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National audience; Les résidus médicamenteux sont peu éliminés par les stations de traitement des eaux usées (STEU) et se retrouvent dans les écosystèmes aquatiques provoquant une contamination chronique persistante des eaux de surface et des sédiments. Parmi ces résidus, les antibiotiques peuvent également s'accumuler dans le biote et ont été détectés à tous les niveaux du réseau trophique (Aubertheau et al. 2017). Dans l'environnement, la présence d'antibiotiques est en particulier susceptible d'altérer les fonctions et la structure des communautés microbiennes et plus spécifiquement d'exercer une pression de sélection sur les bactéries, avec un risque avéré de développement d'antibiorésistances. Dans ce contexte, nous appliquons une approche multi-compartiments (eau de surface, périphyton, sédiment) et multi-sites incluant des écosystèmes lotique (rivière Arve) ou lacustre (lac Léman) afin de comparer la réponse des communautés microbiennes naturelles issues de sites présentant des expositions contrastées aux résidus de médicaments en provenance de STEU. Pour chaque site étudié, nous avons évalué le potentiel fonctionnel des communautés microbiennes du périphyton et des sédiments (photosynthèse, activités hétérotrophes extra-cellulaires) ainsi que leur tolérance à 2 antibiotiques (ciprofloxacine, sulfaméthazine) suivant une approche PICT et leur capacité à biodégrader les sulfonamides. Ces analyses biologiques seront complétées par l'étude du résistome et de la structure des communautés puis mises en relation avec les concentrations des résidus médicamenteux dans le périphyton, les sédiments et les eaux de surface. Les premiers résultats ont notamment mis en évidence dans le lac Léman une plus forte tolérance microbienne à la ciprofloxacine au site proche du rejet de STEU qu'au site plus protégé. Ces premiers résultats seront complétés et contribueront à une meilleure connaissance de la répartition des antibiotiques et des antibiorésistances dans les différents compartiments aquatiques ainsi qu'à une meilleure compréhension des liens entre structure du résistome et fonctions associées à ces résistances (tolérance ou biodégradation) chez les communautés microbiennes.

National audience; Les résidus médicamenteux sont peu éliminés par les stations de traitement des eaux usées (STEU) et se retrouvent dans les écosystèmes aquatiques provoquant une contamination chronique persistante des eaux de surface et des sédiments. Parmi ces résidus, les antibiotiques peuvent également s'accumuler dans le biote et ont été détectés à tous les niveaux du réseau trophique (Aubertheau et al. 2017). Dans l'environnement, la présence d'antibiotiques est en particulier susceptible d'altérer les fonctions et la structure des communautés microbiennes et plus spécifiquement d'exercer une pression de sélection sur les bactéries, avec un risque avéré de développement d'antibiorésistances. Dans ce contexte, nous appliquons une approche multi-compartiments (eau de surface, périphyton, sédiment) et multi-sites incluant des écosystèmes lotique (rivière Arve) ou lacustre (lac Léman) afin de comparer la réponse des communautés microbiennes naturelles issues de sites présentant des expositions contrastées aux résidus de médicaments en provenance de STEU. Pour chaque site étudié, nous avons évalué le potentiel fonctionnel des communautés microbiennes du périphyton et des sédiments (photosynthèse, activités hétérotrophes extra-cellulaires) ainsi que leur tolérance à 2 antibiotiques (ciprofloxacine, sulfaméthazine) suivant une approche PICT et leur capacité à biodégrader les sulfonamides. Ces analyses biologiques seront complétées par l'étude du résistome et de la structure des communautés puis mises en relation avec les concentrations des résidus médicamenteux dans le périphyton, les sédiments et les eaux de surface. Les premiers résultats ont notamment mis en évidence dans le lac Léman une plus forte tolérance microbienne à la ciprofloxacine au site proche du rejet de STEU qu'au site plus protégé. Ces premiers résultats seront complétés et contribueront à une meilleure connaissance de la répartition des antibiotiques et des antibiorésistances dans les différents compartiments aquatiques ainsi qu'à une meilleure compréhension des liens entre structure du résistome et fonctions associées à ces résistances (tolérance ou biodégradation) chez les communautés microbiennes.

