-
IUP Génie de l'Environnement Institut de Recherche pour le
Développement Institut Universitaire Professionnalisé 956,avenue
Agostino Neto
UFR STEP (Sciences de la Terre, de l’Environnement et des
planètes) 01 BP 182 OUAGADOUGOU 01 Université Paris 7 - Denis
Diderot Burkina Faso
STAGE PROFESSIONNEL
UE39U8SPR3-Licence Génie de l’Environnement (2005-2006)
Suivi au Phyto-PAM d’expériences mixtes d’enrichissements et
d’opacifications des communautés phytoplanctoniques
du réservoir de Loumbila (Burkina Faso)
Réservoir de Loumbila (Burkina Faso) en pleine eau
Rapport soutenu le Vendredi 22 Septembre 2006
par
Marjolaine WOCH
Tuteur de stage Maître de stage M. G. Sarazin M. P. Cecchi
LGE IRD (Laboratoire Géochimie des Eaux) (Institut de Recherche
pour le Développement) Université Paris7 UR 167 CyRoCo
Paris (France) Ouagadougou (Burkina Faso)
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I REMERCIEMENTS
REMERCIEMENTS
Je remercie M. GUENGUANT, Directeur et Représentant de
l’Institut de Recherche pour le Développement de Ouagadougou au
Burkina Faso, d'avoir favorisé mon accueil au sein de cette
structure.
J’exprime mes sincères remerciements à M. Philippe CECCHI,
chercheur responsable de
l’Unité de Recherche 167 "CyRoCo", Cyanobactéries Rôles et
Contrôles de l’IRD à Ouagadougou, et maître de stage, de m’avoir
permis d’effectuer mon stage au sein de son équipe et de son
laboratoire et de m’avoir suivie tout au long de ma mission, en
m’apportant de nombreux conseils et réponses à mes questions.
Je remercie M. Gérard SARAZIN, tuteur de stage, de m’avoir
offert l'opportunité d’effectuer
ce stage au Burkina Faso et d’avoir suivi mon travail et apporté
les conseils utiles à mon rapport. Je tiens à remercier
particulièrement toute l’équipe du laboratoire "CyRoCo" à
Ouagadougou
que j’ai intégrée pendant ces 4 mois, et en particulier M.
Nicolas AUGIS, Volontaire International, qui m'a initiée à la
manipulation du Phyto-PAM, a participé à mes travaux de terrain et
de laboratoire, et m’a guidée tout au long de ce stage.
Je n’oublie pas de remercier M.Rigobert BANHORO, technicien de
laboratoire, pour m’avoir fait partager toutes ses connaissances de
techniques de laboratoires, mais également découvrir sa
culture.
Enfin j’adresse un grand merci aux personnels du laboratoire de
pédologie, MM. Sibiry,
Prosper et Barry, pour leur humour et leur bonne humeur qui
m’auront permis de me sentir à l’aise et d’instaurer une ambiance
de travail très agréable au cours de ce stage.
J’adresse également un grand merci à toute l’équipe des
stagiaires de l’IRD pour leur soutien,
leur écoute et leur aide. Enfin, mes remerciements les plus
sincères s’adressent à tous ceux qui de près ou de loin ont
participé à ce stage, et ont fait de ce voyage une aventure
humaine.
-
II SOMMAIRE
SOMMAIRE
REMERCIEMENTS
....................................................................................................................................I
SOMMAIRE................................................................................................................................................
II
RESUME
....................................................................................................................................................
IV
ABSTRACT................................................................................................................................................
IV
LISTE DES
TABLEAUX...........................................................................................................................
V
LISTE DES FIGURES
..............................................................................................................................
V
INTRODUCTION........................................................................................................................................
1
PRESENTATION DE L’IRD
.....................................................................................................................
2
I. L’IRD au Burkina Faso
.......................................................................................................................
2
II. L’UR 167 « CyRoCo »
........................................................................................................................
3
1ère PARTIE : PRESENTATION DE L’ETUDE :
...................................................................................
5
I. Le
contexte....................................................................................................................................
5
II. Objectifs de l’étude
......................................................................................................................
6
III. Description du site étudié
:..........................................................................................................
7
2ème PARTIE : MATERIELS ET METHODES
.......................................................................................
8
I. MATERIEL : Utilisation du
Phyto-PAM..................................................................................
8 1) Présentation de l’appareil et différents
composants.......................................................................
8
II. METHODES D’ECHANTILLONAGES ET D’ANALYSES
.......................................................... 10 1) In
Situ
...........................................................................................................................................
10 2) Au laboratoire
..............................................................................................................................
11
3ème PARTIE :
RESULTATS....................................................................................................................
14
I. Contexte
hydrologique...............................................................................................................
14 1) Contexte hydroclimatique (Température /
Précipitations)...........................................................
14
a) Tarissement et remplissage du réservoir de Loumbila
............................................................ 14 b)
Précipitations............................................................................................................................
14
2) Stabilité de la colonne d’eau (O2/T°)
..........................................................................................
15
II. Description de
l'écosystème.......................................................................................................
17 1) Détermination de la couche de mélange
......................................................................................
17 2) Détermination de la zone euphotique
..........................................................................................
19 3) pH et conductivité
........................................................................................................................
20 4) Evolution des concentrations en Sels nutritifs
.............................................................................
21 5) Evolution de la biomasse phytoplanctonique au cours du temps
................................................ 22
III. Résultats des expériences croisées d’enrichissements et
d’opacification.............................. 24 1) Objectif et
principe
......................................................................................................................
24
-
II SOMMAIRE
2) Mode opératoire
...........................................................................................................................
25 3) Résultats de Laboratoire
..............................................................................................................
26
a) Matières en suspension (MES), organique et inorganique
......................................................... 26 b)
Sels
nutritifs.................................................................................................................................
27
4) Paramètres
photosynthétiques......................................................................................................
29 a) Fluorescence Y et Al+Y selon traitement /lumière
.....................................................................
29 b) Caractérisation de la biomasse en présence en fonction du
temps et des traitements sels
nutritifs/lumière................................................................................................................................
31
5) Analyse
statistiques......................................................................................................................
33
IV. Commentaires et
discussion.....................................................................................................
34
CONCLUSION
..........................................................................................................................................
35
BIBLIOGRAPHIE :
..................................................................................................................................
36
GLOSSAIRE
:............................................................................................................................................
38
ANNEXES : Caractéristiques des
Cyanobactéries.................................................................................
39
I. Caractéristiques morphologiques :
..........................................................................................
39
II. Ecologie
.......................................................................................................................................
40 a) Eutrophisation et
efflorescence....................................................................................................
40 b) Mode de
vie..................................................................................................................................
40 c) Toxicité et danger pour l’équilibre de l’écosystème et la
santé humaine et animale : ................ 40 d) Modes de
traitements possibles
?.................................................................................................
41
-
IV RESUME
RESUME Du 17 mai au 26 juillet 2006, un contrôle de divers
paramètres physico-chimiques (pH, conductivité, teneur en oxygène,
profondeur de la zone euphotique, teneur en sels nutritifs…) a été
réalisé sur le réservoir de Loumbila, situé à 15km à l’est de
Ouagadougou (Burkina Faso), qui alimente cette capitale en eau
potable. Les objectifs sont : (i) de suivre l’évolution des
communautés phytoplanctoniques, (ii) d’observer une éventuelle
dérive vers une dominance des cyanobactéries et (iii) d’étudier les
facteurs environnementaux associés à une possible prolifération
bactérienne (dont l’impact des modifications engendrées par
l’arrivée de la saison des pluies). Ce suivi limnologique est
complété par l’observation des paramètres photosynthétiques
(fluorescence, teneur en chlorophylle) des échantillons collectés
dans la retenue de Loumbila et par une expérience croisée
d’enrichissements et d’opacification, visant à mimer l’impact de
l’arrivée des premières pluies, à l’aide d’un Phyto-PAM. Cet
appareil est capable de mesurer les émissions de fluorescence de la
biomasse. Bien que les conditions soient favorables (fortes
températures, entre 27,2 et 30,5°C, teneurs en sels nutritifs
élevées, et augmentation de la turbidité dans la colonne d’eau),
une prolifération marquée de cyanobactéries à caractères toxique
n’a pu être identifiée. Toutefois, l’expérience de mise en culture
en conditions contrôlées laisse supposer que l’opacification du
milieu (diminution de la lumière disponible) et l’augmentation en
sels nutritifs jouent un rôle important sur la croissance du
phytoplancton. MOTS CLES : Phytoplancton, sels nutritifs, lumière,
Phyto-PAM, Loumbila, Burkina Faso
ABSTRACT From May 17 to July 26, 2006, a control of various
physicochemical parameters (pH, conductivity, oxygen content, depth
of the euphotic zone, nutrients content …) was realized on the tank
of Loumbila, located at 15km, east of Ouagadougou (Burkina Faso).
This water tank supplies the capital in drinking water. The aims
are: (I) to follow the evolution of the phytoplanctonic
communities(II), to observe a possible drift towards a predominance
of cyanobacteria and (III) to study the environmental factors
associated with a possible cyanobacterial bloom (included the
impact of the modifications generated by the arrival of the rain
season). This follow-up limnologic is completed with the
observation of the photosynthetic parameters (fluorescence, content
chlorophyll) of the samples collected in Loumbila and with a cross
experiment of enrichments and light changes, which aim at miming
the impact of the first rains arrival, using a Phyto-PAM. This
instrument is able to measure the biomass fluorescence’s emission.
Although the conditions are propitious (strong temperatures,
between 27,2 and 30,5°C, high nutrients contents, and increase in
the turbidity of the water column) , a marked toxic bloom of
cyanobacteria could not be identified. However, the experiment of
setting in culture in controlled conditions lets suppose that the
light decrease in the water column and the nutrients increase, take
an important part in the growth of the phytoplankton.
