs nautiques III Efflorescences Interdiction de la baignade et des loisirs nautiques Prévenir tout contact de personnes et animaux avec l’eau Hebdomadaire + recherche de microcystines hebdomadaire

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Gestion du risque toxique et objectifs du projet PROFECY Questions que le gestionnaire peut se poser : Ce que le chercheur peut faire pour tenter de répondre à ces questions : Objectif général du projet PROFECY : Contribuer à une meilleure gestion du risque toxique associé aux cyanobactéries Seule la microcystine est prise en compte dans la surveillance, mais y-a-t-il d’autres cyanotoxines potentiellement produites dans les plans d’eau et si oui, quelles sont les espèces impliquées ? Peut-on « anticiper » le risque toxique dans un plan d’eau ? Etudier les autres cyanotoxines : intérêt pour l’anatoxine-a (neurotoxine) Evaluer le potentiel toxique des cyanobactéries dans l’eau et dans le sédiment pour faire un « diagnostic » de chaque plan d’eau

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Objectifs du projet PROFECY Pourquoi l’anatoxine-a ? Intérêt du sédiment lacustre : établir un « diagnostic » du potentiel toxique d’un plan d’eau Peu d’étude sur cette toxine Pas prise en compte dans le suivi de la qualité des eaux A l’origine de mortalités de chiens dans des cours d’eau en France (la Loue, le Tarn) Potentiellement produite par des cyanobactéries qui prolifèrent dans les plans d’eau : Anabaena , Aphanizomenon ,… Intégrateur du passé : Quelles cyanobactéries/cyanotoxines y avait-il lors des proliférations des années précédentes ? Rôle de « réservoir », lieu de survie des cyanobactéries en conditions défavorables : Quelles cyanobactéries/cyanotoxines sont susceptibles de proliférer l’année suivante ? Développement printanier Prolifération estivale Phase benthique hivernale Ensemencement (printemps) Sédimentation (automne) Cycle de développement des cyanobactéries lacustres

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Sites d’étude et échantillonnage Les Fades Saint Rémy sur Durolle Cournon Ambert Aubusson Lapeyrouse Aydat Villerest Grangent Lavalette Localisation des sites d’étude : Situés en Loire amont (départements 63, 42 et 43) et dans le Loiret Charlemagne Echantillonnage : Pendant la période estivale : Prélèvements en surface de la colonne d’eau En fin d’hiver : Carottes sédimentaires

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Résultats : Détection d’anatoxine-a en surface de la colonne d’eau Saint Rémy sur Durolle Cournon Ambert Aubusson Lapeyrouse Aydat Villerest Grangent Lavalette Détection directe en LC-MS : anatoxine-a détectée dans 2 lacs : Aydat et Villerest non quantifiable absence de détection : la molécule n’est pas présente ou sa concentration est inférieure au seuil de détection Recherche des gènes impliqués dans la biosynthèse de l’anatoxine-a (méthodes moléculaires) : approche complémentaire car méthode très sensible méthode de détection peu sensible travaux en cours, résultats à venir prochainement Y-a-t-il une production d’anatoxine-a lors des proliférations cyanobactériennes ?

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Résultats : Potentiel toxique dans le sédiment des lacs Ambert Aubusson Aydat Lapeyrouse Villerest St Rémy Charlemagne Fades mcyA anaC mcyA anaC mcyA anaC mcyA anaC mcyA anaC mcyA anaC mcyA anaC mcyA anaC + - + + + - + - + - + - + - + - + + + + + + + - + - + - + + + + + + + + + - + - + - + + + + + + + - + - + - + - + - + + + + + - + - - - + - + - Potentiel de production de la microcystine dans tous les lacs et 97% des échantillons Potentiel de production de l’ anatoxine-a dans 4 lacs et 36% des échantillons 0-2 cm 2-4 cm 4-6 cm 6-8 cm 8-10 cm Carottes de sédiment découpées en tranches de 2 cm sur les 10 premiers cm de surface Recherche des gènes de synthèse de la microcystine (mcyA) et de l’anatoxine-a (anaC) Aydat Y-a-t-il des cyanobactéries potentiellement productrices de microcystine et d’anatoxine-a dans le sédiment ?

