Méthodologie de traitement des données qualité biologique des eaux de surface en Bretagne

Ce document présente la méthodologie utilisée par l'OEB pour produire les indicateurs de qualité biologique des stations de suivi des eaux douces superficielles, à partir de l’analyse des organismes fixés ou libres vivant dans les cours d’eau. Quatre indices biologiques, l’indice macro-invertébré (IBGN), l’indice macrophyte (IBMR), l’indice poisson (IPR) et les diatomées (IBD), permettent la caractérisation de l’état biologique (structure et fonctionnement) des écosystèmes aquatiques, en application de la Directive cadre européenne sur l’eau.

En application de l'arrêté du 27 juillet 2018, l'indice invertébrés multimétrique (I2M2) est le nouvel indice biologique invertébrés à considérer pour l'évaluation de l'état écologique des eaux de surface. Il intègre notamment l’écart à la situation de référence et plusieurs types de pressions, grâce à la combinaison de plusieurs métriques de structure et de fonctionnement des peuplements d’invertébrés.

Ces indicateurs, ou « éléments » biologiques, sont combinés à la qualité physico-chimique du cours d’eau afin d’évaluer l’état écologique de la masse d’eau.

Source des données

Les données utilisées dans ce tableau de bord interactif sont issues :

  • de la BD OSUR, plateforme d’accès aux données brutes de l’Agence de l’eau Loire-Bretagne - supports : 4 | Poissons, 8 | Bryophytes, 10 | Diatomées benthiques, 11 | Phytoplancton, 13 | Macroinvertébrés aquatiques, 27 | Macrophytes, tous sites et dispositifs de collecte confondus
  • de la BD de l'OFB – IPR, tous sites et dispositifs de collecte confondus. L'intégralité de l'historique des données est reprise à chaque mise à jour afin que les résultats proposés dans les tableaux de bord intègrent les corrections apportées par les producteurs dans la base de données. Des évolutions dans l'historique des résultats sont donc possibles d'une année sur l'autre.

Traitement des données

Indice invertébrés multimétrique (i2m2)

L'I2M2, ainsi que les métriques élémentaires et les outils diagnostiques, sont calculés par année et par station à partir des effectifs des différents taxons identifiés, grâce à l'interphase disponible sur le site du SEEE (Système d’évaluation de l’état des eaux) de la plateforme EauFrance.

L’I2M2 ne peut être calculé qu’à partir d’un protocole de prélèvement MPCE, soit 12 prélèvements représentatifs de la mosaïque d’habitats (mis en place en 2007 et normalisé en 2009) et du protocole d’analyse MPCE (mis en place en 2007 et normalisé en 2010).

I2M2 et métriques élémentaires L’I2M2 est le nouvel indice multimétrique pour la mesure de l’élément « macroinvertébrés en cours d’eau » compatible aux prescriptions de la Directive Cadre Européenne. Il prend en compte l’écart à la situation référence et intègre plusieurs types de pressions grâce à la combinaison et la pondération de métriques liées à la structure et au fonctionnement des peuplements d’invertébrés benthiques. Ces métriques apportant chacune des informations complémentaires sur la communauté en place. En effet, l’I2M2 est composé de cinq métriques :

  • Indice de diversité de Shannon : cet indice permet d’évaluer l’hétérogénéité du milieu en prenant en compte l’équilibre du peuplement au travers de la richesse taxonomique totale et l’abondance relative de chaque taxon . En cas de pression anthropique, cet indice devrait diminuer. ASPT : (Average Score Per Taxon) indique le niveau de polluosensibilité moyen du peuplement invertébré. cet indice semble bien répondre aux apports organiques et à l’eutrophisation. En cas de pression anthropique, l’ASPT devrait diminuer.
  • La fréquence relative des taxons polyvoltins c’est-à-dire capables d’accomplir au moins 2 générations par an. Ce trait biologique favorise la recolonisation de milieu préalablement impactés. Ce type d’organisme est fréquent dans les milieux instables, soumis à des perturbations. En cas de pression anthropique, la fréquence des taxons polyvoltins devrait diminuer.
  • La fréquence relative des taxons ovovivipares c’est à dire dont l’incubation des œufs est réalisée dans l’abdomen de la femelle. Cette stratégie de reproduction permet de maximiser la survie en isolant les œufs du milieu. Ces organismes sont donc favorisés dans un milieu soumis à des perturbations.
  • La Richesse taxonomique : il s’agit du nombre de taxons identifiés au niveau systématique préconisé par la norme XP T90-388. En cas de pression anthropique, la richesse devrait diminuer.

