212 - Bilan de santé des écosystèmes aquatiques dans le sud du Québec

La décomposition est une fonction essentielle des écosystèmes aquatiques qui peut être compromise par les perturbations anthropiques telle que la contamination de métaux lourds. Les impacts négatifs d'une contamination due aux métaux lourds sur la décomposition de débris végétaux qui couvrent le sol (litière de feuilles) peuvent être liés à une diversité réduite d'organismes décomposeurs. Cependant, peu d'études ont examiné l'influence de la contamination de métaux lourds sur différentes composantes des communautés de décomposeurs, plus particulièrement sur les bactéries et les champignons. Nous avons examiné de quelle manière une contamination au cuivre affecte la relation entre la décomposition des feuilles de la litière et la diversité des bactéries, champignons et invertébrés dans de petits ruisseaux. Pendant l'automne 2014, nous avons incubé des sacs remplis de litière de feuilles d'aulnes dans six ruisseaux (Québec, Canada). Trois des ruisseaux étudiés sont contaminés par des sites miniers abandonnés (fermés depuis 60-100 ans) et des sacs des feuilles ont été placés en amont et en aval de l'emplacement des mines. De plus, des sacs de feuilles ont été installés dans trois ruisseaux intacts, à proximité des ruisseaux contaminés, afin de servir de référence. Le taux de décomposition des feuilles a été comparé pour les sacs de feuilles avec ou sans macroinvertébré et lié à la diversité des communautés d'organismes décomposeurs.

Des analyses de lisier de porc ont démontré la présence de résidus de d'antibiotiques de la famille des tétracyclines et que ces substances persistaient dans les champs et qu'elles pouvaient migrer vers les eaux de drainage qui se déversent dans les cours d'eau environnant. De plus, l'utilisation de spectrométrie de masse à haute résolution a aussi permis d'identifier et de mesurer des sous-produits de ces tétracyclines qui apparaissent souvent à des concentrations plus élevées que les molécules parentes. Par ailleurs, on a aussi identifié et confirmer la présence de substances non-ciblées, notamment la medroxyprogestérone (hormone stéroïdiennes) et la ractopamine (un beta-agoniste – d'utilisation interdite dans plusieurs pays mais pas ici). Les travaux soulignent l'importance d'évaluer le devenir environnemental des molécules utilisées ainsi que leurs produits de transformation.

De nos jours, la pollution aquatique est une problématique très préoccupante à travers le monde. Afin de permettre la détection de la toxicité de l'eau, de nombreux tests et appareils ont été développés au cours des dernières années, mais leur utilisation courante est encore très restreinte. En effet, les principales contraintes telles que la non portabilité, le coût élevé et la complexité d'utilisation en font des tests qui ne sont pas utilisés à grande échelle. Afin de répondre à cette problématique, nous avons développé un prototype de laboratoire sur puce permettant de détecter la toxicité globale d'échantillons d'eau, et ce, de façon simple, rapide et peu coûteuse. Ce test est basé sur l'utilisation du phytoplancton, organismes réputés pour leur sensibilité à divers polluants, comme bioindicateurs de la toxicité de l'eau. Plus particulièrement, l'inhibition de l'activité photosynthétique, mesurée par la modification de la fluorescence émise, est utilisée comme indicateur. Nous présenterons donc, les étapes de développement de notre dispositif et quelques exemples d'utilités du phytoplancton comme organismes sensibles à la toxicité de l'eau. Finalement, nous discuterons des étapes restantes à franchir pour le développement d'un dispositif plus évolué qui puisse être utilisé par tous afin d'évaluer la toxicité de plusieurs types d'échantillons d'eau (potable, rivières, rejets industriels, rejets municipaux, …).