- KEYWORDS Phytoplankton, nutrients, light, Phyto PAM, Loumbila,
Burkina Faso
-
V LISTE DES TABLEAUX ET FIGURES
LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Répartition des différentes UR et
US de l’IRD et intervention au Burkina Faso en
2005. p.3
Tableau 2 : Epaisseur de la couche de mélange p.18Tableau 3 :
Profondeur de la zone euphotique en cm et pourcentage d’éclairement
p.19Tableau 4 : Evolution du pH et de la conductivité équivalente à
25°C mesurés en laboratoire
pour des prélèvements sur toute la colonne d’eau p.20
Tableau 5 : Concentration en µmol.L-1 en NH4, PO4 et rapport N/P
(arrondis à l’unité) mesurés au spectrophotomètre aux différentes
dates
p.22
Tableau 6 : Plan d’échantillonnage p.25Tableau 7 :
Evolution de la teneur en MES, POM et PIM en mg/L pour 100% de
lumière incidente (29 juin) et 15% (4 juillet) entre la date To et
Tf
p.26
Tableau 8 :
Concentration en MES (mg/l) et part des POM et PIM dans la
teneur totale en MES pour les échantillons ayant reçu 15% de
lumière à la date Tf
p.27
Tableau 9 : Calcul de la concentration et de la consommation
quotidienne en phosphore (µmol.L-1) p.27Tableau 10 : Calcul de la
concentration et de la consommation quotidienne en azote (µmol.L-1)
p.28Tableau 11 : Dispositif de l’ANOVA à 3 facteurs en
randomisation avec ou sans répétition p.33Tableau 12 Résultats
issus de l’analyse de variance sur Stat Box p.34
LISTE DES FIGURES Figure 1 : Détails des thématiques étudiées au
sein de l’UR CyRoCo p.4 Figure 2 : Paramètres de la fluorescence
obtenus par la méthode des flashes de saturation p.10Figure 3 :
Evolution de la côte du réservoir de Loumbila p.14Figure 4 :
Précipitation en mm par jour de pluie et cumul sur l’année
p.15Figure 5 : Cumul des précipitations par mois pour la période
d’études p.15Figure 6 : Stratification du réservoir de Loumbila par
l’observation des températures de surface
et de fond. p.16
Figure 7 : Pourcentage de stratification ou d’homogénéité du
réservoir dans le temps p.17Figure 8 :
Profils de température (°C) et du pourcentage en oxygène dissous
dans la colonne d’eau obtenus par la sonde ME lors des prospections
du 17 mai au 25 juillet
p.18
Figure 9 : Log (Ik/Io) = -K.z par mois d’études. p.19Figure 10 :
Relation entre la teneur en MES et le pourcentage éclairé de la
colonne d’eau p.20Figure 11 : Evolution du pH en fonction du temps
à différentes profondeur de la colonne d’eau. p.21Figure 12 :
Evolution des concentrations en phosphates, en ammonium et du
rapport NH4/PO4
dans le temps p.22
Figure 13 : Evolution des différentes classes de tailles de la
biomasse chlorophyllienne p.23Figure 14 : Evolution de la teneur en
chlorophylle a, b et c en µg/l du 1 mai au 6 juillet p.24Figure 15
: Evolution du rendement de fluorescence Y et Al +Y observé chez
les témoins selon
l’éclairement imposé p.29
Figure 16 : Evolution de l’écart du rendement de fluorescence Y
par rapport au témoin pour les 3 types d’algues et avec 2
éclairements différents
p.31
Figure 17 : Evolution de la teneur en chlorophylle (µg/L) pour
les 3 types d’algues selon traitements différents: Témoin et
N+P
p.32
Figure 18 : Vue microscopique de deux cellules particulières
p.39Figure 19 : Différents aspects d’un bloom de cyanobactéries
p.40
-
1 INTRODUCTION
INTRODUCTION Partout où la population s’accroît, la ressource en
eau disponible diminue. A l’échelle de la planète, sous l’effet de
la croissance démographique mondiale, on estime à 74% la diminution
de la quantité d’eau disponible par personne entre 1950 et 2050
(P.Cecchi, 2003 :
http://www.ird.bf/activites/Les%20lacs%20de%20Ouaga.pdf). Sur le
continent africain, plus de 400 millions de personnes, soit presque
la moitié de la population africaine, ne disposent pas d’un accès
correct à une ressource en eau saine et en quantité suffisante. Au
Burkina Faso, d’ici à 2025, le ratio rapportant la ressource en eau
globale, disponible à l’échelle d'un pays, à sa population, devrait
passer en dessous de la valeur critique, seuil de rareté, estimée à
1000m3/an/hab. Dans le contexte d'une raréfaction globale de la
ressource et de demandes sans cesse croissantes, d'importantes
questions relatives à la durabilité de ces ressources, en quantité
comme en qualité, se posent. Pollutions domestiques et agricoles et
eutrophisation sont ainsi deux des menaces les plus sérieuses
identifiées pour ce pays (GIRE, 2001)1 L’eutrophisation se
manifeste entre autres par la prolifération de microalgues pouvant
être préoccupantes pour la santé des consommateurs et celle de
l’écosystème tout entier. Certaines cyanobactéries (Microcystis,
Anabaena, Oscillatoria, Aphanizomenon, Planktothrix,
Cylindrospermopsis…) peuvent notamment libérer dans le milieu
aquatique, lors de la sénescence des populations, ou dans le
système de traitements de l'eau (lyses des cellules lors de la
floculation, par ex.), différents types de toxines (hépatotoxines,
dermatotoxines, neurotoxines) pouvant entraîner de sévères
maladies, voire provoquer la mort. Ces cyanobactéries se
développent rapidement dans des environnements qui leur sont
favorables, ce qui aboutit généralement à des proliférations ou
efflorescences, ou plus communément des "blooms" ou fleurs d’eau.
Ces proliférations correspondent toujours à des situations durant
lesquelles les cyanobactéries ont profité d'avantages sélectifs
forts pour dominer, éventuellement durablement, les communautés
phytoplanctoniques. L'augmentation à l'échelle internationale du
nombre de ces épisodes, le constat que de plus en plus d'espèces
sont potentiellement concernées et que de plus en plus de toxines
sont identifiées et décrites a généré une vaste prise de conscience
et suscité de nombreuses études. Ces phénomènes demeurent toutefois
peu étudiés et mal compris dans les pays du Sud, ce qui justifie
l'intérêt de l'IRD et des pays hôtes pour l'étude de cette
problématique. Le déterminisme d'occurrence des blooms à
cyanobactéries est ainsi au cœur des études entreprises par l’UR
167 "CyRoCo" au Burkina Faso. Leur prolifération est souvent
favorisée par une bonne oxygénation de la colonne d’eau, une
luminosité suffisante, des températures élevées (25 à 30°C) et des
apports importants en éléments nutritifs (azote, phosphore,
oligo-éléments…). L'intervention de facteurs anthropiques non
régulés et le plus souvent difficilement perceptibles est également
soulignée, notamment au travers des activités domestiques et
agricoles qui se développent dans les lacs, à leur périphérie ou
sur leurs bassins versants. C'est dans le but de mieux comprendre
les processus impliqués dans le développement des cyanobactéries,
qui participent potentiellement à la péjoration de la qualité de
l’eau d'alimentation de la ville de Ouagadougou, que l’UR 167 de
l’IRD réalise des suivis bihebdomadaires des différents barrages et
réservoirs alimentant la capitale en eau potable, et met en œuvre
des opérations spécifiques sur certains d'entre eux (comme
Loumbila) lors des périodes critiques. L’objectif de ce rapport est
de dresser le bilan de la campagne de terrain réalisée sur le
réservoir de Loumbila, l’une des sources d’alimentation en eau
potable de la capitale, entre la fin de la saison sèche et le début
de l’hivernage (avril-août 2006). L’hivernage correspond au Burkina
à la saison des pluies, suivie de la phase de transition entre
pluies et saison sèche, soit de mai à octobre.
1. 11 GIRE, 2001. Etat des lieux des ressources en eau du
Burkina Faso et de leur cadre de gestion. Ministère de
l'Environnement et de l'Eau, Gestion Intégrée des Ressources en Eau
& Danida, 243 p.
-
PRESENTATION DE L’IRD 2
Le principe de cette étude repose : (i) sur des approches in
situ de caractérisation de la variabilité spatio-temporelle des
conditions de milieux et des communautés phytoplanctoniques du
réservoir et (ii) sur des expérimentations conduites en conditions
contrôlées et destinées à tester la sensibilité de ces communautés
à différentes formes de manipulations simultanément stimulantes
(apport de sels nutritifs : azote, phosphore, azote + phosphore) et
inhibantes (limitation lumineuse par diminution de l'éclairement
incident). Les informations fournies par un Phyto-PAM (évolution
des biomasses, variations du rendement de la fluorescence, de la
capacité photosynthétique et de la teneur en chlorophylle des
différents types d’algues en présence) seront utilisées pour
estimer l'effet des manipulations réalisées. Les objectifs de nos
travaux visent, in fine à : (i) suivre in situ l’évolution des
communautés phytoplanctoniques, et (ii) observer une éventuelle
dérive vers une dominance des cyanobactéries lors des
expérimentations, pour (iii) émettre des hypothèses liant
fluctuations des conditions de milieu (enrichissement,
opacification) et probabilité d'occurrence des cyanobactéries.