Ces métriques ont été sélectionnées en appliquant plusieurs critères statistiques : leur capacité à discriminer les sites « impactés » des sites « peu ou pas impactés », leur non redondance et leur stabilité en conditions de référence. La combinaison retenue est celle qui s’est révélée la plus sensible, la plus robuste et la plus cohérente avec les critères DCE. Elles s'expriment sous forme d’EQR (Ecological Quality Ratio) qui intègre la typologie et représente l’écart à la référence : c’est le rapport d’indices entre un « état observé » et un « état du milieu en l'absence de perturbation » anthropique (échelle de 0 = mauvais à 1 = référence).

Outil Diagnostic de l'I2M2

En complément de l’I2M2, un outil prédictif des pressions anthropiques subies par un milieu existe. Il se base sur l'analyse des modifications des traits biologiques sélectionnés et des stratégies écologiques utilisées par les communautés d'invertébrés benthiques en réponse aux caractéristiques de leur habitat. Une probabilité d’impact est calculée pour chacune des 12 pressions physicochimiques ou hydromorphologiques prises en compte dans l’I2M2 . Il est calculé avec les mêmes éléments que l'I2M2 :

Pressions hydromorphologiques :

  • RIPISYLVE : Probabilité d’impact liée à la dégradation de la ripisylve. Cette pression est estimée par le taux de couverture forestière dans la zone de 30 m de part et d’autre du lit mineur.
  • VOIES_COMMUNICATION : Probabilité d’impact liée à la présence de voies de communication dans le lit mineur.
  • URBANISATION_100M : Probabilité d’impact liée à l’urbanisation dans une zone de 100 m de part et d’autre du cours d’eau.
  • RISQUE_COLMATAGE : Probabilité d’impact liée au colmatage des substrat. Cette pression est estimée par le risque potentiel d’érosion des sols.
  • INSTABILITE_HYDROLOGIQUE : Probabilité d’impact liée à l’instabilité hydrologique. Cette pression est estimée en intégrant les rapports surface agricole irriguée/surface totale du bassin versant et volume d’eau retenu/volume d’eau qui s’écoule.

  • ANTHROPISATION_BV : Probabilité d’impact liée à l’anthropisation globale du bassin versant. Cette pression est estimée en intégrant les pourcentages d’urbanisation, d’agriculture intensive et de surfaces naturelles à l’échelle du bassin versant. Pressions physicochimiques :

  • MATIERES_ORGANIQUES : Probabilité d’impact par les matières organiques et oxydables. Cette pression est estimée en utilisant les paramètres individuels décrits dans les grilles du SEQ-eau v2 : oxygène dissous, taux de saturation en oxygène, demande biochimique en oxygène (DBO5), demande chimique en oxygène (DCO), carbone organique dissous, ammonium et azote Kjeldahl.

  • MATIERES_PHOSPHOREES : Probabilité d’impact par les matières phosphorées. Cette pression est estimée en utilisant les paramètres individuels décrits dans les grilles du SEQ-eau v2 : orthophosphates et phosphore total.
  • MATIERES_AZOTEES : Probabilité d’impact par les matières azotées (hors nitrates). Cette pression est estimée en utilisant les paramètres individuels décrits dans les grilles du SEQ-eau v2 : ammonium, azote Kjeldahl et nitrites.
  • NITRATES : Probabilité d’impact par les nitrates
  • HAP : Probabilité d’impact par les hydrocarbures aromatiques polycycliques. Cette pression est estimée en utilisant les 16 HAP individuels décrits dans les grilles du SEQ-eau v2
  • PESTICIDES : Probabilité d’impact par les pesticides. Cette pression est estimée en utilisant les 74 pesticides individuels décrits dans les grilles du SEQ-eau v2.