Le développement d'outils permettant d'établir in situ des liens entre la présence de contaminants et la réponse des communautés aquatiques exposées représente un enjeu important en vue d'appréhender plus finement l'impact de ces substances sur la qualité écologique des milieux aquatiques récepteurs. Cela est particulièrement vrai au niveau du compartiment sédimentaire qui reste peu pris en compte dans l'évaluation de la qualité écologique et écotoxicologique des milieux aquatiques. L'exposition chronique des communautés aquatiques aux contaminants peut se traduire par la sélection d'espèces tolérantes et par des phénomènes d'adaptation génétique ou physiologique. Au sein des communautés microbiennes, ces processus peuvent engendrer l'acquisition et le développement de capacités de tolérance, conformément au concept PICT (« Pollution Induced Community Tolerance »). L'étude de ces capacités adaptatives, généralement assez spécifiques d'un composé ou d'une famille de composés, peut permettre d'établir des liens entre exposition et effets biologiques sur les communautés microbiennes. Appliquée aux sédiments, l'approche PICT pourrait ainsi renseigner sur l'impact écotoxicologique des contaminants sur les communautés microbiennes associées à ce compartiment et sur ses conséquences sur la qualité écologique des milieux aquatiques Dans ce contexte, nous avons développé une approche PICT pour évaluer l'impact de contaminants métalliques sur les communautés microbiennes sédimentaires. Le couplage entre, d'une part, des campagnes d'échantillonnage en milieu lotique et lacustre et, d'autre part, des développements méthodologiques en laboratoire, nous a ainsi permis de proposer une méthodologie robuste, détaillée dans le présent rapport. Celle-ci tient compte de toutes les étapes, depuis l'échantillonnage jusqu'à l'analyse des courbes dose-réponse permettant de déterminer les niveaux de tolérance. Développée en prenant comme modèle le cuivre, cette méthodologie est applicable à d'autres types de composés métalliques. La mise en oeuvre de cette méthode dans différents écosystèmes (lac Léman, rivières en région Auvergne-Rhône-Alpes) a permis de démontrer son fort potentiel opérationnel pour répondre au besoin de marqueurs biologiques d'exposition dans le compartiment sédimentaire afin de compléter les méthodes de bioindication existantes, peu adaptées à la problématique des contaminants toxiques. A ce stade, elle est par exemple directement applicable pour suivre l'évolution temporelle de la qualité écotoxicologique d'une station donnée, dans un contexte de dégradation ou au contraire d'amélioration de la qualité chimique en lien avec la contamination métallique (par ex. pour évaluer l'efficacité de mesures visant à réduire localement l'impact de ce type de contamination). En complément, notre travail fait ressortir deux perspectives principales d'amélioration de cette approche pour renforcer son caractère opérationnel. Sur la base de la méthode développée, la première concerne la définition de valeurs-seuils d'exposition à partir des niveaux de tolérance mesurés, afin de s'affranchir du besoin de mettre en oeuvre une démarche de comparaison relative, basée sur la comparaison de la tolérance d'une communauté microbienne exposée avec celle d'une communauté « de référence ». La deuxième concerne l'élaboration d'une méthode permettant de s'affranchir de « l'effet matrice » en passant par une étape de détachement des communautés microbiennes du sédiment avant la réalisation des tests de toxicité visant à mesurer les niveaux de tolérance. Une telle méthode offrirait également la possibilité de miniaturiser les protocoles et de les automatiser, ce qui pourrait grandement faciliter son transfert opérationnel. Nous avons travaillé sur ce point en proposant une première méthode de détachement microbienne très prometteuse. Des recherches supplémentaires sont néanmoins nécessaires pour vérifier que cette méthode est applicable à tout type de sédiment et qu'elle ne fausse pas les conclusions fournies par les résultats des approches PICT.