Quinze années d'observations dans une centaine de lacs de premier ordre des les Laurentides montrent que le lien entre la concentration estivale en phosphore total (PT) dans l'épilimnion et l'occupation humaine du bassin versant est très ténu (moins de 5% de la variance). D'autres propriétés telles la profondeur moyenne et l'importance des milieux humides expliquent une grande partie de la variance du PT. Cependant, l'abondance totale des herbiers submergés, telle qu'estimée par échosondage à des profondeurs optiquement définies, est étroitement corrélée à l'occupation humaine de la ceinture littorale. Ces résultats suggèrent que l'eutrophisation des lacs du Bouclier canadien ne procède pas selon les modèles établis. Les métriques classiques de l'eutrophisation telles la transparence, les concentrations en phosphore, en azote et en chlorophylle planctonique de la colonne d'eau sont de mauvais indicateurs de l'impact humain sur les lacs de villégiature.

L'explosion des cyanobactéries, dont certaines sont potentiellement toxiques, a encore fait la manchette des journaux québécois en ce début du 21^e siècle. La prolifération de ces algues, phénomène caractéristique des lacs eutrophes et hypereutrophes, est souvent associée à l'excès de nutriments dans les eaux de surface, alimentées par des apports externes. Mais actuellement, dans plusieurs lacs, les apports externes de nutriments sont trop faibles pour expliquer les efflorescences des cyanobactéries. Une des hypothèses pour expliquer cette situation est le réchauffement global de la planète. En effet, l'eau chaude, outre de favoriser la croissance des cyanobactéries nocives, stabilise la colonne d'eau. Toutefois, les changements climatiques augmentent la fréquence et l'intensité des vents, des rafales et orages qui induisent des instabilités verticales dans la colonne d'eau. La recherche a permis d'illustrer comment ces deux phénomènes, apparemment antagonistes, peuvent moduler la distribution des nutriments et des cyanobactéries dans la colonne d'eau à très court terme, au cours d'une période de 24 heures.

Le mercure inorganique se retrouve dans nos lacs du sud du Québec, peut s'y transformer en méthylmercure (MeHg), une neurotoxine, et être bioamplifié le long des réseaux trophiques. Sa concentration est suffisamment élevée au sein des poissons prédateurs pour causer des avis de consommation à la population. On considère habituellement que la grande majorité du MeHg est absorbé durant la digestion humaine. Nous avons conduit des expériences par simulation in vitro afin de mieux comprendre si la bioaccessibilité gastro-intestinale du MeHg peut être modifiée par le mode de cuisson ou la co-ingestion d'aliments. Nous avons établi que le poisson cru était beaucoup plus bioaccessible que le poisson frit ou bouilli. Nous posons l'hypothèse que la température modifie la conformation des protéines auxquelles peut s'associer le MeHg et modifie sa solubilité. De plus, la co-ingestion de café ou de thé provoque également une baisse importante de bioaccessibilité.  La bioaccessibilité est minimale lorsqu'on cuit le poisson et qu'on le digère en présence de café. Nous avons identifié des phytoéléments contenus dans différents aliments et qui diminuent significativement la bioaccessibilité. Ces recherches indiquent donc la bioaccessibilité du MeHg est grandement modifiée par le mode de cuisson et la co-ingestion d'aliments. Des validations in vivo seront nécessaires afin d'établir si les baisses de bioaccessibilité observées in vitro mènent à une baisse d'accumulation du MeHg chez l'humain.



