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Suivi des milieux aquatiques : le développement de l'utilisation de l'ADN doit être accompagné

Un nouvel outil pourrait compléter la panoplie des écologues : l'utilisation de l'ADN pour le suivi de la biodiversité. Si cette approche comporte différents avantages, elle nécessite également d'établir un cadre pour son bon usage.

Eau  |    |  Dorothée Laperche Actu-Environnement.com
Suivi des milieux aquatiques : le développement de l'utilisation de l'ADN doit être accompagné

Rechercher des traces d'ADN pour confirmer la présence d'un individu dans un lieu : cette approche n'est plus que l'apanage des enquêteurs de la police judiciaire, elle intéresse également de plus en plus des écologues ou les gestionnaires des milieux naturels.

Ainsi, dans le cadre d'une campagne d'expérimentale de l'Office français de la biodiversité (OFB) et de la société de biotechnologie Spygen, le gobie à tâche noire, poisson exotique envahissant, a été recherché dans le Verdon (Alpes-de-Haute-Provence) avec ces indices moléculaires. « Avec les méthodes classiques, comme l'espèce est potentiellement rare, nous rencontrions des difficultés pour l'échantillonner, a pointé Elea Rostaing chargée de projet pour Spygen, lors d'une journée de la Zone atelier bassin du Rhône (Zabr) sur le sujet. « Le milieu également, le Verdon, large et torrentiel rend plus compliqué les inventaires ».

Cette piste peut également être exploitée pour mieux comprendre les capacités d'adaptation d'une espèce. L'Institut méditerranéen de biodiversité et d'écologie marine et continentale (IMBE) l'a utilisé pour décrypter le régime alimentaire de l'apron du Rhône, un poisson endémique du bassin et classé en danger d'extinction par l'inventaire national du patrimoine naturel (INPN). Il s'est penché pour cela sur l'ADN présent dans les fèces de ces poissons. Cette approche a permis de repérer les proies de l'apron avec différents niveaux de précisions : par l'espèce pour 76 % d'entre elle et, respectivement, 12 % par le genre et par la famille. « Ce n'est pas parce qu'une proie est principalement présente dans le milieu, qu'elle est sélectionnée par l'apron, a précisé Vincent Dubut ingénieur de recherche pour l'IMBE. « Nous avons également mis en évidence la variation saisonnière du régime à la fois qualitatif et quantitatif ».

Bioindicateurs utilisés de longue date pour évaluer la qualité des cours d'eau, les diatomées pourraient également être observées par le prisme de leur ADN. Différentes équipes testent en effet ces méthodes pour les inventorier plus rapidement qu'un comptage classique au microscope. « L'ADN des diatomées est confronté à une base de référence pour l'inventaire d'espèce, a indiqué Valentin Vasselon, chargé de mission ADN Environnemental. Nous calculons ensuite l'indice de qualité de l'eau ».

La Compagnie nationale du Rhône ainsi que l'Office français de la biodiversité ont, quant à eux, comparé une utilisation de l'ADN environnementale (ADNe) à celle de la pêche électrique pour connaître le peuplement des poissons du Rhône.

L'utilisation d'ADNe : une approche complémentaire aux autres outils

 
La rapidité et le coût de l'utilisation de l'ADN semble la prédisposer à intégrer le quotidien des écologues.  
 
Au final, les deux méthodes permettent de décrire globalement le peuplement principal du cours d'eau : ainsi de 83 à 100 %, selon les stations, des poissons pêchés sont également retrouvés en passant par une recherche d'ADN. « L'application de l'utilisation de l'ADNe semble généralisable dans le cadre d'approches préliminaires à l'étude d'un territoire », a considéré Nicolas Roset, chef du Service production et valorisation des connaissances à l'OFB.

Selon les situations, chacune des deux techniques de suivi présente des avantages et des limites. « L'utilisation d'ADN environnementale est fonctionnelle sur des cours d'eau à grand débit, nous obtenons des résultats rapidement avec un coût faible, a pointé Mathieu Rocle, ingénieur environnement pour la Compagnie Nationale du Rhône. Avec la pêche électrique, il est difficile d'échantillonner le Rhône dans toute sa largeur et profondeur ».