National audience; Les sédiments ont un rôle écologique essentiel pour de nombreuses espèces aquatiques. Toutefois, leur capacité à capter les polluants persistants peut participer à long terme à la contamination des milieux aquatiques. Aussi, afin de mieux prendre en compte les impacts écotoxicologiques de la contamination des sédiments et appréhender le risque écologique qui en découle, il est important de disposer de méthodes d'évaluation robustes. Cet article présente la contribution d'un groupe franco-suisse réunissant chercheurs, gestionnaires et représentants de bureaux d'études qui ont travaillé ensemble afin de dresser un état des lieux et formuler des recommandations pour mieux caractériser la contamination des sédiments, les niveaux d'exposition des communautés benthiques et les effets possibles sur ces espèces.

National audience; Dans les écosystèmes lacustres, les sédiments et les organismes benthiques jouent un rôle important dans les cycles biogéochimiques et contribuent aux réseaux trophiques. L'évaluation des risques et des effets écotoxicologiques sur les organismes du sédiment repose essentiellement sur l'utilisation de populations modèles (tests de toxicité au laboratoire ou encagement in situ). Compléter ces approches par l'étude des réponses aux contaminants à l'échelle de communautés naturelles permettrait de renforcer la dimension écologique de l'évaluation des risques en considérant les effets sur les diversités phylogénétique et fonctionnelle. Cela ouvrirait de nombreuses perspectives pour mieux évaluer l'impact des contaminants sur les communautés benthiques et leurs conséquences sur le fonctionnement des écosystèmes lacustres. Afin d'évaluer in situ les impacts écotoxicologiques à l'échelle des communautés, une étude collaborative internationale combinant des approches complémentaires d'écologie, d'écotoxicologie et de chimie a été menée sur le lac Léman. La variabilité spatio-temporelle des communautés de sédiment de surface a été étudiée pour huit stations d'échantillonnage réparties sur le lac et exposées à une large gamme de contamination par des métaux et des composés organiques. Les caractéristiques structurelles et fonctionnelles des communautés bactériennes étudiées sont relativement stables dans le temps au sein de chaque site mais diffèrent selon les sites considérés. Pour les communautés bactériennes hétérotrophes, une acquisition de tolérance au cuivre a été mise en évidence suivant le concept du PICT (pollution-induced community tolerance) pour les sites présentant les plus fortes concentrations de cuivre. Pour les communautés d'invertébrés, la distribution relative des espèces sensibles et tolérantes était corrélée aux niveaux de contamination. Ces résultats mettent en évidence la pertinence d'étudier les effets de contaminants à l'échelle des communautés et la complémentarité des différentes mesures de structure et de fonctions déployées pour évaluer la qualité des sédiments dans les lacs et plus généralement pour les sédiments des écosystèmes aquatiques continentaux.