PRESENTATION DE L’IRD Créé en 1944 sous le nom d’ORSTOM,
l’Institut de Recherche pour le Développement (IRD) acquiert cette
appellation en 1999. Il s’agit d’un établissement public à
caractère scientifique et technologique (EPST) placé sous la double
tutelle des ministères chargés de la Recherche et de la
Coopération. L’Institut, dont le siège est basé à Paris, conduit
des programmes scientifiques basés sur les relations entre l’Homme
et son environnement dans les pays du Sud, et ce dans l’objectif de
contribuer à leur développement. Ainsi l’IRD, possède 5 centres en
France et 5 centres dans les DOM-TOM (Martinique, Guyane, Polynésie
française, Nouvelle-Calédonie et la Réunion). De plus, il est
présent dans 26 pays étrangers : en Afrique, Asie, Amérique Latine,
dans l’Océan Indien et dans l’Océan Pacifique. L’IRD remplit quatre
missions fondamentales de : Recherche, Expertise et Valorisation,
Soutien et Formation, Information Scientifique. Il est structuré en
plusieurs départements et son architecture reposait en 2005 sur 79
Unités de Recherches (UR) et de Services (US), dont 23 sont
intervenues au Burkina Faso. Les travaux des chercheurs de l’IRD
sont coordonnés au sein de trois départements scientifiques
principaux : Milieux et Environnement (DME), Ressources Vivantes
(DRV), Société et Santé (DSS), dont les recherches s’articulent
autour de six grandes thématiques pluridisciplinaires :
Aléas environnementaux et sécurité des populations du Sud (8)
Gestion durable des écosystèmes du Sud (19) Ressources et usages
des eaux continentales et côtières du Sud (23) La sécurité
alimentaire dans le Sud (11) La santé au Sud : épidémies, maladies
endémiques ou émergentes, systèmes de santé (13) Enjeux
économiques, sociaux, identitaires, et dynamiques spatiales au Sud
(19)
I. L’IRD au Burkina Faso
L'arrivée de l'IRD au BURKINA FASO s'est déroulée en plusieurs
étapes. Dès 1947, une équipe de chercheurs en entomologie,
épidémiologie et parasitologie fut installée au centre MURAZ à
Bobo-Dioulasso. En 1955, Noël LENEUF, Chercheur du centre ORSTOM de
Dakar réalise la première étude sur les possibilités de
développement cotonnier en HAUTE VOLTA. En 1958, une mission
hydrologique permanente est créée à Ouagadougou. Avant cette date
et jusqu'au milieu des années 1960, des chercheurs IRD basés
ailleurs venaient réaliser de grands inventaires (monographies,
cartes de reconnaissance, réseaux de mesures climatiques et
hydrologiques). En 1962, des chercheurs en sciences sociales furent
affectés à l’IFAN (Institut Français d' Afrique Noire). Le Centre
ORSTOM
-
PRESENTATION DE L’IRD 3
devenu IRD de Ouagadougou a été créé en 1968. En plus de ce
centre, l 'IRD possède au Burkina Faso une Mission à
Bobo–Dioulasso. Les activités de recherche actuellement développées
au Burkina Faso concernent principalement divers domaines relatifs
à l’environnement, à l’agronomie, à la santé et à l’éducation. Des
23 unités de recherche, unités de services ou unités mixtes qui
sont intervenues au Burkina Faso en 2005 : 11 ont des chercheurs
affectés au centre de Ouagadougou ou à l’antenne de Bobo-Dioulasso,
tandis que 12 interviennent sous forme de mission courte ou de
longue durée.
Tableau 1 : Répartition des différentes UR et US de l’IRD et
intervention au Burkina Faso en 2005
II. L’UR 167 « CyRoCo » L’Unité de Recherche (UR) qui m’a
accueillie pendant ce stage est l’UR 167 de l’IRD, appelée CyRoCo
pour Cyanobactéries des milieux aquatiques : Rôles et Contrôles
(cf. http://www.com.univ-mrs.fr/IRD/cyroco/). Cette UR a été créé
au premier janvier 2005, pour une durée de 4 ans. Elle réunit des
chercheurs et techniciens qui œuvraient précédemment au sein des UR
098 (Flag) et 099 (Cyano) de l'IRD, la première étant plutôt
concernée par les efflorescences algales en milieux continentaux
tropicaux (lacs, réservoirs, estuaires) et la seconde plutôt
dévolue à l'étude des communautés cyanobactériennes de milieux
marins côtiers tropicaux (lagons). L’objectif de cette nouvelle
unité de recherche est d’étudier l’importance métabolique des
cyanobactéries au sein d'écosystèmes contrastés, afin de déterminer
les facteurs à l’origine de leurs éventuelles proliférations et
ceux qui les contrôlent. Les proliférations cyanobactériennes
peuvent avoir des rôles et impacts extrêmement contrastés. En
milieu continental lacustre, un bloom à cyanobactéries sera souvent
perçu comme un indicateur de l'altération du métabolisme des
écosystèmes aquatiques, aux conséquences écologiques, économiques
voire sanitaires potentiellement graves. En milieu lagunaire ou
proche côtier, de tels événements seront inversement perçus comme
étant des moteurs de la production primaire, qui s'appuient en
particulier sur la capacité de certaines espèces de cyanobactéries
(e;g; Trichodesmium) à fixer l'azote atmosphérique. Les principales
missions de l’UR 167 s’effectuent sur des lacs, réservoirs et
estuaires de l'Afrique de l'Ouest et sur des lagunes et lagons
coralliens de l'Océan Indien. Combinant approches in situ et
expérimentales, les études portent sur la biologie des principales
espèces phytoplanctoniques et la régulation de leurs populations.
Afin de mieux comprendre les raisons du succès écologique des
cyanobactéries, et de préciser leur rôle dans les écosystèmes
aquatiques continentaux et littoraux en zone tropicale, trois
thématiques, correspondant à trois équipes, ont été définies :
• Diversité et physiologie : S’attache aux caractéristiques
spécifiques des cyanobactéries, qui leur permettent de s’adapter à
une large gamme de conditions ambiantes, aux brusques variations
environnementales, aux stress et aux xénobiotiques.
• Apports nutritifs : Axé principalement sur les liens existants
entre les ressources nutritives
disponibles (nutriments, oligoéléments) et les compétitions
entre cyanobactéries et réseau microbien. Un attachement
particulier est fait à l’hydrodynamisme et à l’observation du
développement des microorganismes en fonction de la morphologie des
sites, de la courantologie locale et des facteurs météorologiques
forçant.
Départements nombre d'UR/US Milieux et Environnement Ressources
Vivantes Société et Santé TOTAL
dans le monde 23 27 29 79 Burkina Faso: permanentes 1 4 6 11
Burkina Faso: missions 2 0 11 13
-
PRESENTATION DE L’IRD 4
• Transferts trophiques : Ici on s’intéresse particulièrement à
la structure et au fonctionnement
des réseaux trophiques : qualité et devenir de la matière
organique pélagique, réponses adaptatives au niveau du réseau
microbien, rôle fonctionnel du zooplancton, de l'ichtyoplancton,
effet des toxines sur les organismes supérieures, importance de la
consommation des cyanobactéries par le benthos.
Figure 1 : Détails des thématiques étudiées au sein de l’UR
CyRoCo Source :
http://www.com.univ-mrs.fr/IRD/cyroco/recherche/
L'UR 167 a noué un faisceau de collaborations étroites avec
plusieurs organismes français (MNHN, INRA, CNRS à Montpellier et
Marseille, ENS Paris, Universités Paris 7, Aix Marseille I et II,
Université de la Réunion) tandis que les activités menées dans les
pays du Sud s'appuient toujours sur un réseau partenarial plus ou
moins étoffé. Au Burkina Faso, la Direction de l'Eau (DGRE,
Direction Générale des Ressources en Eau) parraine ainsi les
activités de l'UR CyRoCo. L’UR a ouvert un chantier au Burkina Faso
en 2003 et installé son laboratoire et ses bureaux sur le centre
IRD de Ouagadougou pour y travailler sur la thématique générale «
Cyanobactéries et ressources en eau au Burkina Faso » (cf
http://www.ird.bf/activites/flag.htm). L’unité est dirigée par
Robert ARFI à partir du centre de Dakar (Sénégal) ; elle est animée
au Burkina Faso par Philippe CECCHI, mon maître de stage.
L'intervention de l'UR dans le « Small Reservoirs Project » du
Challenge Program on Water and Food correspond à une part
importante des activités qui sont conduites au Burkina Faso.
Focalisés sur le Nakambé (ex Volta Blanche), ces travaux visent à
étudier l'impact de la densification des Petits Barrages sur les
biens et services que ces infrastructures génèrent. L'augmentation
du nombre et localement de la densité des réservoirs est en effet
étroitement liée à la densification des populations et l'hypothèse
est formulée que ces densifications (populations comme réservoirs)
ne sont pas sans impact sur le métabolisme des écosystèmes. Les
épisodes éventuels de prolifération cyanobactériennes sont dans ce
contexte considérés comme des indicateurs de dérégulation. Ces
travaux sont par ailleurs complétés par des études consacrées aux
réservoirs dévolus à l'alimentation en eau de la population de la
capitale. Si les recherches réalisées sous l'égide du Small
Reservoirs Project du Challenge Program ciblent explicitement des
écosystèmes aquatiques situés surtout en zone rurale, l'étude des
lacs d'alimentation de la ville permet de compléter cette approche
par l'étude d'une situation urbaine (lacs de Ouagadougou) et d'une
situation périurbaine (réservoir de Loumbila), qui va nous
concerner spécifiquement.
-
1ère partie : Présentation de l’étude I. Le Contexte
5
1ère PARTIE : PRESENTATION DE L’ETUDE :
I. Le contexte La présente étude s’inscrit dans la suite du
programme lancée depuis 2003 « Déterminisme et conséquences des
efflorescences algales » de l’UR CyRoCO de Ouagadougou. Ce
programme vise à identifier les formes d’anthropisation
susceptibles d’influer sur le déterminisme des efflorescences
(quels facteurs ?), et à évaluer leur mode d’actions sur les
communautés planctoniques (quels effets et quelles conséquences ?)
à partir de l'étude d'un ensemble de réservoirs contrastés du
Burkina Faso. L’étude réalisée porte ainsi sur le déterminisme
comportemental des espèces phytoplanctoniques du réservoir de
Loumbila consécutivement à l’arrivée des premières ondes de crue
lors de la saison des pluies de 2006. La ville de Ouagadougou
(Burkina Faso) est peuplée par plus de 1,2 million d’habitants. Les
besoins en eau de la capitale, située dans une zone tropicale Nord
au climat soudano-sahélien, sont considérables. Pour cela, la ville
est alimentée par 3 barrages urbains (Ouaga 1,2,3) d'une capacité
de l'ordre de 6,87 Mm3 (barrages 2+3), par le réservoir de
Loumbila, situé à 15km au Nord Est de la capitale et dont la
capacité vient récemment d'être portée à 42,2 Mm3 et par le grand
et récent réservoir de Ziga, d'une capacité de 200 Mm3, mis en eau
en juillet 2000, situé à une trentaine de km à l'Est de Ouagadougou
et dont le raccordement au réseau d'adduction de la capitale est en
cours. Ces capacités de stockage sont suffisantes afin d’assurer
une ressource quantitativement sécurisée, ce qui permet maintenant
de s'attacher à la question de l'état de santé des écosystèmes
lacustres concernés et de la qualité des eaux qui y sont stockées.
