La sonde bbe spectrofluorimétrique (photo 1) est une sonde immergeable qui permet d’obtenir la
concentration en µg équivalent de chl a.L-1
de diverses classes algales, en continu le long de la colonne d’eau. Le principe de mesure repose sur les capacités de fluorescence des algues phytoplanctoniques. La sonde est en effet capable de différencier les principaux groupes phytoplanctoniques (diatomées-dinoflagéllés, algues vertes, cryptophycées, cyanobactéries riches en phycocyanine et un groupe mixte riche en phycoérythrine) sur la base de leurs caractéristiques pigmentaires propres (Moldaenke 2002).
Les algues d’un même groupe phytoplanctonique, contiennent une qualité et quantité de pigments phytosynthétiques similaires. Ainsi, leur spectre d’excitation (avec une longueur d’onde d’émission fixée à 680 nm) est significatif pour chaque classe algale. Il est donc possible de différencier les différents groupes d’algues par leur fluorescence respective et d’obtenir leur concentration, en µg équivalent de chl a /L, en continu le long de la colonne d’eau. La fluoroprobe utilise 5 diodes émettant à différentes longueurs d’onde (450 nm, 525 nm, 570 nm, 590 nm et 610 nm) pour l’excitation de pigments accessoires propres à chaque groupe phytoplanctonique (Tableau I). Chaque classe microalgale ayant une empreinte spécifique, la composition pigmentaire étant différente suivant le groupe algal considéré, il est alors possible de calculer la contribution relative de chaque taxon (chlorophytes, cryptophytes, cyanobactéries, diatomées,) à la biomasse totale (Moldaenke 2002, Beutler et al. 2002, Leboulanger et al. 2002).
Photo 1 La sonde prête à l’emploi
Lors de l’acquisition des données sur le terrain, les informations apparaissent quasi instantanément sur l’écran de l’ordinateur rattaché en surface à la sonde. Les données peuvent être sauvegardées dans la sonde ou transférées sur un ordinateur. Les profils de fluorescence totale obtenus lors de l’année 2008 sont donnés plus loin.
Tableau I Pigments caractéristiques des principales classes algales étudiées et longueur d’onde d’excitation (pics
d’absorption maximaux) de ces pigments
Classes microalgales Pigments Longueur d’onde d’excitation
(nm) Chlorophycées Chl a, b, caroténoïde 450 nm Cyanobactéries Chl a, phycocyanine 610 nm Diatomées Chl a, c, xanthophylle, fucoxanthépéridine 525 nm Cryptophycées ( + cyanobactéries riches en phycoérythrine, typiquement Planktothrix rubescens) Chl a, c, phycoérythrine 570-590 nm
A partir des profils réalisés et de la Figure ci-dessous, et en focalisant plus particulièrement sur le signal des Cryptrophycées + Cyanobactéries rouges, nous pouvons faire les commentaires suivants :
x De février à avril : les concentrations se situent autour de 2 µg.L-1 eq Chloro a et sont réparties de
façon homogènes sur la verticale.
x De mai à septembre : les cyanobactéries se concentrent dans la colonne d’eau au niveau du métalimnion grâce à leurs aptitudes physiologiques (utilisation de faibles intensités lumineuses, utilisation du phosphore, capacité d'adapter leur flottabilité… Jacquet et al. 2005). Les concentrations augmentent progressivement autour de 15 m de profondeur pour passer par un maximum au mois
d’août avec près de 60 µg.L-1. La stratification des cyanobactéries apparaît dès la fin avril, comme en
2007 et contrairement aux années 2004, 2005 et 2006 où elle s’installait plutôt en juillet. Apparition précoce de la stratification des cyanobactéries dès la fin avril, comme en 2007 et contrairement aux années 2004, 2005 et 2006 où le début de la stratification des cyanobactéries se situait plutôt en juillet. Pendant la période de stratification, la profondeur du maximum de biomasse varie entre 9,3 et 18,5 m entre le 29/04 et le 20/10. Il se positionne à des niveaux comparables aux années précédentes.
x D’octobre à décembre : dans un premier temps, les cyanobactéries gagnent l’épilimnion, puis sont entraînées progressivement vers les couches profondes avec le refroidissement des eaux de surface et l’érosion de la thermocline. A noter un début d’homogénéisation vers le haut à la fin du mois de septembre lié à une baisse des températures, suivie d’une restratification en novembre puis d’une homogénéisation complète sur la couche 0 – 30 m avec disparition du pic de biomasse.
Figure 1 Distributions des concentrations en cyanobactéries (µg.L-1 eq Chloro a) au point B au cours de l’année 2008
Tableau II Périodes de stratification de P. rubescens et profondeurs des maxima de biomasse au point B de 2004 à 2007 Période de stratification Profondeur (m) du maximum
de biomasse
début fin mini maxi
2004 30/06 05/10 11,5 15,6
2005 26/07 26/09 10 15
2006 26/07 12/10 14 17
2007 17/04 10/10 12,2 16,7
2008 24/04 20/10 9,3 18,5
Figure 2 Distribution de la biomasse du groupe algal riche en phycoérythrine (P. rubescens + cryptophycées) au lac du
Conséquences sur les pompages en eau potable :
Ces différences de répartition verticale de la biomasse des cyanobactéries ont des conséquences différentes sur les pompages d'eau potable. En été, la présence d'une biomasse importante au niveau de la thermocline ne pose pas de problème puisque les stations de pompage puisent l'eau à 25 m, profondeur supérieure à celle où se trouvent les cyanobactéries. En revanche, en décembre, le risque va devenir plus important car les cyanobactéries colonisent les milieux plus profonds. Elles se trouvent alors en quantité importante au niveau des points de pompage des stations d'alimentation en eau potable des communes d'Aix-les-Bains et de Tresserve. Pendant cette période critique, des contacts réguliers avec la DDASS permettent de prévenir et d'éviter que les cyanobactéries ne posent un problème dans les réseaux de distribution.