National audience; La biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes sont régulièrement menacés par la présence d'une grande variété de polluants à des concentrations variables. Cette diversité des contaminants ainsi que leurs faibles concentrations peut compliquer l'identification des contaminants néfastes pour l'écosystème. Dans ce contexte, l'étude des communautés microbiennes peut fournir des outils et concepts intéressants afin d'identifier les contaminants altérant la structure ou le fonctionnement des communautés et ainsi estimer leur impact potentiel sur l'écosystème. En effet, la pollution chronique des écosystèmes agit comme une pression de sélection sur les communautés microbiennes, entraînant la disparition des espèces sensibles et favorisant les espèces résistantes. In fine, cette selection naturelle entraîne une augmentation de la tolérance de toute la communauté au contaminant auquel elle a été exposée, suivant le principe de l'acquisition de tolérance induite par la contamination (PICT : "Pollution induced community tolerance") popularisé par Blanck et al. (1988). En écotoxicologie des communautés microbiennes (notamment aquatiques), ce phénomène est utilisé comme une méthode a priori de détection des contaminants. Ainsi, plusieurs études ont mis en évidence le lien entre augmentation de la tolérance microbienne à un pesticide (e.g. diuron, Pesce et al., 2016) ou à un métal et la présence de ce contaminant dans l'environnement, en concentration et/ou fréquence suffisante pour induire des changements dans la communauté microbienne. Néanmoins, le développement de cette approche fait face à plusieurs défis méthodologiques et conceptuels. Tout d'abord, l'établissement de niveaux de tolérance de référence semble essentiel pour appliquer l'approche PICT en s'affranchissant de la comparaison avec un site de référence. Cela ne peut se faire sans une campagne à large échelle, incluant de nombreux sites de référence bien caractérisés et basée sur des tests de toxicité aiguë standardisés et adaptés aux communautés étudiées (périphyton, communauté microbienne attachée aux sédiments). Ensuite, les conséquences d'une acquisition de tolérance à un polluant pour le fonctionnement de la communauté microbienne ou de l'écosystème sont inconnues. En effet, l'approche PICT n'apporte aucune information sur l'état des communautés microbiennes ou leur vulnérabilité. D'une part, l'acquisition de tolérance à un contaminant peut protéger la communauté microbienne d'une contamination similaire suivant le principe de co-tolérance. D'autre part, le « coût » de l'adaptation permettant une augmentation de la tolérance de la communauté est généralement associée à une perte de biodiversité qui pourrait augmenter la vulnérabilité des communautés en cas de stress multiple (Loreau & de Mazancourt, 2013). Plusieurs études ont mis en avant le concept de co-tolérance microbienne entre différents stresseurs (Bonnineau et al., 2012; Tlili et al., 2010) mais des connaissances supplémentaires sont nécessaires pour évaluer plus largement la vulnérabilité à d'autres stresseurs d'une communauté microbienne résistantes à la contamination. Cette présentation a pour objectif de présenter le concept du PICT à travers quelques exemples pour ensuite proposer une discussion sur les liens entre adaptation, acquisition de tolérance, biodiversité et vulnérabilité des communautés microbiennes.

Bien que de nombreux métaux s'accumulent dans les sédiments, les connaissances sur la réponse des communautés microbiennes benthiques à cette contamination sont rares. En prenant comme modèle le cuivre (Cu), cette étude en microcosmes visait à caractériser les processus d'adaptation de ces communautés à une exposition chronique réaliste au Cu (~50 mg Cu kg-1, 21 jours). Les liens entre changements de diversité et augmentation de la tolérance en réponse à cette exposition ont été appréhendés en couplant une méthode de séquençage haut débit sur une région du gène codant l'ARNr 16S avec une approche PICT (pollution induced community tolerance). Nos résultats montrent qu'une exposition chronique au Cu impacte fortement la diversité des communautés microbiennes en termes de richesse, d'équitabilité, de structure génétique et de composition taxonomique. Cette modification de diversité s'est accompagnée d'une augmentation de la tolérance de la communauté au Cu, illustrée par l'augmentation des CE50 obtenues lors des tests de toxicité sur les activités β-glucosidase et phosphatase. Pour compléter notre approche, nous avons également prévu de caractériser les mécanismes génétiques impliqués dans la résistance au Cu par l'analyse ultérieure de l'abondance des gènes cusA et copA à l'échelle de la communauté. En résumé, les résultats de cette étude confirment que l'exposition au Cu favorise le développement des microorganismes tolérants au détriment des taxons plus sensibles. Par conséquent et en raison de la forte implication des communautés microbiennes benthiques dans les cycles biogéochimiques, ces modifications de diversité pourraient avoir des répercussions importantes sur le fonctionnement global des écosystèmes aquatiques.

International audience; The first French-Swiss workshop on ecotoxicology of freshwater sediment communities was co-organized by the French Research Institute of Science and Technology for Environment and Agriculture (Irstea) and the Swiss Centre for Applied Ecotoxicology (Ecotox Centre EAWAG-EPFL) in Villié-Morgon (Beaujolais Region, France) on April 27-28, 2017. The workshop brought together scientists working in different fields of expertise (ecotoxicologists, ecologists, environmental chemists...), environmental stakeholder groups and managers, as well as economic players (start-ups and consultancies) to better connect research needs of potential end-users with research outputs. The objectives of this workshop were (i) to establish the state of the art of research in the characterization of sediment contamination and in the evaluation of the effects on sediment-associated biological communities and ecosystem functioning and (ii) to give an overview of the French and Swiss regulations dealing with the assessment of contaminated sediments in freshwater ecosystems. The ultimate goal was to collectively identify research needs and knowledge gaps, as well as to highlight ways to improve the ecotoxicological assessment of sediments in freshwater environments by further considering the structure and functions of associated microbial and invertebrate communities.