Les besoins annuels en eau du Burkina Faso sont évalués à 2,5
milliards de m3, y compris l’eau turbinée pour l’hydroélectricité
qui représente 83% de ces besoins. L’irrigation correspond à une
part importante (10%) tandis que l’alimentation en eau des
populations et du cheptel ne représente que moins de 7% des besoins
globaux (Cecchi et al., 2005). Si de très importants efforts
d’aménagements ont été réalisés afin de subvenir à la demande
croissante en eau de la ville, le problème aujourd'hui relève du
contrôle de la qualité de l’eau distribuée. Les lacs et réservoirs
du Burkina Faso connaissent, comme dans le monde entier, des
problèmes liés à l’eutrophisation. Les cyanobactéries, organismes
photosynthétiques procaryotes, ayant une capacité à coloniser des
substrats infertiles (désert, cendres volcaniques, etc.) et à
survivre malgré des conditions extrêmes (résistance aux variations
importantes de température) colonisent naturellement les
écosystèmes aquatiques, marins et continentaux, et s’adaptent à
tout type de climat. La prolifération excessive des cyanobactéries
constitue l’une des conséquences possibles de l’eutrophisation des
lacs et des cours d’eau du monde entier comme l'illustre par
exemple le cas du lac du Bourget en France (Planktothrix rubescens
; Jacquet et al.2004). Diverses études ont été menées sur le
réservoir de Loumbila depuis 2003 par l’UR. Il s’agit notamment
:
• Des premières études en 2003 avec (1) le DEA de P. Zerbo
focalisé sur la structuration de la communauté phytoplanctonique en
fin de saison sèche, et (2) la description d'un épisode marginal
(dans le temps comme dans l'espace) de prolifération
cyanobactérienne en rive gauche près du déversoir, éliminé par
dilution et entraînement dès le début du déversement du lac (Cecchi
et al., 2005). Attribué à un peuplement composite constitué de deux
Microcystis et d'une
-
1ère partie : Présentation de l’étude II. Objectifs de
l’étude
6
Planktothrix les tests réalisés grâce à des kits ELISA
(Envirologix Inc) ont révélé la toxicité potentielle attachée à ce
phénomène.
• En 2005, année hydrologique largement déficitaire qui s'est
traduite par un sous remplissage du réservoir de Loumbila lors de
la crue de l'hivernage 2004 ; le réservoir a atteint à peine 50% de
sa capacité lors de son remplissage maximal. On pouvait donc
s'attendre à des conditions drastiques en fin de saison sèche 2005
(avant l'arrivée de la crue suivante), conditions supposées a
priori potentiellement favorables au développement des
cyanobactéries observées de façon marginale en 2003. Les conditions
de milieu se sont en réalité avérées être profondément perturbées
par des charges particulaires très importantes (eaux excessivement
turbides, pénétration lumineuse très réduite, etc.) et il n'a pas
été observé de prolifération spectaculaire, ni du reste de
développement particulier du phytoplancton en fin de saison sèche
(Michel A., 2005). Les expérimentations alors réalisées ont montré
que la contrainte première était bien d’ordre lumineux, et que,
placées dans des conditions d'éclairement plus favorables, les
algues révélaient alors tout leur potentiel de croissance. Ces
mêmes expérimentations ont également montré la sensibilité
différentielle des communautés algales aux enrichissements
trophiques (ajouts d'azote et/ou de phosphore dissous). Si les
conditions in situ ne se sont pas prêtées à un développement normal
des communautés phytoplanctoniques, a fortiori à l'expression d'un
bloom cyanobactérien, il apparaissait enfin que le fond de
peuplement était bien présent et que ses capacités de croissance,
inhibées in situ, s'exprimaient d'autant mieux qu'un enrichissement
équilibré et que des conditions d'éclairement plus favorables lui
était proposé.
II. Objectifs de l’étude Pour la saison sèche 2006, le réservoir
de Loumbila s'est trouvé de nouveau dans des conditions
hydrologiques dîtes normales : le remplissage a largement été
assuré en raison d'apports particulièrement importants lors de la
crue précédente (hivernage 2005). Le déversement du lac a été long
et abondant, signant un renouvellement important des masses d'eau
lacustres. Le suivi bi hebdomadaire de routine montre que les eaux
du réservoir sont cette année particulièrement limpides, avec des
biomasses phytoplanctoniques encore faibles en fin de saison sèche
(mai). L'arrivée des premières ondes de crue s’est traduite par
d'importants apports particulaires qui ont opacifié le milieu et
diminué l'épaisseur de la zone euphotique, avec, simultanément
d'importants apports en éléments nutritifs susceptibles
potentiellement de stimuler le développement des communautés
phytoplanctoniques. Le but de notre étude expérimentale a été
d'imposer aux communautés naturelles des conditions
environnementales mimant l'arrivée des ondes de crue et ses
principales conséquences physico-chimiques : opacification et
enrichissement simultanés. Le plan d'expérience visait ainsi à
tester les effets antagonistes de ces apports par la comparaison de
trois types de traitements : opacification sans enrichissements,
enrichissements sans opacification, enrichissements et
opacification. Les enrichissements réalisés ont concerné l'azote et
le phosphore dissous, dans des concentrations et à des
stœchiométries variables. Les expériences sur l’opacification du
milieu des cyanobactéries ont été réalisées par simple atténuation
de la lumière incidente à l’aide d’une maille fine (bas noir). La
mise en œuvre des expérimentations a d’abord été testée et rodée
sur des prélèvements de surface réalisés à proximité de la digue du
réservoir (station site type). Ces premiers essais, ainsi que des
expériences réalisées par ailleurs dans le but de quantifier
l’impact de l’horloge interne des cyanobactéries sur leurs
paramètres photosynthétiques m’auront permis de me familiariser
avec le Phyto-PAM. L’étude s’est ensuite concrétisée par un suivi
hebdomadaire in
-
1ère partie : Présentation de l’étude III. Description du site
étudié
7
situ de la colonne d’eau de Loumbila à une position centrale du
réservoir supposée représentative de l'ensemble du lac, ceci dans
le but d’observer notamment les variations consécutives à l’arrivée
des pluies et de pouvoir quantifier les apports naturels en
éléments nutritifs apportés par les pluies. La partie expérimentale
de l’étude a consisté à tester et observer la dynamique de
croissance de la biomasse lorsque celle-ci est soumise à des
enrichissements et à des limitations lumineuses en conditions
contrôlées. L’analyse des échantillons collectés sur le terrain a
été réalisée à l’aide d'un Phyto-PAM. Cet instrument, acquis par
l’UR en 2005, permet d’évaluer les biomasses chlorophylliennes en
présence et de caractériser leur efficacité et leur capacité
photosynthétique, à partir d'une séquence de mesures de la
fluorescence des peuplements (en situation naturelle comme
expérimentale). L'impact des différents traitements proposés
(enrichissements et/ou atténuation) est appréhendé au travers de
l'évolution des capacités photosynthétiques et biomasses actives
des algues lors d'incubations de 72 à 96 heures. Trois classes de
taille ont été distinguées : < 3 µm, [3 – 10] µm, > 10 µm, et
trois groupes pigmentaires ont été distingués : cyanobactéries,
chlorophycées et groupe mixte dinoflagellés - diatomées.
III. Description du site étudié : Le réservoir de Loumbila
(12°29 N, 01°24 W) a été créé en 1947 par le barrage de la rivière
Massili (affluent du Nakambé) à une quinzaine de kilomètres au Nord
Est de Ouagadougou. Ce réservoir draine un bassin versant de 2120
km2. La capacité du réservoir a été portée en 2004 de 35,98 à 42,2
Mm3 par le rehaussement de 40 cm du seuil de son déversoir.
Jusqu’en 2004, sa superficie en pleine eau était de 16,8 km2, pour
une profondeur moyenne de 2,15 m. Le régime limnologique du
réservoir est contraint d'abord par le volume des écoulements qui
permettent son remplissage. Le début de la montée des eaux
s’effectue généralement durant les derniers jours du moins de juin
et, en conditions climatiques normales, le débordement des eaux par
le déversoir est observé durant plusieurs semaines en juillet et
août. Cette période s’achève en général fin septembre. Néanmoins,
les 42 millions de m3 de la retenue de Loumbila ne sont pas
directement exploitables, en premier lieu en raison de
l'évaporation (comprise entre 1800 et 2200 mm par an) qui
représente une composante importante du budget hydrologique.
L'importance des interactions entre les eaux de surface et les eaux
phréatiques demeure par ailleurs à Loumbila très mal connue et non
quantifiée. La contribution du ressuyage des nappes au bilan
hydrique des réservoirs est toutefois reconnue pour se manifester
durablement après le tarissement des écoulements superficiels
(Gourdin et al., sous presse). De nombreux maraîchers exploitent
les rives du réservoir et la pêche y représente une activité bien
établie. La vocation principale du réservoir demeure cependant
l’approvisionnement en eau de la capitale : les eaux pompées à
Loumbila sont mélangées aux eaux prélevées dans le barrage urbain
n° 3 de Ouagadougou avant de rejoindre la station de Paspanga où
elles sont traitées avant distribution. D'intrigantes questions se
posent aujourd'hui quant à l'éventuelle pollution des eaux de ce
réservoir, notamment par les produits phytosanitaires abondamment
utilisés pour les cultures maraîchères par les paysans riverains.
Le bassin versant de Loumbila est densément peuplé et une grande
fraction de cette population vit et/ou exploite la périphérie
immédiate du réservoir, principalement pour y pratiquer une petite
agriculture irriguée et focalisée sur les productions maraîchères à
destination du marché urbain de la capitale. Ces populations n'ont
le plus souvent aucune autre ressource en eau à disposition, et
utilisent donc quotidiennement l'eau du réservoir pour la
satisfaction de l'ensemble de leurs besoins vitaux.
-
2ème partie : Matériels et méthodes I. Matériels : Utilisation
du Phyto-PAM
8
2ème PARTIE : MATERIELS ET METHODES
I. MATERIEL : Utilisation du Phyto-PAM Le Phyto-PAM (Pulse
Amplitude Modulation) est un fluorimètre sophistiqué acquis par
l’UR en mars 2005. Il a la particularité de pouvoir calculer à
partir d'une série de mesures de la fluorescence des
microorganismes photosynthétiques soumis à une séquence
d'éclairements d'intensités différentes, la part du rendement de la
photosynthèse associée aux processus photochimiques (e.g.
photosynthèse principalement). Le Phyto-PAM permet également de
déterminer la teneur en chlorophylle des échantillons analysés et
de caractériser la biomasse en présence. Il est donc parfaitement
adapté aux recherches qui nous intéressent, puisqu’il s’agit (i) de
déterminer la quantité de biomasse en présence, (ii) de
caractériser et identifier cette biomasse, (iii) d’étudier les
variations des rendements photosynthétiques, et ce dans le but de
suivre l’évolution des communautés phytoplanctoniques du réservoir
de Loumbila, d’observer une éventuelle dérive vers une dominance
des cyanobactéries et dévaluer les risques de toxicités associés.