Pour étudier l’évolution saisonnière de la biomasse phytoplanctonique à partir des profils de sonde fluorimétrique ; chaque profil est intégré sur une couche d’eau d’une épaisseur correspondant à la couche trophogène (0 – 20 m) dans laquelle se développent la plus grande partie des algues.
Figure 3 Variation saisonnière des concentrations moyennes en Chlorophylle a (µg.L-1) sur la couche trophogène au point
B en 2008 ( choro tot, - - - - "diatomées", -c- "cyanobactéries")
La Figure ci-dessus nous permet d'observer les différentes phases de production de biomasse et de définir les groupes algaux qui y participent. Nous retrouvons les différentes phases observées au § précédent.
A partir des profils réalisés avec la sonde BBE et du graphe ci-dessus, nous pouvons faire les commentaires suivants :
x La persistance des cyanobactéries (2 µg.L-1 de chlorophylle équivalent à environ 3 à 5000 cell.mL-1) en
hiver qui va permettre leur développement très tôt (dès le mois de mai)
x Un premier pic en mai qui correspond au développement printanier des diatomées et au début du bloom de cyanobactéries. Ces observations sont logiques avec la mesure du pic de chlorophylle associé à la consommation de la silice le 29/05 et aux comptages de P. rubescens à 15 m qui passent
de 9000 à 30000 cell.mL-1 entre le 13/05 et le 29/05.
x à partir de juin le peuplement phytoplanctonique est dominé par les cyanobactéries et leur biomasse augmente plus ou moins régulièrement jusqu’à fin novembre.
0 2 4 6 8 10 12 14 1/1 1/4 1/7 30/9 30/12 C hl o rop hy lle µ g .L -1
x Présence le 20/10 d'un pic de biomasse à 17 m mais l'érosion de la thermocline commence à redistribuer les cyanobactéries vers les couches supérieures. Le 20/11, la biomasse des cyanobactéries est quasiment homogène sur une épaisseur de 20 m. Par la suite, elles vont continuer à s’enfoncer et atteindre une profondeur de 35 m en décembre.
Les données de la sonde bbe ont donc reproduit très correctement la distribution de la cyanobactérie P. rubescens. Cette affirmation a été analysée plus finement comme indiquée ci-dessous.
Nous avons comparé en 2008 les compatges cellulaires et les données de la sonde. La Figure ci-dessous illustre le résultat. A noter que si l’on retire le point de comptage le plus élevé, la relation devient très
hautement significative avec r2=0,9.
bbe vs comptage y = 3500,3x - 2155,8 R2 = 0,7847 0 40000 80000 120000 160000 200000 0 10 20 30 40
Figure 4 Relation entre les données issues de la sonde bbe CCLB et du comptage de P. rubescens en 2008
Nous avons également comparé les comptages cellulaires et les données relatives à la sonde entre 2004 et 2008. Pour rappel, les comptages ont été réalisés aux profondeurs discrètes de 2, 10, 15, 20, 30 et 50 m. La bouteille Niskin prélève l’eau sur une hauteur d’eau d’environ 70 cm sous la profondeur choisie si bien que nous avons donc considéré pour les données de la sonde bbe une valeur moyenne comprise entre la profondeur réelle et jusqu’à 70 cm sous cette dernière. Pratiquement, nous avons obtenu et utilisé entre 3 et 7 valeurs discrètes à partir des données de la sonde que nous avons donc moyennées. La Figure 2 ci-dessous illustre la relation entre les données de la sonde et du comptage. Aucune valeur n’a été enlevée.
y = 2620,2x + 322,77 R2 = 0,7142 0,0E+00 2,0E+04 4,0E+04 6,0E+04 8,0E+04 1,0E+05 0 5 10 15 20 25 30 35 bbe Fluoroprobe (µg/L) P. r ubescens (cell/mL)
Figure 2 Relation entre les données issues de la sonde bbe CCLB et du comptage de P. rubescens sur la période 2004-
2008
Les autres populations phytoplanctonique susceptibles d’expliquer le signal obtenu par la sonde sont les Cryptophycées et les picocyanobactéries riches en phycoérythrine. Les données du suivi phytoplanctonique ont en effet révélé que les Cryptophycées peuvent à certains moments avoir une abondance relativement élevée, et elles sont gloablement présentes toute l’année. La stratégie d’échantillonnage opérée pour le phytoplancton et la sonde ne permet pas de comparer facilement ces données. Par contre, une telle comparaison était possible avec les picocyanobactéries analysées comme P. rubescens aux différentes profondeurs 2, 10, 15, 20, 30 et 50 m. Les picocyanobactéries fortement représentées tout au long de l’année comme cela est évoqué dans la partie relative à la boucle microbienne ont donc également été comparés au signal de la sonde comme défini ci-dessus pour P. rubescens. La Figure ci-dessous montre la relation entre les données de la sonde CCLB et du comptage.
0,E+00 2,E+05 4,E+05 6,E+05 8,E+05 0 5 10 15 20 µg/L chla redcya Pi cocyanobactér ies (cell /m l)
Figure 3 Relation entre les données issues de la sonde bbe et du comptage des picocyanobactéries sur la période 2004-
2008
Aucune relation n’a été trouvée entre les données de la sonde et les picocyanobactéries riches en phycoérythrine suggérant que ces dernières n’interviennent pas ou peu dans le signal de la sonde et que ce dernier est donc fortement lié à P. rubescens.