International audience; Sediments play a crucial role in biogeochemical cycles and food-webs in lakes. Studying impacts of contaminants on sediment-associated communities would allow to take into consideration specific and functional biodiversity in effect-based studies and monitoring programs, thus opening prospects to evaluate resulting effects on benthic ecological functioning. However, the lack of adequate strategies and methods in sediment-ecotoxicology limits the in situ evaluation of such impacts. To pave the way for implementing relevant sediment ecotoxicological approaches at community level, we initiated a collaborative study combining concepts of ecology, ecotoxicology and chemistry. We examined the spatiotemporal variations in benthic communities collected in surface sediments from eight sampling stations in Lake Geneva, which covered a large range of contamination levels by metals and organic compounds. Structural and functional characteristics of the bacterial communities varied according to the sampling dates and location. Based on the pollution-induced community tolerance (PICT) concept, bacterial tolerance and resistance potential to copper were positively correlated to copper concentrations in sediments. Relative distribution of sensitive/tolerant species in invertebrate communities was also related to the contamination conditions. Overall, our results evidenced the relevance of using benthic communities for the evaluation of sediment quality in lakes, and fresh waters in general.

International audience; In many aquatic ecosystems, sediments are an essential compartment, which supports high levels of specific and functional biodiversity thus contributing to ecological functioning. Sediments are exposed to inputs from ground or surface waters and from surrounding watershed that can lead to the accumulation of toxic and persistent contaminants potentially harmful for benthic sediment-living communities, including microbial assemblages. As benthic microbial communities play crucial roles in ecological processes such as organic matter recycling and biomass production, we performed a 21-day laboratory channel experiment to assess the structural and functional impact of metals on natural microbial communities chronically exposed to sediments spiked with copper (Cu) and/or arsenic (As) alone or mixed at environmentally relevant concentrations (40 mg kg-1 for each metal). Heterotrophic microbial community responses to metals were evaluated both in terms of genetic structure (using ARISA analysis) and functional potential (using exoenzymatic, metabolic and functional genes analyses). Exposure to Cu had rapid marked effects on the structure and most of the functions of the exposed communities. Exposure to As had almost undetectable effects, possibly due to both lack of As bioavailability or toxicity toward the exposed communities. However, when the two metals were combined, certain functional responses suggested a possible interaction between Cu and As toxicity on heterotrophic communities. We also observed temporal dynamics in the functional response of sediment communities to chronic Cu exposure, alone or in mixture, with some functions being resilient and others being impacted throughout the experiment or only after several weeks of exposure. Taken together, these findings reveal that metal contamination of sediment could impact both the genetic structure and the functional potential of chronically exposed microbial communities. Given their functional role in aquatic ecosystems, it poses an ecological risk as it may impact ecosystem functioning.

International audience; While many metals are known to accumulate in sediments, knowledge about the resulting ecotoxicological effects on sediment microbial communities is scarce. The present study aimed at evaluating the structural and functional impact of chronic exposure to environmental concentrations of copper (Cu) and arsenic (As), alone or mixed together, on river sediment microbial communities. Natural uncontaminated surface sediments collected in a French River (Ain) were spiked with As and Cu at a nominal concentration of 40 mg/kg and then were exposed for 21 days in laboratory channels with overlying waters. The response of heterotrophic microbial communities to metals was evaluated both in terms of genetic structure (using ARISA analysis) and functional potential (using exo-enzymatic, metabolic and qPCR analyses). A pollution induced community tolerance (PICT) approach was also performed to assess if the exposure led to an increase in the capacity of microbial communities to tolerate metals. Our results showed rapid and marked effects of Cu alone on the structure and the functions of the exposed communities. Chronic Cu exposure also induced an increase in community tolerance to Cu, as observed by PICT measurement using beta-glucosidase activity. In contrast, the effects of As were mostly undetectable. Under mixture exposure (Cu+As), the effects were similar or higher than those provoked by Cu alone, depending on the measured parameter. Altogether those findings reveal that metals accumulation in sediments can impact exposed microbial communities thus affecting their functional role in aquatic ecosystems.

