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Capacité photohétérotrophe des microalgues périphytiques soumises à un effluent de pâtes et papiers.

Chassé, Raynald (1997). Capacité photohétérotrophe des microalgues périphytiques soumises à un effluent de pâtes et papiers. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 260 p.

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Résumé

La présente étude examine la relation entre le mode de nutrition des microalgues périphytiques et la structure des populations et cherche à comprendre les effets des effluents de fabriques de pâtes et papiers sur les communautés microalgales périphytiques. Il s'agit de savoir si, in situ, la matière organique dissoute de ce type d'effluents industriels constitue un agent enrichissant modifiant la structure et le fonctionnement des communautés microalgales périphytiques. L'objectif général de la présente étude est donc d'étudier les conséquences des activités photohétérotrophes des microalgues sur la structure et le fonctionnement des communautés de périphyton en présence d'un effluent de pâtes et papiers. Pour ce faire, nous avons estimé, d'une part, la capacité d'adaptation photo synthétique à court terme d'une communauté microalgale périphytique soumise au déversement d'un tel effluent riche en matière organique. D'autre part, nous avons évaluer dans quelle mesure les capacités photohétérotrophes confèrent un avantage compétitif à certaines espèces de microalgues et influencent la composition spécifique et la biomasse de la communauté périphytique. Finalement, nous avons comparé la performance des études de terrain et en canaux expérimentaux pour le suivi d'impact d'un effluent d'une fabrique de pâtes et papiers. Les études ont été menées de 1989 à 1993 sur la rivière Malbaie (Clermont, Québec). Des substrats artificiels en verre ont été placés sur des supports en plexiglass maintenus à 1'horizontale sous la surface de l'eau à deux stations situées, l'une en amont et l'autre en aval du point de rejet de l'effluent d'une fabrique de pâtes et papiers. De plus, deux expériences en canaux expérimentaux maintenus en conditions contrôlées en laboratoire ont été réalisées en parallèle. Après une période de colonisation initiale d'environ deux semaines, nous avons suivi un ensemble de paramètres abiotiques et biotiques au cours d'études nycthémérale, quotidienne, hebdomadaire et saisonnière. Les eaux de la rivière Malbaie se caractérisent, à l'image des eaux naturelles du Bouclier Canadien, par leur faible teneur en éléments nutritifs et leur faible turbidité. Par contre, les conditions prévalant à la station située dans la zone de mélange de l'effluent se sont traduites par une augmentation de la turbidité, de la conductivité et de la densité bactérienne en relation avec des concentrations plus élevées en carbone organique et inorganique dissous. Des apports importants en azote, principalement sous les formes nitrites-nitrates, et en silice ont été systématiquement observées à cette station. Cette modification de la qualité de l'eau s'est manifestée, dans nos conditions d'expérimentation, par une diminution systématique de la diversité spécifique par rapport à la station témoin. Cette diminution était associée à des modifications de l'abondance relative des différentes classes de microalgues. Ainsi, l'abondance relative des diatomées était plus faible en présence de l'effluent avec une contribution relative demeurant tout de même supérieure à 54%. La communauté microalgale se développant dans les eaux naturelles de la rivière Malbaie était composée principalement d'espèces caractéristiques des eaux naturelles du Bouclier Canadien dont Achnanthes minutissima et Tabellariaflocculosa. Par contre, la communauté se développant en présence de l'effluent était dominée par Cymbella ventricosa et Cocconeis placentula, deux espèces de diatomée associées, d'une part, aux milieux recevant des effluents de pâtes et papiers et, d'autre part, aux milieux enrichis en matière organique et en substances phénoliques. Par ailleurs, ces espèces étaient accompagnées de la chlorophycée Actinastrum hantzchii, espèce fréquemment identifiée dans les milieux enrichis en matière organique. Sur un plan quantitatif, les valeurs de la biomasse microalgale et des cyanobactéries observées dans les eaux naturelles de