Le Phyto-PAM ayant fait l’objet du principal appareil utilisé au
cours de ce stage est présenté ici de façon détaillée.
1) Présentation de l’appareil et différents composants Principe
général :
• Le Phyto-PAM utilise des LED (Light Emitting Diodes) afin
d’exciter les pigments chlorophylliens présents dans un
échantillon. Les pigments sont excités par une série de flashs
d’éclairement de 10µs (par défaut) à quatre longueur d’ondes
différentes : 470nm (bleu), 520nm (vert), 645nm (rouge clair),
665nm (rouge intense). Ces flashes sont appliqués alternativement à
très haute fréquence, ce qui permet d'obtenir de façon quasi
instantanée la réponse (fluorescence) spécifique des différents
groupes de pigments présents dans l'échantillon étudié. Les
différentes réponses obtenues sont utilisées pour discriminer au
sein de l'échantillon différents assemblages phytoplanctoniques
possédant des signatures spectrales contrastées (ie. chlorophycées,
cyanobactéries et groupe composite réunissant diatomées et
dinoflagellés). Ainsi, pour les chlorophycées, l'émission de
fluorescence consécutivement à un éclairement dans le bleu et dans
le rouge (470, 645 et 665 nm) est élevée tandis qu'elle est faible
pour des éclairements dans le vert (520 nm). Pour les
cyanobactéries, il n'y a quasiment pas d'excitation dans le bleu
(470 nm), tandis que la fluorescence est particulièrement
importante dans le rouge (645 nm) du fait de la présence de
phycocyanine et d'allophycocyanine. Inversement, pour les diatomées
et dinoflagellés, l'excitation dans le bleu (470 nm) et dans le
vert (520 nm) est relativement importante, du fait des fortes
absorptions de la fucoxanthine, de la chlorophylle c et des
caroténoïdes. Moyennant une calibration rigoureuse, ces propriétés
spécifiques permettent d'établir de façon quantitative les
contributions respectives de chacun des groupes pigmentaires en
présence aux fluorescences mesurées et donc d'en déduire les
propriétés (biomasse comme efficacité photosynthétique) de ces
différents groupes.
• Les échantillons sont préalablement laissés à l'obscurité de
sorte à initier les mesures sur des échantillons en "dormance
photosynthétique" (pas de transport d'électron).
-
2ème partie : Matériels et méthodes I. Matériels : Utilisation
du Phyto-PAM
9
• L’équipement photosynthétique de l’échantillon est ensuite
excité par 3 types de sources
lumineuses : un faible éclairement : MB de 0,15
µmole.photons.m-2.s-1 cette première source
induit une émission de fluorescence sans mise en oeuvre de la
photosynthèse et permet de déterminer le paramètre F0 qui donne une
estimation de la biomasse présente dans l’échantillon.
un flash de lumière saturante (rouge vif, 655 nm) court et
intense : SatPULSE de
8000 à 10.000 µmole.photons.m-2.s-1, de 0,1 à 1s ce flash
aboutit à la fermeture des centres de réactions du PSII ce qui
provoque une augmentation substantielle de la fluorescence émise et
des pertes thermiques, ce qui permet de déterminer le paramètre Fm
correspondant à la fluorescence maximum équivalente à l’activité
photosynthétique. Le rendement maximal de fluorescence du PSII est
défini par :
Yield =Fm
FFmFmFv 0−
= ; ce rendement mesure la fraction maximale de photons
absorbés qui peut être utilisée pour la mise en place des
processus d’échanges chimiques et de transport d’électrons pour des
échantillons préalablement adapté au noir.
Un flash de lumière actinique, (AL) ce flash est utilisé pour
stimuler l’appareillage
photosynthétique et induire la mise en place de la photosynthèse
grâce à un éclairement qui peut dépasser 2000
µmole.photons.m-2.s-1
Le rendement de fluorescence effectif est noté : Al+Y=''
'Fm
fFm
FtFmPSII Δ=−=Φ
Où : Fm’ est équivalent à Fm mais cette fois-ci pour un
échantillon non adapté au noir Ft est équivalent à F0 précédemment
cité, mais pour un échantillon non adapté au noir. Ce rendement va
être maximal pour des organismes en bonne santé soumis à une
adaptation au noir ; il diminue ensuite proportionnellement à la
saturation progressive de la photosynthèse sous l’effet de
l’augmentation de l’éclairement. Les rendements quantiques
effectifs du PSII mesurés sur des échantillons adaptés à la lumière
vont être plus faibles que ceux mesurés sur un échantillon adapté
au noir, en raison de l’impact du « quenching » non photochimique
(part de la dissipation de l’énergie sous forme de chaleur).
• Une autre capacité de l’appareil est de pouvoir représenter
les relations classiques de
Production/Eclairement qui sont alors associées au taux relatif
de transport d’électrons, noté rETR, en fonction de l’intensité de
l’éclairement (noté E ou I). Le transport d’électron s’effectue au
cours de différents processus chimiques comme la production
d’oxygène ou la consommation de CO2, qui sont intimement liés à
l’activité photosynthétique. La représentation de la courbe ETRmax
= f (Eclairement) permet de caractériser différents paramètres
important dans l’évaluation de la photosynthèse de l’échantillon
analysé et notamment les paramètres photosynthétiques suivant :
-
2ème partie : Matériels et méthodes II. Méthodes
d’échantillonnages et d’analyses
10
rETRmax équivalent à Pmax, c'est-à-dire la production maximale
d’une courbe classique, qui caractérise ici le taux maximal de
transport d’électron en fonction de l’éclairement ;
α qui représente l’efficacité photosynthétique, et qui est
équivalente à la pente à l’origine de la courbe de production
classique ;
Ik, ou Ek, qui correspond à l’éclairement de saturation,
c'est-à-dire l’éclairement minimal à partir duquel le rendement de
la photosynthèse n’augmente plus avec l’éclairement.
Tous ces paramètres sont identifiés au moment du tracé de la
courbe appelé « Light Curve » qui va être présentée par la suite.
Il s’agit d’une courbe réalisée en mesurant le taux de transport
d’électrons en fonction de l’application d’une lumière incidente
croissante en intensité (de 1 à 2064 PAR).
• Une des dernières applications du Phyto-PAM est sa capacité à
pouvoir calculer la teneur en chlorophylle de l’échantillon et sa
teneur en chlorophylle dite active.
Figure 2. Paramètres de la fluorescence obtenus par la méthode
des flashes de saturation (Saturation Pulse) ; d'après Varotto
(2002).
II. METHODES D’ECHANTILLONAGES ET D’ANALYSES 1) In Situ
Dix campagnes de terrain ont été réalisées, chaque mercredi, du
17 mai au 26 juillet 2006. Elles ont consisté à effectuer un suivi
limnologique du réservoir de Loumbila, en un point repéré par sa
position GPS, incluant l’observation et la mesure de plusieurs
paramètres :
Mesure de la profondeur (échosondeur Plastimo) ; Profil vertical
de température et d'oxygène dissous à l'aide d'une sonde YSI ;
Profil vertical de la teneur en oxygène, de la fluorescence in vivo
et de la
conductivité à l’aide d’une sonde Multiparamètre (ME) ; Profil
de l’atténuation lumineuse (LICOR) sur la colonne d’eau afin de
déterminer la zone euphotique ; Collecte de Phytoplancton (en
surface) par tamisage de gros volumes (50 l) à
l'aide d'un filet de 20µm de vide de maille pour observation
microscopique ultérieure des communautés en présence (échantillons
frais puis formolés) ;
Pour des organismes ayant subi une adaptation à l'obscurité
:
Pour des échantillons adaptés à la lumière :
- Fm, fluorescence maximale,
- Fm‘, fluorescence maximale,
- Fo, fluorescence minimale, - Ft, fluorescence d'équilibre,
- Fv, fluorescence variable (= Fm-Fo).
- M.B., éclairement de base
- S.Fl., flash de saturation.
-
2ème partie : Matériels et méthodes II. Méthodes
d’échantillonnages et d’analyses
11
Collecte d’échantillons d’eau en surface puis tous les mètres à
l'aide d'une bouteille à prélèvement horizontale de type Niskin
;
Mesure de la profondeur de disparition du disque de Secchi. Ce
suivi régulier des caractéristiques de la colonne d'eau du
réservoir de Loumbila avait pour objectif l’observation des divers
changements liés à l’arrivée des premières ondes de crues, et en
particulier l’impact des pluies sur les communautés
phytoplanctoniques. Les échantillonnages ont ainsi commencé peu
avant la fin de la saison sèche et se sont poursuivis jusqu’à la
fin du mois de juillet. Durant toute cette période, deux
thermomètres enregistreurs (thermistances TidBit de la marque
Onset) ont été immergés en sub-surface et quelques centimètres au
dessus du sédiment de sorte à enregistrer en continu les écarts de
température le long de la colonne d'eau. Cet indicateur permet de
caractériser la stabilité de la colonne d'eau (homogénéité versus
stratification).
2) Au laboratoire Les analyses effectuées au laboratoire sur les
échantillons collectés dans le réservoir de
Loumbila pour notre étude sont identiques à celles effectuées en
routine sur les échantillons des sites types suivis de façon
bi-hebdomadaire par l'UR : réservoirs de Ouagadougou (3), Koubri
(3) et de Loumbila. Les conditionnements et analyses ont été
réalisés le jour même. Il s’agit de mesurer :
• pH et conductivité (µS.cm-1) : les deux sondes, respectivement
WTW pH 197 et WTW
LF 197, sont plongées simultanément dans un bécher contenant
l’échantillon à analyser et le barreau magnétique d'un agitateur.
Chacune dispose d’un boîtier digital propre qui affiche en même
temps que la mesure du pH ou de la conductivité, les températures
associées en degrés Celsius (°C). Les valeurs sont automatiquement
corrigées des fluctuations de température. La conductivité est
exprimée en conductivité équivalente à 25°C (norme internationale
pour les eaux tropicales).