International audience; While many metals are known to accumulate in sediments, knowledge about the resulting ecotoxicological effects on sediment microbial communities is scarce. The present study aimed at evaluating the structural and functional impact of chronic exposure to environmental concentrations of copper (Cu) and arsenic (As), alone or mixed together, on river sediment microbial communities. Natural uncontaminated surface sediments collected in a French River (Ain) were spiked with As and Cu at a nominal concentration of 40 mg/kg and then were exposed for 21 days in laboratory channels with overlying waters. The response of heterotrophic microbial communities to metals was evaluated both in terms of genetic structure (using ARISA analysis) and functional potential (using exo-enzymatic, metabolic and qPCR analyses). A pollution induced community tolerance (PICT) approach was also performed to assess if the exposure led to an increase in the capacity of microbial communities to tolerate metals. Our results showed rapid and marked effects of Cu alone on the structure and the functions of the exposed communities. Chronic Cu exposure also induced an increase in community tolerance to Cu, as observed by PICT measurement using beta-glucosidase activity. In contrast, the effects of As were mostly undetectable. Under mixture exposure (Cu+As), the effects were similar or higher than those provoked by Cu alone, depending on the measured parameter. Altogether those findings reveal that metals accumulation in sediments can impact exposed microbial communities thus affecting their functional role in aquatic ecosystems.

International audience; Assessing the ecological effects of pollutants is an important aspect of regulations dealing with the sustainable management of water resources. In this context, scientists and regulators face the challenge of going beyond the estimation of pollutant concentrations to take into account the ecotoxicological effects on exposed aquatic communities. Among microbial ecotoxicological approaches, the pollution induced community tolerance (PICT) concept has been proven to be a suitable biomonitoring tool for in situ assessmentof either the response of aquatic microbial communities to toxicant exposure or of their recovery following the improvement of water chemical quality. The PICT is a powerful microbial metric to better link the assessment of ecological and chemical status of ecosystems by providing causal analysis in effect-based monitoring of impacted field sites4. However, prior its implementation in regulatory frameworks, further work is required to standardize PICT measurement and define baseline tolerance levels at large geographical scales. In this context, we will present the first results of the application of PICT approaches in the sediment compartment (with copper as model compound). We will specifically focus on both the development of standardized protocols (from sampling to dose-response modeling) and on the evaluation and control of potential confounding factors to make measurements comparable in space and time by considering robust reference conditions.

International audience; Sediments play a critical role in biogeochemical cycling and in the maintenance of the biodiversity. They are natural sinks for many contaminants which can accumulate over time and impact exposed communities, thereby disturbing the functioning of aquatic ecosystems. However, knowledge about the functional effects of contaminants on benthic communities is scarce and there is a need of ecosystem functioning indicators of ecotoxicological impacts. In the present microcosm study, we assessed the individual and combined effects of Cu and As (40 mg kg dw-1 each, 21 days of exposure) on the capacity of natural micro- and macro-organism communities from an uncontaminated river sediment to consume and decompose particulate organic matter using the bait lamina method (ISO 18311) as well as artificial tablets consisting of cellulose, bran flakes and active coal embedded in an agar matrix. The sediment toxicity was also evaluated using the standardized ostracod toxicity test (ISO 14371:2012). The two tested substrates (i.e. bait lamina and artificial tablets) showed similar results with low effects of As on feeding activity and organic matter breakdown whereas Cu demonstrated a strongest functional effect. When the two metals were combined, a total functional inhibition was observed, whatever the kind of substrate. The ostracod toxicity test also showed high toxicity of Cu-spiked and mixture-spiked sediments and low toxicity of As-spiked sediments. Our results highlight the relevance of artificial organic matter substrates to assess the functional effects of contaminants on sediment micro- and macro-organism communities, opening new perspectives to assess the functional integrity of contaminated sediments.