la rivière Malbaie sont, à l'image des rivières québécoises ne drainant pas de terres agricoles, relativement faibles soit, en moyenne pour l'ensemble des prélèvements, de 2,2 (0,2 à 5,8) mg chl-a/m². En présence de l'effluent les valeurs moyennes de la biomasse microalgale étaient légèrement plus élevées (4,9; 0,8 à 17,4 mg chl-a/m²) sans toutefois être significativement différente. Pour l'ensemble des études, la productivité primaire du périphyton de la rivière Malbaie s'est révélée relativement élevée, soit en moyenne 5,35 ± 4,10 mg C/m²/d, par rapport aux valeurs observées pour les mêmes périodes de l'année dans les eaux de plusieurs rivières du Bouclier Canadien. Malgré ces valeurs élevées, la communauté microalgale périphytique se développant dans la zone de mélange de l'effluent était caractérisée par une efficience photo synthétique au moins aussi élevée que celle notée à la station témoin. L'allocation préférentielle du carbone inorganique dans les lipides à cette même station témoigne de l'adaptation photosynthétique de cette communauté. De plus, nos résultats ont permis d'observer que les valeurs d'activités photohétérotrophes mesurées à partir d'un mélange d'acides aminés ou de glucose, étaient systématiquement plus élevées en présence de l'effluent. Le substrat organique utilisé lors de nos expériences était principalement incorporé dans les macromolécules, en particulier dans les protéines servant ainsi à la croissance et/ou à la maintenance cellulaire. Cette observation est étayée, d'une part, par les études microautoradiographiques mettant en évidence l'absence de traces sur les cellules de la station témoin et l'observation simultanée de cellules de diatomées pratiquement toutes marquées à la station située dans la zone de mélange de l'effluent et, d'autre part, par les dénombrements des cellules marquées et non marquées des espèces isolées et provenant des deux stations à l'étude. En effet, 92% (Cymbella ventricosa) et 96% (Coconeis placentula) des espèces dominantes de la station polluée sont marquées, alors que seulement 0% (Achnanthes minutissima) à 11% (Tabellaria flocculosa) des espèces dominantes de la station témoin le sont. À la lumière de ces observations, nos travaux ont démontré que le déversement d'un effluent de pâtes et papiers modifie la qualité de l'eau qui se manifeste, à court terme, par un changement de la capacité photo synthétique de la composante microalgale périphytique. Cependant, l'exposition de certaines espèces de microalgues à un effluent riche en matière organique accroît leur capacité photohétérotrophe. Cette flexibilité du mode de nutrition confère un avantage compétitif à certaines espèces, qui se développent préférentiellement dans un milieu riche en carbone organique dissous. Par conséquent, la structure du périphyton et particulièrement celle de la communauté microalgale représente la résultante de la capacité d'adaptation de ces microorganismes aux perturbations du milieu. Par ailleurs, nos travaux ont démontré que l'utilisation des canaux expérimentaux en appui aux études en milieu naturel pour étudier les réponses structurelles et fonctionnelles des communautés périphytiques aux perturbations potentielles résultant d'une exposition à un effluent industriel semble tout à fait pertinent. En effet, cette approche a permis, grâce aux divergences observées dans les canaux expérimentaux en présence et en absence d'effluent, de préciser notre compréhension des changements de la structure et du fonctionnement de la communauté périphytique se développant à la station polluée de la rivière Malbaie par rapport à la station témoin. Cependant, nos résultats ont aussi démontré que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer l'écart acceptable entre les conditions du milieu naturel et les conditions contrôlées des canaux expérimentaux.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Couture, Pierre
Co-directeurs de mémoire/thèse: Amblard, Christian
Mots-clés libres: photo synthétique; microalgale périphytique; fabrique; pâte; papier; source énergétique; carbone organique dissous; photohétérotrophes
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 31 mai 2013 12:45
Dernière modification: 12 nov. 2015 16:27
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1437

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