• Matière en suspension (MES) et Matière organique : la méthode
consiste à filtrer un
volume connu d’eau sur un filtre en fibre de verre Whatman GF/F
(de porosité nominale de 0,7µm) pesé avant (P1 en g) et après (P2
en g) filtration. Une troisième pesée est effectuée après grillage
du filtre à 550°C et combustion des matières organiques. Les
différences de poids permettent de calculer :
- (i) la masse sèche totale de matière en suspension (MES) après
1h de séchage à 105°C ;
d’après [MES] en mg/L = 612 10×−V
PP ,
- (ii) la matière inorganique (PIM) après séchage à 105°C puis
brûlage à 550°C (P3 en g);
d’après [PIM] en mg/L = 632 10×−V
PP,
La différence de poids entre le filtre avant brûlage et après
brûlage permet de calculer la part organique de l'échantillon
collecté sur le filtre.
• Dosage de l’azote ammoniacal : Il s’agit de la méthode de
KOROLEFF (1969). Elle
permet de mesurer la totalité de l’azote ammoniacal, soit N(NH3)
+ N(NH4+). Les ions
-
2ème partie : Matériels et méthodes II. Méthodes
d’échantillonnages et d’analyses
12
ammonium réagissent avec le dichlorocyanurate de sodium en
milieu alcalin pour donner une monochloramine, qui en présence de
phénol et d’un excès d’oxydant conduit à la coloration bleu
d’indophénol. La mesure nécessite la préparation de 2 réactifs, le
réactif 1 à base de phénol et de nitroprussiate de sodium
(Na2Fe(CN)5NO, 2 H2O), le réactif 2 à base de soude et de citrate
trisodique (Na3C6H5O7, 2 H2O). Dans chaque tube contenant 10ml
d’échantillon à analyser, on ajoute 0,3 ml de réactif 1, puis après
agitation 0,3 ml de réactif 2, les échantillons sont ensuite
conservés à l’abri de la lumière pendant au moins 8h avant
d’effectuer la mesure de l’absorbance (A) à 630nm. Afin de calculer
la concentration en µmol.L-1 de N(NH3,4), il convient de réaliser 3
blancs et une gamme d’étalon à partir d’une solution mère de
concentration 1000 µM/ml en N(NH4).
Le calcul de la concentration en azote ammoniacal est donné par
:
[N(NH3,4)] en µmol.L-1= P (A-Br) ;
Avec A : absorbance de l’échantillon analysé ; Br : absorbance
moyenne des blancs réactifs ; P : pente de la droite d’étalonnage
(C = f (A)) • Dosage du phosphore minéral dissous : Les ions
orthophosphates réagissent avec le
molybdate d’aluminium, en présence d’antimoine, pour former un
complexe phospho-molybdique jaune. Celui-ci est réduit par l’acide
ascorbique en un composé bleu qui permet un dosage colorimétrique.
De la même manière que pour l’azote, une gamme d’étalonnage à
partir d’une solution mère à 5 µM/ml de (PO4), 3 blancs réactifs et
un réactif mixte contenant du molybdate, de l’acide sulfurique et
de l’acide ascorbique sont préparés. Dans chaque tube contenant
10ml d’échantillon à analyser, on ajoute 1ml de réactif mixte, puis
après agitation, 5min d’attente, avant que le développement de la
réaction colorée apparaisse et que la mesure de l’absorbance à
885nm puisse être effectuée.
Le calcul de la concentration en phosphore minéral dissous est
donné par :
[(PO4)] en µmol.L-1 = P (A-Br)
Avec A : absorbance de l’échantillon analysé ; Br : absorbance
moyenne des blancs réactifs ; P : pente de la droite d’étalonnage
(C = f(A)). • Dosage du la chlorophylle (biomasse
phytoplanctonique) en µg.L-1 : La biomasse de
chaque échantillon est déterminée pour 3 classes de taille
obtenue après tamisage sur des membranes Nuclepore de 3µm et 10µm
de porosité, la dernière classe correspondant à l’échantillon brut.
Dix ml de chaque filtrat sont déposés sur des filtres en fibre de
verre Whatman GF/F (0,7µm de porosité et 25mm de diamètres), puis
les filtres sont congelés après leur mise en tubes et conservés
jusqu’au dosage.
Du méthanol pur est utilisé pour l'extraction des chlorophylles
; la fluorescence de l'extrait méthanolique est ensuite mesurée à
l'aide d'un fluorimètre Turner. Après acidification du même
extrait, une seconde lecture est effectuée ; la formule de calcul
utilisée permet de tenir compte des formes dégradées de la
chlorophylle et de déterminer la concentration en chlorophylle
active :
-
2ème partie : Matériels et méthodes II. Méthodes
d’échantillonnages et d’analyses
13
[Chloro a] µg.L-1 = p x (τ-1) x (Fo-Fa) x (ν/V) x D Avec: p:
pente de la droite d’étalonnage; p= 0,0417 τ: ordonnée à l’origine
de la droite d’étalonnage ; τ = 2,2 Fo: fluorescence de l’extrait ;
Fa : fluorescence de l’extrait acidifiée ;…. ν : volume de méthanol
(5 ml) ; V : volume d’eau filtrée en ml D : facteur de dilution
Ces mesures de biomasses sur extraits méthanoliques seront
utilisées pour valider les estimations effectuées à l'aide du
Phyto-PAM. Spectrophotomètre pour dosage de l’azote Sondes
utilisées pour la mesure du pH et de la ammoniacal et phosphore
minéral dissous conductivité : WTW pH 197 et WTW LF 197
Tamisage des échantillons pour dosage de la chlorophylle
-
3ème partie : Résultats I. Contexte hydrologique
14
3ème PARTIE : RESULTATS
I. Contexte hydrologique
1) Contexte hydroclimatique (Température / Précipitations)
a) Tarissement et remplissage du réservoir de Loumbila
Le Burkina Faso est un pays au climat soudano-sahélien fortement
contrasté. La période d’étude (mi mai-mi juillet) retenue pour la
campagne de terrain correspondait à la fin de la saison sèche qui
règne sur tout le pays entre fin novembre et avril et le début de
la saison des pluies, de avril-mai à fin octobre. Cette période
correspond effectivement aux maxima de température relevés aussi
bien dans l’air que dans l’eau. D’après les conditions de
remplissage du réservoir de Loumbila, deux périodes sont à
distinguer. Du 30 avril 2006 au 31 mai 2006, le volume stocké est
passé de 14.9 à 12 millions de m3. Le début de la prospection s’est
donc réalisé en pleine période de tarissement du réservoir. La côte
du plan d’eau n’a cessé de diminuer jusqu’au début du mois de juin,
avant de se remplir progressivement avec l’intensification des
pluies. Comparativement à la situation de remplissage de l’année
2005 à la date du 31 mai, l’année 2006 présentait un excédent de
9.14 millions de m3 à la même date.
Figure 3 : Evolution de la côte du réservoir de Loumbila
Source : http://www.eauburkina.bf/breve.php3?id_breve=154
b) Précipitations
Les précipitations enregistrées (pluviomètre de l'IRD à
Ouagadougou) depuis la première pluie du 23 avril 2006 sont
représentées sur le graphique suivant. Il apparaît clairement qu’à
partir du mois de juin, l’augmentation de la fréquence des pluies
et l’accroissement de leur intensité sont à l’origine, d’une part
de l’élévation du niveau de la côte du réservoir, et d’autre part,
comme nous allons le voir ci-
-
3ème partie : Résultats I. Contexte hydrologique
15
dessous d’une modification de la stabilité de la colonne d’eau,
avec la mise en place d’une stratification marquée par des écarts
de température de plus en plus fort.
Figure 4 : Précipitation en mm par jour de pluie et cumul sur
l’année
0
20
40
60
80
100
120
140
160
avril mai juin juillet
cumul en mm par mois 2006
Figure 5 : Cumul des précipitations par mois pour la période
d’études
2) Stabilité de la colonne d’eau (O2/T°) . Durant la durée de
l'ensemble de nos campagnes de terrain, deux thermomètres StowAway
TidbiT
(http://www.onsetcomp.com/Products/Product_Pages/temperature_pages/stowaway_tidbit_logger.htm)
ont été placés, l'un en surface et l’autre en profondeur, à une
station centrale du réservoir de Loumbila, afin d’enregistrer les
variations journalières de températures. Ces derniers enregistrent
les températures avec un pas de dix minutes. Par convention,
lorsque l’écart de température entre la surface et le fond est
inférieur à 1°C, nous estimons qu’il n’existe pas de
stratification. A l’inverse, lorsque cet écart est supérieur à 1°C,
nous pouvons dire qu’une stratification se met en place dans la
colonne d’eau. Le graphique suivant représente les enregistrements
de température réalisés entre le 24 mai et le 6 juillet.
Date Précipitation (mm) 23-avr.-06 2,3 23-mai-06 3,6 6-juin-06
3,6
11-juin-06 10,9
14-juin-06 1,1
17-juin-06 3,5 21-juin-06 1,4 25-juin-06 11,6 30-juin-06 43
2-juil.-06 7,7 5-juil.-06 15,4 15-juil.-06 31,5
20-juil-06 58,4
22-juil-06 30
mois cumul en mm par
mois 2006 avril 2,3 mai 14,2 juin 75,1
juillet 143
0
10
20
30
40
50
60
70
16/4
20/4
24/4
28/4 2/5
6/5
10/5
14/5
18/5
22/5
26/5
30/5 3/6
7/6
11/6
15/6
19/6
23/6
27/6 1/7
5/7
9/7
13/7
17/7
21/7
25/7
28/7
0
50
100
150
200
250
précipitation en mm cumul en mm 2006
-
3ème partie : Résultats I. Contexte hydrologique
16
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2fond surface ΔΤ° < 1
Figure 6 : Stratification du réservoir de Loumbila par
l’observation des températures de surface et de fond.
Le trait pointillé noir indique les périodes pendant lesquelles
le réservoir est verticalement « homogène » où ΔT < 1°C. A part
pour la semaine du 6 juin, pour laquelle le transfert des données
de fond a échoué, nous pouvons voir nettement que les périodes
d’homogénéité changent au cours du temps :
- En début de suivi, nous remarquons une stratification
quotidienne très brève correspondant à l’élévation maximale des
températures de surface dans une journée ;
- A la fin, lorsque les pluies sont de plus en plus fréquentes,
nous observons un maintien des périodes de stratifications plus
durables.