International audience; Sediments are an essential component of aquatic ecosystems in terms of biodiversity and of ecological functioning. They receive direct or indirect inputs from the water column or from the watershed including some toxic and persistent contaminants (e.g. trace metals and PCBs) which can accumulate over time and impact exposed organisms. Among benthic organisms, microbial communities are major players in various key ecological processes such as organic matter recycling, greenhouse gas production and biomass production contributing to benthic food webs. The study of ecotoxicological effects on microbial communities paves the way to assess the impacts of contaminants on both taxonomic and functional microbial biodiversity which support many ecosystem functions and ensure their stability and resilience. Accordingly, microbial ecotoxicology offers prospects to develop new ecosystem quality indicators. However, knowledge about the effects of accumulated contaminants on sediment microbial communities is scarce. In this context, the main aim of this work was to evaluate the structural and functional impact of chronic exposure to environmental concentrations of copper (Cu) and arsenic (As), alone or mixed together, on river sediment microbial communities. Natural uncontaminated surface sediments collected in a French River (Ain) were spiked with As and Cu at a nominal concentration of 40 mg/kg and then were exposed for 21 days in laboratory channels with overlying waters. The response of heterotrophic microbial communities to metals was evaluated both in terms of genetic structure (using ARISA analysis) and functional potential (using exo-enzymatic, metabolic and metagenomic analyses). A pollution induced community tolerance (PICT) approach was also performed to assess if the exposure led to an increase in the capacity of microbial communities to tolerate metals. Our results showed rapid (within 48 hours) and marked effects of Cu alone on the exposed communities. It led to a significant inhibition of microbial functions such as respiration and denitrification as well as beta-glucosidase, leucine aminopeptidase and phosphatase activities, and affected the proportion of functional genes involved in denitrification pathways. Chronic Cu exposure also induced an increase in community tolerance to Cu, as observed by PICT measurement using beta-glucosidase activity. In contrast, the effects of As were mostly undetectable. Under mixture exposure (Cu+As), the effects were similar or higher than those provoked by Cu alone, depending on the measured parameter. Altogether those findings reveal that metals accumulation in sediments can impact exposed microbial communities thus affecting their functional role in aquatic ecosystems. They also show that PICT approaches have the potential to be a powerful microbial indicator to assess in situ the ecological quality of metal-contaminated sediments. These results open new perspectives to assess the ecological quality of sediments and confirm the need for developing studies to better understand the ecotoxicological impact of contaminants on natural sediment communities.

International audience; La présentation illustre l'intérêt d'étudier les capacités d'adaptation des communautés microbiennes aux toxiques (tolérance, résistance, biodégradation) pour évaluer la qualité écotoxicologiques des milieux.

Benthic ecosystems are important areas both in terms of biodiversity and functioning. They are receiving direct or indirect inputs from the water column or from the watershed and may therefore be accumulating zones for contaminants. Many benthic and epibenthic organisms may be exposed to these substances, with as consequences, disruption of ecological traits and functions at the ecosystem level such as changes in benthic community structure and ecosystem functioning. However, knowledge about the ecotoxicological effects of accumulated contaminants at the benthic community level is scarce. Accordingly, the present study aimed at assessing the functional impact of chronic exposure to environmental concentrations of metals on natural sediment communities. We evaluate the usefulness of assessing/studying feeding activity and organic matter breakdown as endpoints, using two kinds of artificial organic matter substrates.

National audience; Bien que non exhaustives, les études citées dans ce chapitre illustrent la large palette d'outils dont disposent les écotoxicologues microbiens pour appréhender les effets des contaminants sur les communautés hétérotrophes benthiques, tant d'un point de vue structurel que fonctionnel. Cependant, une des finalités de l'écotoxicologie est d'appréhender le risque et l'impact des contaminants sur le fonctionnement des écosystèmes. Même s'il est établi que les communautés microbiennes benthiques jouent un rôle fonctionnel majeur dans les milieux aquatiques, il existe encore un besoin de recherche important pour transposer les conséquences des impacts écotoxicologiques observés à l'échelle de ces communautés à celle des écosystèmes et de leur fonctionnement.