À l'approche des grandes villes, la recherche d'ADN a toutefois abouti à des résultats surprenants : la présence de poissons de mer… reflétant en réalité leur consommation par ses habitants. À l'inverse certains poissons pêchés n'ont pas pu être retrouvés en utilisant ces indicateurs moléculaires. La pêche électrique permet, en outre, de fournir des informations supplémentaires comme la taille et l'âge des populations de poissons.

Une analyse préalable indispensable

La rapidité et le coût de l'utilisation de l'ADN semble la prédisposer à intégrer le quotidien des écologues. Toutefois le message de l'ensemble des intervenants de la journée Zabr, montre que, pour être bénéfique à l'environnement, cette montée en puissance doit être accompagnée et ne pas être motivée que pour des raisons économiques. Certains redoutent ainsi une généralisation trop rapide, à l'image de certains pays. Depuis 2017 l'Agence pour l'environnement anglaise a opté pour une utilisation de l'ADN des diatomées pour l'évaluation de l'état écologique demandé par la directive-cadre sur l'eau (DCE).

L'utilisation de l'ADN implique d'être vigilant à différents biais. Tout d'abord, des erreurs, où une espèce pourrait être signalée comme présente alors qu'elle n'y est pas, intrinsèques aux différentes étapes méthodologiques de préparation et reconnaissance des molécules d'ADN (voir l'encadré) mais également la possible variabilité de ce matériau.

 
Les étapes de l'utilisation de l'ADN environnementale Désormais les écologues peuvent suivre des traces moléculaires pour repérer des espèces. La clef de cette approche : certaines séquences de fragments d'ADN (« code-barres ADN ») sont caractéristiques d'une espèce. Après avoir recueilli des échantillons dans l'environnement, les opérateurs améliorent leur possibilité de repérer l'ADN par une étape d'amplification de ces molécules (par PCR). Ils comparent ensuite les résultats à des bases de référence de « code-barres » qui leur permettra de retrouver l'espèce.
 
Quid également du relargage de molécules d'ADN adsorbées sur les sédiments alors que l'espèce n'est plus présente dans le milieu ? « Nous évitons de faire des prélèvements en période de crue ou quand il y a de gros relargages pour éviter d'avoir trop de signaux », a avancé Elea Rostaing chargée de projet pour Spygen.

L'utilisation de l'ADN demande également un certain niveau d'expertise. « Avant d'utiliser ce matériau, il faut réaliser une étude préalable de ce que relargue une espèce, à quel taux, dans quel état, etc. Chaque cas est particulier », a, quant à lui, souligné Tristan Lefebure, chercheur au laboratoire d'écologie des hydrosystèmes naturels et anthropisés de l'Université de Lyon 1.

L'interprétation des résultats requière d'importantes compétences en écologie.

Autre difficulté : l'accès à des bases de références exhaustives et la standardisation des méthodes. Aujourd'hui, les laboratoires spécialisés dans ces approches disposent de leurs propres protocoles et remplissent leurs bases de données privées sans toujours alimenter les bases publiques. L'idéal serait que les acteurs collaborent entre eux.

Un nouveau groupe de travail a toutefois été créé en 2019 au Comité européen de normalisation (CEN) pour établir des méthodes basées sur l'ADN et l'ADNe pour l'évaluation de l'état écologique. « Le cadrage de la normalisation au niveau européen risque d'être lâche car la compétition industrielle est intense », a relevé Nicolas Poulet, chargé de mission à la Direction de la recherche, de l'expertise et du développement des Compétences (DREC) de l'OFB.

Les conditions d'un développement vertueux

Au sein du projet Synaqua, des scientifiques se sont livrés à un exercice de prospective : comment développer l'application de ces outils basés sur l'ADNe pour l'amélioration de la protection et la restauration des milieux ? « Si nous voulons aller vers le bénéfice de l'environnement, il ne faudra pas suivre le scénario tendanciel », a souligné Estelle Lefrançois, consultante dans le bureau d'étude environnement Éco in'EAU.

Dans leur scénario vertueux, l'approche avec l'ADN joue un rôle de signal pour identifier les contaminations ou dysfonctionnements, en complément des méthodes traditionnelles qui affinent ensuite le diagnostic sur le site. Autre point important : des aides financières ont permis de contourner les biais et d'accompagner les acteurs.

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