Ces variations de températures sont en partie liées à l’arrivée
des pluies, celles-ci ont commencé le 23 avril 2006, et se sont
poursuivies de manière plus ou moins épisodique, jusqu’à la fin de
la période d’études. En comparant les précipitations et les
variations de températures dans la colonne d’eau, nous pouvons
alors mettre en relation la pluie du 21 juin avec le début de la
mise en place d’une stratification représentée par la 1ère flèche
mauve. Cette stratification se poursuit avec l’appui des pluies du
25 juin et surtout la forte pluie du 30 juin, qui entraînent une
chute des températures de fond (-0,5°C) et une baisse plus légère
des températures de surface (-0,3°C). Les pluies des 2 et 5 juillet
2006, semblent en revanche avoir déplacé les masses d’eau de sorte
à ré-homogénéiser peu à peu le système et assurer le mélange de la
colonne d’eau, de sorte qu’au 6 juillet environ, les températures
de surface et de fond redeviennent proches l’une de l’autre. Grâce
aux enregistrements effectués en continu, nous avons été en mesure
de calculer un pourcentage de temps pendant lequel le réservoir est
stratifié ou homogène. En effet, nous disposons pour chaque jour de
144 enregistrements de températures avec un pas de temps de 10
minutes pour chacun des deux niveaux. Ainsi :
• Si le réservoir était stratifié 100% du temps, nous aurions
144 valeurs d’écart de température Δ(T°surface –T°fond) >1°C
;
-
3ème partie : Résultats I. Contexte hydrologique
17
• Inversement, si le réservoir était homogène 100% du temps,
nous aurions 0 valeurs d’écart de température Δ(T°surface –T°fond)
>1°C. .
Sur cette base, il est possible de calculer un pourcentage
quotidien d’homogénéisation, illustré par le graphique suivant
:
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
25/5
27/5
29/5
31/5 2/6 4/6 6/6 8/6 10
/612
/614
/616
/618
/620
/622
/624
/626
/628
/630
/6 2/7 4/7
% homogène
% stratifié
76 %
37 %
24 %
63 %
Figure 7 : Pourcentage de stratification ou d’homogénéité du
réservoir dans le temps
Il apparaît nettement sur les deux périodes considérées ici
(avant la semaine où l’acquisition a été perdue et après cette même
semaine, les durées n’étant pas équivalentes, elles ne sont pas
directement comparables sans précautions) que :
• Au début : le réservoir est homogène 76% du temps chaque jour
en moyenne, avec une stratification correspondant aux heures les
plus chaudes ;
• A la fin : le réservoir n’est plus que 37% du temps homogène,
la stratification est de plus en plus fréquente avec
l’intensification de la fréquence des pluies.
Nous pouvons également remarquer que pour la seconde période, si
nous considérons uniquement les 5 ou 6 derniers jours à partir du
30 juin, alors le réservoir semble être stratifié presque 100% du
temps. Toutes ces modifications correspondent à une évolution forte
de l’environnement du réservoir, elle-même liée aux nouvelles
conditions apportées par les pluies (mélange des eaux, baisse de
température, augmentation de la turbidité par remise en suspension
des sédiments, changements des dominances de la biomasse…).
II. Description de l'écosystème
1) Détermination de la couche de mélange
Chaque semaine les profils ont été réalisés entre 8h30 et 9h30,
avant les heures les plus chaudes afin que la comparaison des
profils verticaux de température et d’oxygène dissous ne soit pas
influencée par l’heure de la mesure. Les résultats obtenus du 17
mai au 25 juillet 2006 sont représentés ci-dessous :
-
3ème partie : Résultats II. Description de l’écosystème
18
Figure 8 : Profils de température (°C) et du pourcentage en
oxygène dissous dans la colonne d’eau obtenus par la sonde ME lors
des prospections du 17 mai au 25 juillet. A la vue des graphiques
ci-dessus, nous pouvons observer l’homogénéité de la colonne d’eau
aussi bien en termes de température qu’en teneur en oxygène tout au
long du mois de mai. Les profils de températures sont semblables,
il en est de même pour les profils de la teneur en oxygène, sauf au
31 mai, où nous pouvons observer le début d’une stratification.
Celle-ci se généralise au mois de juin, au cours duquel nous
pouvons observer une forte diminution du pourcentage d’oxygène en
profondeur. Les 7 et 14 juin, la stratification thermique qui se
met en place à partir de 1m de profondeur s’accompagne d’une forte
diminution de la teneur en oxygène en profondeur. A ces dates, les
fortes pluies de la veille semblent être à l’origine de la
stratification de la colonne d’eau en deux couches distinctes. Les
données enregistrées au 19 juillet nous permettent d’observer le
déplacement de la limite de séparation entre deux couches vers 3m
de profondeur, alors qu’elle est observée vers 4m au 25 juillet.
Une colonne d’eau de 3m de profondeur riche en oxygène et avec des
températures élevées repose sur une couche plus dense, plus froide
et de moins en moins riche en oxygène (52% à 1m à environ 40% à 3m,
le 7 juin). Les fortes pluies entraînent donc un mélange des eaux
qui provoque des modifications dans l’équilibre de la colonne
d’eau. Le fond du réservoir par son déficit en oxygène, ainsi que
l’augmentation de la turbidité par la remise en suspension des MES
ont tendance à modifier la distribution des espèces algales et à
être moins favorable à leur développement. C’est sur cette base que
nous avons mené une série d’expérience visant à mimer l’effet de
l’apport en sels nutritifs et l’impact de l’opacification du
réservoir de Loumbila sur les communautés phytoplanctoniques,
effets associés à l’arrivée des pluies et à leur intensification au
cours des mois de juin et juillet. La détermination de l’épaisseur
de la couche de mélange permet d’observer que le réservoir est 100%
mélangé dans 6 cas sur 10 d’après le tableau suivant :
Pourcentage calculé de la couche de mélange Date 17-mai 24-mai
31-mai 07-juin 14-juin 21-juin 22-juin 28-juin 06-juil 19-juil
% mélange 100% 100% 61% 32% 73% 100% 100% 100% 100% 81% Tableau
2 : Pourcentage calculé de la couche de mélange
-
3ème partie : Résultats II. Description de l’écosystème
19
2) Détermination de la zone euphotique
L’éclairement de la colonne d’eau est déterminé par la
réalisation de profil d’extinction de la lumière incidente avec un
quantamètre LICOR. D’après les résultats des mesures obtenues avec
le LICOR, l’éclairement du réservoir de Loumbila est relativement
bien réparti. La zone euphotique, zone pour laquelle pénètrent de
100% à 1% de la lumière incidente, est en général rencontrée en
deçà de 2,50m de profondeur du 17 mai au 7 juin, puis celle-ci
diminue avec l’intensification des pluies. La hauteur de la colonne
d’eau identifiée comme étant la zone euphotique permet de rendre
compte de l’environnement lumineux dans lequel évoluent les
communautés phytoplanctoniques. D’après la relation Iz = Io
exp(-Kz), où Iz est la lumière à la profondeur Z et Io la lumière
en surface, il est possible de calculer le coefficient
d’atténuation lumineuse K en traçant la fonction Log (Iz/Io) = -
K.z. Le graphique suivant représente les courbes ayant servies au
calcul des coefficients d’atténuation lumineuse K.
Figure 9 : Log (Ik/Io) = -K.z par mois d’études.
Le coefficient K correspond à la pente de la droite Log (I/Io) =
- K.z. La détermination de la zone euphotique, correspondant à 1%
de la lumière incidente, soit I/Io = 0,01, est obtenue à partir de
la relation suivante : Zeu = Ln (0,01)/ K Zeu = - 4,605 / K Le
tableau ci dessous permet de rendre compte de l’augmentation de
l’éclairement de la colonne d’eau pendant la première partie de la
campagne, puis de constater une diminution d’abord progressive de
cet éclairement dès le début du mois de juin, qui s’accélère suite
à la pluie du 21 juin. Dans ce tableau, Zeu représente la
profondeur de la zone euphotique, Zmax, correspond à la profondeur
du réservoir mesurée avec un échosondeur, et dS correpond à la
profondeur de disparition de disque de Secchi.
Tableau 3 : Profondeur de la zone euphotique en cm et
pourcentage d’éclairement. La diminution de l'éclairement associée
aux premières pluies est à mettre en relation avec l’augmentation
de la teneur en MES. Afin de mieux comprendre ce phénomène, nous
allons comparer
17-mai 24-mai 31-mai 07-juin 14-juin 21-juin 22-juin 28-juin
06-juil 19-juil 25 juilCoefficient K 0,9987 0,9661 0,9988 0,9991
0,9901 0,9957 0,9853 0,9748 0,985 0,9892 0,9941Zeu (cm) 237 226 301
288 266 262 223 216 103 103 120 dS (cm) 63 68 88 90 78 90 78 63 26
26 26 % éclairé 56 53 73 72 59 72 59 48 31 31 26 MES (mg/l) 14,4 16
10,8 12 10 14 14,4 14 38,4 25,6 25,2 Zmax 420 430 410 400 450 400
450 450 330 460 460
-
3ème partie : Résultats II. Description de l’écosystème
20
et représenter graphiquement le pourcentage de la colonne d’eau
éclairée en relation avec la teneur en MES.
Figure 10 : Relation entre la teneur en MES et le pourcentage
éclairé de la colonne d’eau.
3) pH et conductivité
Le pH et la conductivité sont également des paramètres
permettant d’observer des variations au niveau de la stabilité
d’une colonne d’eau. Les valeurs relevées au cours des différentes
campagnes de terrain révèlent une faible variation du pH dans la
colonne d’eau, hormis les jours consécutifs à des pluies.
Le tableau ci-dessous présente les résultats obtenus au cours de
la campagne de prospection du 17 mai au 19 juillet.
pH (U.I) 17-mai 24-mai 31-mai 7-juin 14-juin 21-juin 22-juin
28-juin 06-juil 19-juilSurface 7,07 6,85 7,19 7,34 7,31 6,86 7,28
7,19 6,78 7,05
1m 6,95 6,9 7,13 7,33 7,2 6,99 7,2 7,12 6,79 6,97 2m 6,81 6,91
7,06 7,07 7,08 7,01 7,09 7,06 6,78 6,86 3m 6,8 6,89 6,93 6,6 6,88 7
7,02 6,96 6,82 6,74 4m 6,77 6,88 6,65 6,46 6,33 6,99 7 6,82 -
6,28
Conductivité (C25), µs/cm 17-mai 24-mai 31-mai 7-juin 14-juin
21-juin 22-juin 28-juin 06-juil 19-juilSurface 87,1 74,3 76 80,7
83,9 79,2 87,5 81,5 76,9 78,8
1m 75,4 74,1 75,9 77,4 79,2 81,3 80,4 81,6 77 76,4 2m 75,3 74,1
75,8 77,9 79,1 80,2 80,5 81,1 76,8 76,3 3m 74,6 74,2 75,5 77,1 78,6
78,9 80,7 81,6 77 76,4 4m 73,5 74,2 75,8 77,9 80,8 79 80,3 81,4 -
75,7
Tableau 4 : Evolution du pH et de la conductivité équivalente à
25°C mesurés en laboratoire pour des prélèvements sur toute la
colonne d’eau.