International audience

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[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]BELCA; Les biofilms de rivière constituent un modèle de biofilms original intégrant une forte composante de microorganismes photosynthétiques. Comme d'autres, ce modèle a permis d'explorer les propriétés des biofilms (dynamique de colonisation, relation avec l'hydrodynamique) et doit continuer à alimenter les recherches actuelles sur les biofilms et les organismes qui les composent (électro-activité, ). Leur étude peut s'enrichir des techniques développées pour d'autres biofilms (capteurs, mesure d'épaisseur) comme nous l'avons constaté dans le cadre de ce projet. Pour plusieurs raisons, ces biofilms peuvent représenter des outils d'évaluation de la qualité de la rivière et d'aide à la décision en matière de gestion. Par exemple, au cours de leur développement, à l'interface entre l'eau et le lit de la rivière, ces biofilms intègrent des flux d'eau et d'éléments dissous importants. Dans le cas de contaminants toxiques organosolubles, leur accumulation peut notamment se produire dans la matrice d'exopolymères extracellulaires. Les microorganismes du biofilm sont alors localement exposés à des concentrations plus fortes en toxiques. La mise en oeuvre de descripteurs, comme la présence d'individus déformés par l'action tératogène du toxique, permet une détection précoce de la présence de toxiques dans un système aquatique. Au niveau des populations, les espèces de diatomées, organismes constitutifs du biofilm à un endroit donné reflètent la qualité du milieu. Des indices (IPS, DAIPo,) basés sur la composition de l'assemblage de diatomées permettent d'évaluer cette qualité de façon relativement représentative d'un cours d'eau à l'autre. A l'échelle du biofilm enfin, les flux d'éléments dissous, nutritifs ou contaminants, ont un impact sur la vitesse de colonisation du support. La mesure de cette vitesse d'accrétion peut donc constituer un indicateur de la qualité du milieu signalant certaines atteintes au milieu comme l'eutrophisation ou une contamination. Ceci justifie la recherche de moyens de détection automatisés du développement de ces biofilms qui sont à la fois témoins et acteurs du fonctionnement de la rivière, afin de progresser vers l'acquisition d'un outil de surveillance de l'état de santé des rivières.

National audience; Des biofilms phototrophes complexes (multi espèces) se développent dans certains tronçons de rivière. Ils participent au fonctionnement de la rivière et peuvent être utilisés comme bioindicateurs pour la gestion des cours d'eau.

National audience; La théorie de la biogéographie insulaire repose sur le fait que la richesse spécifique des peuplements fragmentés dépend de l'équilibre entre taux d'immigration et taux d'extinction, la taille des « réserves naturelles » de l'habitat étant susceptible de conditionner l'efficacité de la conservation de la biodiversité (Diamond, 1975). La distribution spatiale des communautés pose dans la pratique le problème de bien déterminer la taille des réserves à étudier afin d'éviter le sous-échantillonnage. Dans cette étude des communautés périphytiques (diatomées et bactéries) de la Vézère et de la Garonne, nous avons cherché à identifier les apports du choix, à superficie identique échantillonnée, d'un prélèvement sur substrat de grande taille (Single Large) vs. plusieurs petits (Several Small). Des analyses quantitatives globales révèlent que les tendances sont variables selon le cours d'eau et selon les paramètres étudiés (matière sèche, chlorophylle, densité de diatomées). En règle générale, la quantité de biomasse par unité de surface est plus importante pour les grands substrats échantillonnés, soutenant la théorie selon laquelle une grande réserve est plus efficace que deux plus petites de superficie égale. L'étude qualitative souligne également l'influence de la taille de la réserve échantillonnée, en termes de diversité mais également en termes de structure spécifique, la composition des prélèvements réalisés sur substrats de plus grande taille indiquant une complexification plus rapide de la communauté.

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Convenant que dans une rivière à forte énergie du type de la Garonne, c'était bien au niveau de la biomasse fixée qu'il fallait rechercher et repérer des signes de dysfonctionnement du système, nous nous sommes focalisés sur les paramètres dynamiques de la croissance de ces biofilms.