L'hétérogénéité de l'habitat est un facteur déterminant de la structure des communautés zooplanctoniques. Cependant, l'échelle à laquelle cette hétérogénéité a le plus d'influence sur les communautés zooplanctoniques est mal connue. L'objectif principal de cette étude est de déterminer à quelle échelle la structure de l'habitat a le plus d'influence sur la diversité taxonomique et fonctionnelle (DF) des communautés zooplanctoniques. L'échantillonnage du zooplancton et de la végétation aquatique submergée (VAS) a eu lieu dans 25 stations au Lac Saint-Pierre, où des changements importants dans le couvert de VAS ont été observés, altérant ainsi l'hétérogénéité de l'habitat. L'hétérogénéité locale de l'habitat a été mesurée avec des photographies subaquatiques alors que l'hétérogénéité de l'habitat à plus grande échelle sera calculée à l'aide de photos aériennes. Des indices de complexité ont été appliquées à différentes échelles autour des stations. Les traits fonctionnels du zooplancton ont été utilisés pour estimer la DF des communautés zooplanctoniques. Nos résultats préliminaires suggèrent que la structure de la VAS mesurée par photos subaquatiques explique 7,5% de la variation dans la composition des communautés zooplanctoniques et 3,4% de la DF du zooplancton à une échelle locale. Les images aériennes permettront de mettre en lumière l'importance de l'hétérogénéité spatiale à l'échelle du paysage dans la structuration des communautés zooplanctoniques des lacs peu profonds. 

Le modèle conceptuel du « Flood Pulse Concept » stipule que la majorité de la productivité d'une rivière est dérivée de sa plaine inondable. Cependant, plusieurs études ont démontré une grande variabilité de la contribution trophique de la plaine inondable (CTPI) à la productivité de la faune ichtyenne d'une rivière. Afin de quantifier cet apport, nous avons modélisé la productivité en zooplancton et invertébrés benthiques de la plaine inondable du lac St-Pierre. Par la suite, nous avons examiné les variations spatiales et temporelles de la CTPI à la communauté de poissons à l'aide de l'approche isotopique. Les résultats montrent que les habitats naturels sont plus productifs que les habitats agricoles. De plus, la durée et l'amplitude de la crue affectent positivement la productivité de la plaine inondable. Les ratios isotopiques des invertébrés capturés dans la plaine inondable (≈ -34‰) diffèrent grandement de ceux observés chez les individus capturés dans le lac Saint-Pierre (≈ -21‰), permettant ainsi l'utilisation de l'approche isotopique. L'importance de la CTPI diminue en fonction de la distance à la rive à laquelle le spécimen a été capturé ainsi qu'en fonction de sa date de capture. Pour la perchaude (P. flavescens), la CTPI est plus importante chez les individus de petite taille comparativement à ceux de grande taille. Nos résultats démontrent donc que la CTPI est saisonnière, mais constitue un apport crucial en début de période de croissance pour un grand nombre d'espèces.

Le développement de la ville de Laval dans les dernières décennies a profondément changé le paysage de l'île Jésus. Cet étalement urbain affecte les écosystèmes aquatiques comme les ruisseaux présents près des zones urbaines qui sont parmi les plus vulnérables. Afin de déterminer l'effet de cette urbanisation rapide, sept cours d'eau sur le territoire de Laval ont été caractérisés en 2014 et 2015. À tous les 500 m à partir de l'embouchure, l'hydrologie des ruisseaux, l'état des bandes riveraines, de l'eau, des habitats aquatiques ainsi que celui des communautés de poissons et de macroinvertébrés benthiques (MIB) ont été évalués. Ces paramètres ont été mis en relation avec l'utilisation des terres dans un corridor de 400 m autour de chaque ruisseau. Suivant un gradient d'urbanisation, des communautés composées d'espèces de plus en plus tolérantes et de faibles diversités sont retrouvées aux sites étudiés. Seules quelques dizaines d'individus d'espèces de MIB sensibles et trois espèces de poissons intolérantes à la pollution ont été retrouvés sur tout le territoire. Les résultats obtenus suggèrent que les ruisseaux de Laval, bien que respectant les normes environnementales pour de tels habitats, sont des environnements fortement touchés, méritant une attention particulière lors du développement urbain en cours de la ville de Laval.

