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La soutenance a eu lieu le mardi 26 avril à 14h à l'INRA de Thonon-Les-Bains (salle de conférence) devant un jury composé de :

J. PADISAK - Président

JN BEISEL - Rapporteur

G. BORICS - Rapporteur

R. KURMAYER - Rapporteur

V. BERES - Membre

Frédéric RIMET - Directeur de thèse

Agnès Bouchez - Directrice de thèse

• /Les lacs et les rivières sont exposés à une forte pression due aux activités anthropiques. La dégradation des eaux met en danger non seulement l'approvisionnement en eau mais aussi tout l'écosystème aquatique. Plusieurs méthodes ont été développées pour surveiller la qualité de ces masses d'eau afin de proposer des solutions pour réduire l'impact anthropique. Aujourd'hui, la directive-cadre européenne sur l'eau (DCE) est un cadre législatif pour l'Union européenne (UE) au sein duquel les États développent leurs stratégies nationales de biosurveillance des écosystèmes aquatiques. La qualité écologique des masses d'eau est évaluée au travers de différents groupes d'organismes : les éléments de qualité biologique, parmi lesquels le phytobenthos. Les diatomées sont un groupe de microalgues riche en espèces et largement majoritaire dans la communauté phytobenthique, utilisées comme proxy du phytobenthos. Elles ont plusieurs caractéristiques qui en font d'efficaces bioindicateurs : réponse rapide aux changements environnementaux et facilité d'échantillonnage et d'analyse. Pour satisfaire aux exigences de la DCE, la majorité des pays ont importé des indices diatomiques déjà existants. Cependant, ces indices comportent plusieurs problèmes : approche non holistique, hypothèse d'une répartition gaussienne de la réponse des espèces le long des gradients de pollution, espèces rares négligées, besoin d'experts pour l'identification précise des espèces, sensibilité aux erreurs d'identification, temps d'analyse en microscopie long. Cette thèse donne une vue d'ensemble des méthodes existantes pour l'évaluation de la qualité écologique basée sur les diatomées, présentant leurs possibles évolutions, leurs avantages et inconvénients. Tout d'abord, les approches basées sur les traits et les classifications écologiques du phytobenthos sont discutées dans une review, comme méthode alternative de bioindication. Ensuite, deux études ont été réalisées sur les données du réseau de biomonitoring des rivières d'un nouveau département français, l'île de Mayotte, pour développer des indices de qualité écologique alternatifs ou complémentaires. La première de ces études a permis de tester une approche de bioindication basée sur les traits et la seconde une approche basée sur le metabarcoding ADN, utilisant directement des OTUs (Operational Taxonomical Unit). Ces deux approches ouvrent des perspectives pour remplacer les indices classiques : (i) L'indice basé sur les traits est efficace pour indiquer le niveau en matière organique, matières en suspension et nutriments ; (ii) L'indice basé sur les traits présente l'avantage, par rapport à celui basé sur les espèces, de nécessiter moins de connaissances taxonomiques pour l'identification, d'être plus rapide à mettre en œuvre tout en étant plus sensible à la pollution ; (iii) L'indice basé sur les OTUs fournies par le séquençage moléculaire haut-débit d'amplicons permet de ne pas utiliser de bibliothèques de référence de barcodes ; ces dernières étant souvent incomplètes ; (iv) L'effet du seuil de similarité entre séquences (SST) utilisé pour regrouper celles-ci en OTUs a été testé pour des valeurs allant de 80 à 99%, ce seuil étant un proxy de la résolution taxonomique; (v) Le pouvoir de discrimination, l'efficacité et le nombre de paramètres environnementaux prédictibles par l'indice OTU augmentent avec le SST, atteignant un plateau à 91%. Cette étude révèle la nécessité de faire un compromis entre pouvoir de discrimination et stabilité de l'évaluation. (vi) L'indice basé sur les OTUs fournit une évaluation écologique précise, économique et rapide pour laquelle aucune connaissance taxonomique n'est requise. Enfin, nous discutons ces résultats et montrons que les méthodes basées sur les traits et sur le metabarcoding peuvent améliorer les outils d'évaluation de la qualité écologique et qu'elles ouvrent la voie à de nouvelles perspectives pour un outil d'évaluation holistique, robuste et précis basé sur le phytobenthos.