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Résultats : Potentiel toxique dans le sédiment des lacs 0-2 cm 2-4 cm 4-6 cm 6-8 cm 8-10 cm Ambert Aubusson Aydat Lapeyrouse Villerest St Rémy Charlemagne Fades anaC Ak anaC Ak anaC Ak anaC Ak anaC Ak anaC Ak anaC Ak anaC Ak - 5034 + 81 - 0 - 491 - 0 - 0 - 0 - 338 + 0 + 0 + 100413 - 640 - 0 - 0 + 214 + 0 + 798 + 94573 - 285 - 0 - 0 + 681 + 74 + 837 - 52 - 607 - 0 - 0 - 1464 + 131 + 1644 - 4943 - 233 - 0 - 73 - 2250 Akinètes présents dans tous les lacs (à l’exception de St Rémy) et 61% des échantillons Présence d’ akinètes dans presque tous les échantillons contenant anaC Villerest Lapeyrouse Aydat Y-a-t-il des akinètes (cellules de résistance) dans le sédiment ? Lien entre potentiel toxique et akinètes ? akinète Ak = nombre d’akinètes par gramme de sédiment sec v v

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Résultats : Potentiel toxique dans le sédiment des lacs Arbre phylogénétique des séquences anaC Analyse des séquences ADN du gène anaC Forte diversité du gène anaC Regroupement des séquences de notre étude avec celles des Nostocales (productrices d’akinètes) et Aphanizomenon en particulier Peut-on en savoir plus sur les potentielles productrices d’anatoxine-a dans nos lacs ? Diversité des souches potentiellement productrices d’anatoxine-a La production potentielle d’anatoxine-a pourrait être attribuée à Aphanizomenon ou une cyanobactérie proche.

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Conclusions et perspectives En terme de gestion : nouvelles connaissances = meilleure gestion du risque Dans la colonne d’eau : Anatoxine-a : détectée dans certains lacs concentrations inférieures au seuil de quantification Présence des gènes de microcystine : largement répandue (100% des plans d’eau) Présence des gènes d’anatoxine-a : non négligeable (40% des plans d’eau) serait attribuée aux Nostocales Principaux résultats : Dans le sédiment : L’étude du sédiment permet de connaître le potentiel de production des cyanotoxines avant les proliférations estivales : Risque toxique lié à la microcystine dans tous les plans d’eau : le maintien de la surveillance est recommandé Risque toxique lié à l’ anatoxine-a dans certains plans d’eau : la mise en place d’une nouvelle surveillance est nécessaire Travaux en cours : Identification des espèces potentiellement productrices d’anatoxine-a : permettrait une surveillance particulière lors des proliférations de ces espèces

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Remerciements Delphine Latour , porteur du projet PROFECY, Maître de Conférence, Université Blaise Pascal Jonathan Colombet , Ingénieur d’étude, Université Blaise Pascal Fanny Perrière , Ingénieur d’étude, Université Blaise Pascal Florence Donnadieu , Technicienne, Université Blaise Pascal Kristell Crenn , Laura Sheehy & Pierre Sabatier , stagiaires Les acteurs du projet PROFECY Les FINANCEURS ET LES Partenaires scientifiques et techniques Les Gestionnaires Bertrand Bonnard Ville de Saint-Etienne Gilles Pétel Syndicat Mixte des Vallées de la Veyre et de l’Auzon

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Syndicat Mixte des Vallées de la Veyre et de l’Auzon : Gestionnaire des milieux aquatiques, dont le Lac d’Aydat. Plus grand lac naturel d’Auvergne (65 hectares), représentant un site touristique local, régional et national, alimenté par la Veyre.

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Centre nautique du lac d’Aydat : Un investissement coûteux de la Communauté de communes des Cheires, avec des enjeux environnementaux, mais aussi économiques, en partie sous la dépendance de la qualité des eaux de baignade et de nautisme.

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Phénomènes d’eutrophisation du lac : Un coup porté à la qualité des eaux, mettant en péril la pérennité environnementale et économique du site ! Apports importants de phosphore et d’azote provenant des activités humaines.

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Encore récemment, les collectivités ont du faire face à une dégradation de la qualité des eaux de baignade et de loisirs, nécessitant une limitation ou un arrêt des activités de loisirs. La cause : une prolifération de cyanobactéries ! En tant que gestionnaire, nous nous sommes attaché L’expertise du LMGE dans le domaine pour envisager Une solution réaliste au problème.

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La solution envisagée : la restauration d’une ancienne zone humide, en amont du lac, permettant de filtrer les eaux de la Veyre et réduire ainsi les apports excessifs en phosphore et en azote dans les eaux du lac. Le projet a été conçu et réalisé en concertation avec les laboratoires universitaires, dont le LGME. Participation active au comité de pilotage du projet.

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Le résultat in situ !

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La réhabilitation de la zone humide est un des maillons de la stratégie visant à réduire les apports organiques dans les eaux du lacs. On notera comme autres composantes : - le reméandrage de tronçons de rivière ; - l’incitation des agriculteurs à réduire l’utilisation des fertilisants (MAET)

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