ER 4 – Fonctionnement des écosystèmes terrestres anthropisés

Responsables de l’équipe : Christophe WATERLOT et Damien CUNY

Les écosystèmes anthropisés et dégradés se caractérisent notamment par des contaminations qui peuvent être historiques, complexes et à très grande proximité de la population. Dans ces contextes, il est nécessaire de disposer d’un panel d’approches complémentaires afin d’améliorer les connaissances sur les contaminations, le devenir des polluants et de leur dispersion dans les écosystèmes, de contribuer à l’amélioration de la fonctionnalité des milieux dégradés et de prévenir, réduire les dangers environnementaux et sanitaires. Ces travaux répondent à des attentes sociétales récentes, de plus en plus importantes, ainsi qu’à des enjeux économiques dans des milieux aussi variés que les milieux urbains, agricoles ou forestiers.

Pour répondre à ces enjeux scientifiques et sociétaux, les travaux de l’ER 4 sont axés sur le diagnostic et l’évaluation de l’état des écosystèmes, la définition de nouveaux indicateurs d’exposition et/ou d’effet des polluants, la gestion de la biodiversité, l’ingénierie écologique. La problématique nécessite également de développer une approche multi-échelle, du moléculaire au paysage et s’appuie sur des expérimentations en microcosmes, en mésocosmes, en sites ateliers et in situ.

Les champs de compétences de l’équipe ER4 sont variés et complémentaires :

la caractérisation et l’analyse des sols et des sédiments en milieux agricoles, urbains et forestiers,
la caractérisation taxonomique et fonctionnelle des communautés fongiques, floristiques et faunistiques du sol (méso et macrofaune),
la mesure des activités biologiques dans les sols et de biomarqueurs de toxicité (macrofaune et végétaux),
l’évaluation de l’imprégnation de la végétation (naturelle et cultivée) et de la pédofaune par les polluants (polluants inorganiques et organiques),
la détermination des traits fonctionnels,
la biosurveillance végétale et fongique de la qualité de l’air,
l’évaluation de l’exposition des populations en lien avec l’ingestion et l’inhalation des particules de sols et de poussières contaminées, la consommation de denrées produites sur des sites pollués,
l’étude des inégalités territoriales sanitaires, sociales, environnementales grâce à des analyses statistiques et géostatistiques.

Les travaux de recherches de l’ER4 s’articulent autour de 4 thèmes principaux :

Thème 1 : Diagnostic et évaluation de l’état de fonctionnement des écosystèmes perturbés

Ce thème vise à évaluer le fonctionnement des écosystèmes terrestres dégradés, à différentes échelles d’observation. La démarche s’appuie sur :

le monitoring et la bioindication des écosystèmes en tenant compte de leur degré de contamination, de l’évolution des territoires et de leurs usages, et en considérant le changement climatique,
la caractérisation des interactions entre divers compartiments de la biodiversité,
la définition d’indices de qualité des milieux, en interaction avec les gestionnaires de milieux naturels et les organismes impliqués sur cette problématique,
une contribution à l’établissement de liens entre les effets toxiques constatés sur les organismes du sol, via les biomarqueurs, et ceux observés sur les populations et les écosystèmes (indices fonctionnels et biofonctionnels).

Une des finalités est de renseigner sur le fonctionnement des écosystèmes et leur évolution par une analyse croisée des données issues de la caractérisation des milieux (sols, air, eau, pédofaune, végétaux, fonge) et de leurs usages. La démarche repose notamment sur l’utilisation d’outils tels que la géomatique, l’analyse statistique, la bio-informatique et la modélisation.

Thème 2 : Etude du comportement et devenir des polluants dans les écosystèmes perturbés

Les recherches se focalisent sur l’étude des comportements des polluants dans les sols en considérant les paramètres physico-chimiques et biologiques, la nature et le degré d’évolution des matières organiques. Elles visent aussi à développer une approche mécanistique sur les interactions entre des polluants en mélange et des organismes végétaux et animaux, au travers de l’observation conjointe de la biodisponibilité des polluants et du fonctionnement des organismes (toxicologie, traits de vie). La prise en compte des contaminations multiples implique d’amplifier l’étude des transferts de polluants émergeants (nanoparticules), de développer celle de polluants organiques (pesticides, notamment dans les sols urbains) et d’intégrer de nouvelles préoccupations (micro-plastiques).

Thème 3 : Développement d’outils moléculaires

En complément des outils taxonomiques classiques, ce thème a pour objectif de développer, au moyen d’outils moléculaires, les capacités à identifier des organismes du sol (faune et fonge). La démarche vise également à caractériser d’une part, les relations entre les réponses de biomarqueurs et traits de vie et d’autre part, la variabilité d’expression de biomarqueurs ou batteries de biomarqueurs chez des organismes modèles selon le stade de développement des individus (larve, juvénile, adulte), leur sexe, les paramètres physico-chimiques des matrices d’exposition et les variabilités saisonnières. Ces travaux de développement d’outils de diagnostic, de suivis écotoxicologiques, d’évaluation et de caractérisation de la biodiversité doivent permettre l’établissement de recommandations en termes de diagnostics et de gestion d’écosystèmes perturbés.

Thème 4 : Évaluation de l’exposition des populations et des inégalités territoriales en matière de santé / environnement

Le premier enjeu de ce thème est d’identifier et de comprendre les mécanismes de transfert des polluants vers l’Homme, de développer des méthodes réalistes de mesure de leur bioaccessibilité et de préciser les voies d’exposition. Les travaux développés visent à analyser au moyen d’outils statistiques et géostatistiques les liens entre santé et environnement à l’échelle du territoire en se basant sur la mise au point d’indices agrégés, composites ou intégrés. Confrontées aux indicateurs socio-économiques, la mise en relation des données environnement - santé peut mettre en évidence des inégalités territoriales et proposer des outils d’aide à la décision pour les gestionnaires.