Suite au déclin important des populations de perchaudes depuis la fin des années 1990, en raison de leur important intérêt commercial et sportif, un moratoire de cinq ans sur toute forme de pêche a été imposé en 2012 au lac Saint-Pierre (LSP). Or, malgré l'implantation de ce moratoire, l'incapacité de rétablissement des populations semble persister. La présente étude vise à évaluer l'hypothèse que cette incapacité de rétablissement soit en partie attribuable à l'impact de la contamination chimique sur la reproduction. Ce projet de doctorat comporte quatre axes qui permettront ultimement d'évaluer les menaces chimiques qui pèsent sur la santé des herbiers et des perchaudes du LSP. Dans un premier temps, nous effectuerons un aperçu global de la contamination dans l'eau, les sédiments et les tissus de perchaudes au LSP. Le second objectif porte sur le transfert maternel et le suivi ontologique du méthylmercure, hautemement bioamplifiable, ainsi que des retardateurs de flamme halogénés, perturbateurs endocriniens, chez la perchaude. Des expériences en microcosmes permettront ensuite d'étudier l'impact du glyphosate, un herbicide à large spectre, sur les biofilms périphytiques, source d'alimentation des macroinvertébrés benthiques dont se nourrissent les jeunes perchaudes. Enfin, nous évaluerons le transfert des néonicotinoïdes, nouvelle famille d'insecticides soupçonnée d'être responsable du déclin des colonies d'abeilles, des terres agricoles inondées vers les réseaux trophiques du LSP. 

L'explication de la distribution des individus en milieu naturel en tenant compte du succès adaptatif est un défi majeur en écologie. L'abondance d'individus à un endroit ne permet pas, à elle seule, d'identifier les conditions qui sont bénéfiques pour une espèce. En effet, certains sites peuvent avoir une grande abondance d'individus sans avoir des conditions environnementales favorables simplement dû au fait qu'ils sont proches de sites de qualité. L'utilisation d'indicateurs écophysiologiques de stress (IES) a été proposée pour mieux expliquer les mécanismes de distribution des individus, dont les poissons en rivière. Il a été démontré chez les poissons que l'élévation du cortisol dans le plasma et du glucose et du lactate dans le sang, suite à un évènement stresseur, peut varier entre les individus et constituerait un IES. Les objectifs du projet sont de tester deux hypothèses: Les IES devraient varier; 1) entre des espèces différentes fréquentant un même environnement et; 2) entre des endroits caractérisés par des conditions environnementales distinctes. Des populations de poissons de rivière seront échantillonnées au Québec et leur réponse au stress de la capture sera évaluée ainsi que les conditions environnementales. Cette recherche développera les connaissances fondamentales du stress chez les animaux en nature et permettra, entre autres, le développement de nouvelle méthode visant l'évaluation de la qualité d'habitat.

Les néonicotinoïdes (NEOCs) sont des insecticides incorporés dans l'enrobage des semences pour lutter contre les insectes ravageurs en agriculture. Par le lessivage des terres agricoles, les NEOCs se retrouvent dans les cours d'eau à des concentrations dépassant le critère établi pour le maintien de la vie aquatique (0,0083µg/l). Ainsi, l'agriculture intensive du maïs ou du soya qui se fait au sud du lac St-Pierre (LSP) pourrait avoir des conséquences majeures pour la perchaude (Perca flavescens), une espèce dont la population est en situation précaire dans le LSP. Les objectifs de cette étude sont de i) vérifier les effets des NEOCs sur la survie et le développement des jeunes stades de perchaudes et ii) déterminer s'ils interagissent avec les rayons UV. Les UV sont potentiellement très dommageables en eau peu profonde, comme c'est le cas dans le LSP, ce qui pourrait accentuer leurs effets ou modifier leur action sur les jeunes perchaudes. Nos premiers résultats permettent de croire que les rayons UV agiraient en synergie avec les néonicotinoïdes en accentuant la mortalité des larves. Les prochaines expériences permettront de déterminer si les produits photodégradés des NEOCs sont d'une toxicité égale ou supérieure au contaminant lui-même.