Relation entre la teneur en MES en surface et le pourcentage
éclairé de la colonne d'eau
05
1015202530354045
17-mai 24-mai 31-mai 07-juin 14-juin 21-juin 28-juin 05-juil
12-juil 19-juil 26-juilMES (mg/l)
01020304050607080
% éclairéMES(mg/L) % éclairé
-
3ème partie : Résultats II. Description de l’écosystème
21
Figure 11 : Evolution du pH en fonction du temps à différentes
profondeur de la colonne d’eau.
Ce graphique nous permet d’observer la mise en place de la
stratification de la colonne d’eau avec l’intensification des
pluies à partir du 7 juin 2006 : le pH chute ainsi d’environ 1
unité entre la surface et le fond lors des premières pluies. Alors
que les pluies entrainent une légère stratification de la colonne
d’eau, nous pouvons aussi distinguer trois périodes
d’homogénéisation. Celles-ci correspondent bien aux dates citées
précédemment pour lesquelles l’épaisseur de la zone de mélange
représente 100% de la colonne d’eau (24 mai, 21 juin, 6 juillet) ;
et une phase de stratification du 31 mai au 21 juin au cours de
laquelle le pH varie de plus de 1 unité entre la surface et le fond
du réservoir.
4) Evolution des concentrations en Sels nutritifs
Les facteurs ayant un effet sur la production algale sont
nombreux, et parmi eux, l’apport en sels nutritifs joue un rôle
prépondérant. L’azote, le phosphore et le carbone, principaux
éléments nutritifs assimilés par la biomasse, doivent être apportés
dans un rapport molaire compris entre 6 :1 à 10 :1 pour C/N et
environ 16 pour N/P selon les espèces et les auteurs (Redfield,
1964 ). D’après Graham (2004), un réservoir peut devenir limité par
le phosphore lorsque le ratio Ntot/Ptot devient supérieur à 17.
Parmi les formes minérales de l’azote (NH4+, NO2-, NO32-), c’est
l’ammonium qui est utilisé préférentiellement par de nombreuses
algues (Capblancq, 1982) ; de même, le phosphore est principalement
assimilé sous les formes HPO42- et H2PO4-. Les concentrations qui
ont été mesurées ici correspondent aux concentrations en azote
ammoniacal (NH4+) et en phosphate (PO43-) dissous : la
détermination des concentrations des autres formes minérales de
l’azote évoquées n’a pu être obtenue avant le terme de ce stage,
les échantillons devant être analysés au laboratoire de l'UR CyRoCo
de Dakar courant août. Les résultats obtenus au cours des 10
semaines de prospection sont regroupés dans le tableau suivant. Du
17 mai au 21 juin, les concentrations en ammonium et en phosphore
dissous sont relativement faibles (0 à 0,65 µmol.L-1). Les
résultats issus de l’analyse au Phyto-PAM des échantillons révèlent
une biomasse effectivement assez faible à ces dates. Toutefois,
aucune affirmation ne peut être faite à partir de ces seuls
résultats. Une hypothèse alternative à ces faibles concentrations
consisterait en l’existence de stocks de sels nutritifs qui sont
consommés en continu par des algues qui sont elles mêmes broutées
en continu par le zooplancton ce qui conduit à des biomasses
phytoplanctoniques
Evolution du pH dans la colonne d'eau
6
6,2
6,4
6,6
6,8
7
7,2
7,4
7,6
17-mai 24-mai 31-mai 07-juin 14-juin 21-juin 28-juin 05-juil
12-juil 19-juil 26-juil
surface 1m 2m 3m 4m
-
3ème partie : Résultats II. Description de l’écosystème
22
faibles. A partir du 21 juin, les concentrations en phosphate
semblent constantes à la différence des concentrations en azote
ammoniacal qui augmentent fortement avec les pluies. .
NH4 (µM) PO4 (µM) Rapport NH4/PO4 Z (cm) 0 100 200 300 400 0 100
200 300 400 0 100 200 300 400
17-mai-06 0,22 0,09 0,00 0,00 0,00 0,90 0,19 0,64 0,23 0,17 0 0
0 0 0 24-mai-06 0,65 0,13 0,00 0,06 0,00 1,11 1,19 1,18 0,09 0,10 1
0 0 1 0 31-mai-06 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,12 0,09 0,17 0,10 0,12
0 0 0 0 0 07-juin-06 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,05 0,09 0,04 0,06
0,09 0 0 0 0 0 14-juin-06 0,00 0,00 0,00 0,34 0,41 0,18 0,21 0,17
0,21 0,24 0 0 0 2 2 21-juin-06 0,00 0,00 0,55 0,00 0,12 0,11 0,15
0,10 0,12 0,15 0 0 5 0 1 22-juin-06 0,31 0,04 0,79 0,24 0,45 0,07
0,04 0,05 0,13 0,24 4, 1 15 2 2 28-juin-06 1,62 0,59 0,11 0,38 0,66
0,69 0,59 0,38 0,11 0,24 2 1 0 3 3 06-juil-06 1,94 1,53 1,59 1,87 -
0,31 0,59 1,09 0,99 - 6 3 1 2 - 19-juil-06 1,13 0,27 1,63 0,49 8,68
0,25 0,22 0,26 0,25 0,61 5 1 6 2 14
Tableau 5 : Concentration en µmol.L-1 en NH4, PO4 et rapport N/P
(arrondi à l’unité) mesurés à différentes dates
Les mesures sont instantanées : ainsi elles ne rendent pas
compte des ressources véritablement disponibles qui sont consommées
au fur et à mesure de leur disponibilité. Ce phénomène est
particulièrement important pour le phosphore qui est en règle
générale en équilibre entre sa fraction dissoute (qui est mesuré)
et sa fraction adsorbée (qui n’est pas mesurée ici) sur les
particules en suspension. Nous ne trouvons que de faibles valeurs
de PO4 dissous, qui montrent peu de variation, tandis qu’il est
probable qu’un stock énorme est adsorbé en permanence sur les
particules (particulièrement sur les oxydes ferriques, très
abondants dans un contexte de sols latéritiques) Figure 12 :
Evolution dans le temps des concentrations en phosphate, en
ammonium et du rapport NH4/PO4
5) Evolution de la biomasse phytoplanctonique au cours du
temps
D’après les résultats des mesures fluorimétriques réalisés au
laboratoire, nous pouvons observer une plus forte concentration en
biomasse chlorophyllienne, toutes classes de taille confondues,
entre 1m et 3m de profondeur. Cependant, nous remarquons que leur
concentration entre 3m et le fond du réservoir diminue, du fait des
conditions défavorables rencontrées (diminution de la teneur en
oxygène dissous, teneur en éléments nutritifs limités et
atténuation de l’éclairement). Les graphiques suivant illustrent
ces observations :
Evolution des concentrations en PO4 et NH4 en surface
0,00
1,002,00
3,00
4,00
5,006,00
7,00
17-mai
24-mai
31-mai
7-juin
14-juin
21-juin
28-juin
5-juil.
12-juil.
19-juil.
C (µM)
PO4 NH4 N/P
Evolution des concentrations en PO4 et NH4 moyennées sur toute
la colonne d'eau
0,001,002,003,004,005,006,007,008,00
17-mai
24-mai
31-mai
7-juin
14-juin
21-juin
28-juin
5-juil.
12-juil.
19-juil.
C (µM)
PO4 NH4 N/P
-
3ème partie : Résultats II. Description de l’écosystème
23
Figure 13: Evolution des différentes classes de tailles de la
biomasse chlorophyllienne (Concentration en Chl.a en µg.L-1)
A partir de la pluie du 5 juillet, l’apport en sels nutritifs
devient suffisant pour devenir favorable au développement de la
biomasse phytoplanctonique. La biomasse de taille supérieure à 10µm
se concentre préférentiellement en surface tandis que la biomasse
de taille plus petite a tendance à se concentrer plus en
profondeur, entre 2 et 3m de fond. L’observation microscopique des
échantillons de phytoplanctons collectés en surface et concentrés
avec le filet de 20µm a montré au début du suivi la présence d’une
forte concentration d’euglènes, puis le développement de deux
genres de cyanobactéries, Mycrocystis et Plankthotrix classiquement
observés à Loumbila. Nous avons particulièrement noté l'absence de
Diatomées habituellement présentes dans le milieu en grandes
quantités (Aulacoseira sp.) tout le temps du suivi. En fin de
suivi, soit à partir de la mi juillet, nous avons mis en évidence
l'apparition de très grandes concentrations (dominance) d'un tout
petit péridinien (< 10 µm) encore indéterminé (échantillons en
cours d'analyse à l'université de Ouagadougou par Frédéric ZONGO,
maître de conférence, taxinomiste du phytoplancton).Il est
également important de noter dès l'apparition des premières pluies
le retour des Desmidiées qui ne se rencontrent que durant la saison
des écoulements dans le lac de Loumbila. Ces observations demeurent
cependant purement qualitatives en attendant les comptages qui
seront ultérieurement réalisés sur les échantillons collectés aux
différentes profondeurs lors de chacune des sorties de terrain.
L’observation de la proportion des différents types de biomasses
rencontrées a été réalisée en parallèle aux observations
microscopiques à l’aide des mesures du Phyto-PAM, appareil capable
d’identifier trois classes d’autotrophes : les cyanobactéries, les
algues vertes ou Chlorophycées et les algues brunes ou groupe des
Diatomées et Dinoflagellés. Les résultats obtenus montrent une
forte dominance de la classe des Chlorophycées représentées
principalement par les euglènes et caractérisées par une teneur
élevée en chlorophylle b. Nous trouvons ensuite la classe des
cyanobactéries représentées principalement par Planktothrix
perornata (détermination Céline Berger, MNHN Paris) plus un cortège
jamais dominant d'autres