Un risque de pression est considéré comme significatif lorsqu’il est supérieur à 0,5. Cet outil est à utiliser avec prudence, il donne une indication sur la probabilité qu’un ou plusieurs types de pression soient susceptibles d’avoir un effet significatif sur le peuplement d’invertébrés. Les probabilités d’impact ne constituent pas des preuves irréfutables de la présence d’une pression. Ces informations peuvent orienter le gestionnaire mais nécessitent d’être confirmés par l’étude d’autres types de données.

L’I2M2 répond mieux que l’IBGN équivalent aux pressions matières azotées, matières phosphorées, hydromorphologie, pesticides, et matière en suspension, et donne une image plus réaliste de la qualité des milieux.

Représentation des données

Pour chacune des stations, chaque indice biologique est représenté par une classe de qualité (très bon, bon, moyen, médiocre, mauvais) définie conformément aux exigences de la DCE. Les classes de qualité (code couleur - valeurs seuils) à prendre en compte sont :

Pour l’indice biologique global normalisé

arrêté du 27 juillet 2015

Hydroécorégion HER 12A

  • Très bon état IBGN = 15 (bleu) ;
  • Bon état 15 > IBGN = 13 (vert) ;
  • État moyen 13 > IBGN = 9 (jaune) ;
  • État médiocre 9 > IBGN = 6 (orange) ;
  • Mauvais état < 6 (rouge).

Hydroécorégion HER 12B

  • Très bon état IBGN = 16 (bleu) ;
  • Bon état 16 > IBGN = 14 (vert) ;
  • État moyen 14 > IBGN = 10 (jaune) ;
  • État médiocre 10 > IBGN = 6 (orange) ;
  • Mauvais état < 6 (rouge).

Pour l’indice biologique diatomées

IBD - norme Afnor NF T 90-354 -2007 et arrêté du arrêté du 27 juillet 2015 pour les hydroécorégions HER12 A et 12 B (région Bretagne)

  • Très bon état IBD = 16,4 (bleu) ;
  • Bon état 16,4 > IBD =13.8 (vert) ;
  • État moyen 13.8> IBD = 10 (jaune) ;
  • État médiocre 10> IBD = 5.9 (orange) ;
  • État mauvais IBD < 5.9 (rouge).

Pour l’indice poisson rivière

IPR - norme Afnor NF T90-344 – Arrêté du 27 juillet 2015

  • Très bon état IPR =5 (bleu) ;
  • Bon état 16 = IPR >5 (vert) ;
  • État Moyen 25 = IPR >16 (jaune) ;
  • État Médiocre 36 = IPR > 25 (orange) ;
  • État Mauvais IPR > 36 (rouge).

Pour l’état biologique global

la classe d’état retenue pour une station est la classe d’état la plus déclassante entre les paramètres IBGN, IBD et IPR pour cette même station, sans valeurs seuils :

  • Très bon état (bleu) ;
  • Bon état (vert) ;
  • État moyen (jaune) ;
  • État médiocre (orange) ;
  • Mauvais état (rouge).

Pour l’indice macrophytes

seuils en EQR (Ecological Quality Ratio)/ Niveau Trophique - 13.09 = note de référence pour l'HER 12 - arrêté du arrêté du 27 juillet 2015

  • Très faible niveau trophique (bleu) ;
  • Faible niveau trophique (vert) ;
  • Niveau trophique moyen (jaune) ;
  • Niveau trophique fort (orange) ;
  • Niveau trophique très élevé (rouge).

Pour l'Indice invertébrés multimétrique (i2m2)

Les limites de classes sont disponibles dans le Tableau 16 de l'arrêté du 27 juillet 2018 modifiant l'arrêté du 25 janvier 2010 relatif aux méthodes et critères d'évaluation de l'état écologique, de l'état chimique et du potentiel écologique des eaux de surface.

  • I2M2 < 0.1523 'Mauvais état'
  • 0.1523 < I2M2 < 0.3047 'Etat médiocre'
  • 0.3047 < I2M2 < 0.457 'Etat moyen'
  • 0.457 < I2M2 < 0.7078 'Bon état'
  • 0.7078 < I2M2 <= 1 'Très bon état'

L'intégralité de l'historique des données est reprise à chaque mise à jour afin que les résultats proposés dans les tableaux de bord intègrent les corrections apportées par les producteurs dans la base de données. Des évolutions dans l'historique des résultats sont donc possibles d'une année sur l'autre.