Les micro-organismes et la faune des eaux souterraines: Diversité dans le sous-sol

11.02.2015 - D’innombrables microbes et animaux minuscules vivent dans les eaux souterraines. Ils veillent à la propreté de notre principale ressource d’eau potable et pourraient même signaler des dangers potentiels. De récentes études de l’OFEV élargissent notre connaissance à ce sujet.

La faune des eaux souterraines
Une adaptation parfaite à l’obscurité des eaux souterraines: niphargus (a), artémie (b), ostracode (c) et aselle (d).
© K. Grabow et H. Stein, IGÖ GmbH, Landau (D)

Texte: Hansjakob Baumgartner

L'habitat qu'offrent les eaux souterraines est plutôt inhospitalier: la température est basse, les nutriments et l'oxygène rares, l'espace restreint et l'obscurité omniprésente. Pourtant, la vie y prospère. « Les eaux souterraines sont un système biologique étonnamment actif », relève Michael Sinreich de la section Bases hydrogéologiques à l'OFEV. Crustacés, vers, acariens, escargots et innombrables microbes pullulent dans ce milieu particulier.

Certains de ces organismes présentent un aspect bizarre, car des conditions de vie hostiles exigent une bonne adaptation: inutile, en effet, d'avoir des yeux ou d'être paré de couleurs. Pour se nourrir, ces êtres vivants doivent se contenter des matériaux organiques qui s'infiltrent depuis la surface, et sont donc capables de vivre au ralenti et de jeûner pendant des mois. Ils se montrent tout aussi économes pour se reproduire: contrairement à la majorité des invertébrés, très prodigues, les femelles ne pondent en général que quelques œufs. Ce faible taux de reproduction est compensé par la longévité: parmi les organismes peuplant les aquifères, plusieurs vivent jusqu'à 15 ans, un âge canonique pour des invertébrés.

Des fossiles vivants

Certains représentants de la stygofaune (faune peuplant les eaux souterraines), sont de véritables fossiles vivants. Leurs ancêtres se sont réfugiés dans le sous-sol, car ils fuyaient les changements climatiques. Alors qu'en surface, ères glaciaires et périodes chaudes se succédaient et que les glaciers grandissaient puis fondaient, les conditions régnant sous terre demeuraient constantes. Les espèces qui ont colonisé ce milieu ont ainsi pu survivre jusqu'à notre époque sans devoir s'adapter. Quant à leurs proches parents, restés en surface, il y a belle lurette qu'ils ont disparu.

Ces créatures à part dans le monde animal ne constituent toutefois qu'une minorité infime des organismes qui colonisent les pores, les interstices et les crevasses du sous-sol. Ce sont en effet les innombrables microbes qui forment la majeure partie du peuplement des eaux souterraines. Bien que l'on associe souvent les microbes aux agents pathogènes, ils n'ont ici rien de nocif. Leur présence est au contraire l'un des piliers essentiels de la biocénose naturelle de cet écosystème invisible.

Capables de dégrader les polluants

En Suisse, l'eau souterraine couvre plus de 80 % des besoins en eau potable et 40 % des eaux du sous-sol peuvent alimenter le réseau sans aucun traitement. Cette qualité, nous la devons en particulier aux micro-organismes et aux petits animaux qui vivent dans le sous-sol. Dégradant les composés organiques, ils éliminent les polluants de même que les germes pathogènes. Pour garantir leur efficacité, il importe toutefois de préserver leur biocénose. Selon l'ordonnance fédérale sur la protection des eaux (OEaux), celle-ci doit être d'aspect naturel, adaptée au milieu et typique d'eaux peu ou non polluées.

Formulée en 1998, cette disposition était d'autant plus courageuse que nul ne savait, à l'époque, quelle devait être la composition de la biocénose souterraine pour satisfaire à cette exigence légale. L'état de référence peut en effet varier grandement en fonction des caractéristiques d'un aquifère, des couches qui le surmontent et de leur effet filtrant, ainsi que de la recharge de la nappe souterraine. Aujourd'hui, l'abondance et la composition moléculaire des communautés microbiennes peuplant le sous-sol sont mieux connues. Une étude commandée en 2013 par l'OFEV à l'institut d'écologie des eaux souterraines à l'Université de Landau (D) fournit en effet des informations sur la stygofaune suisse.

Filet aux mailles
Mandatés par l’OFEV, des scientifiques de l’Université de Landau (D) ont étudié la faune présente dans huit sources du Jura et du Plateau. Pour ce faire, ils ont utilisé un filet aux mailles très serrées.
© H. Stein et H. J. Hahn, IGÖ GmbH, Landau (D)

Des espèces à foisonLes sources sont l’endroit où l’eau souterraine parvient à la surface. Dans leur étude, les chercheurs ont identifié les espèces animales présentes dans huit sources du Jura et du Plateau, qui font partie du Réseau d’observation nationale des eaux souterraines (NAQUA). Les résultats font état d’une grande biodiversité. Parmi les 40 espèces trouvées figure par ailleurs un petit crustacé endémique, Stygepactophanes jurassicus, qui vit exclusivement dans le Jura.L’écosystème des eaux souterraines fait partie de la biodiversité de notre pays. « Tout comme les habitats intacts des sources, les eaux souterraines abritent des espèces dont la préservation incombe aussi à la Suisse », souligne Stephan Lussi de la section Milieux aquatiques au sein de l’OFEV. « Nous devons donc en apprendre davantage sur ces espèces prioritaires au niveau national: savoir quels aquifères elles peuplent et en quelles quantités. »La faune, reflet de l’aquifèreDans les différentes sources étudiées, les spécialistes ont répertorié jusqu’à dix animaux par mètre cube d’eau. Outre les espèces propres aux eaux souterraines, qui se sont spécialement adaptées à ce milieu et ne vivent que dans des aquifères (stygobies), les chercheurs ont aussi découvert des animaux moins spécifiquement liés à l’eau du sous-sol mais ayant des affinités avec ce milieu. Ils n’y pénètrent que lorsque l’oxygène et les nutriments sont présents en suffisance (stygophiles). Les échantillons contenaient également des espèces vivant en surface qui sont de temps à autre entraînées dans le sous-sol (stygoxènes).Dans chaque source, la composition et l’abondance de la faune fournissent des informations sur l’aquifère. Si elle ne comprend que des stygobies, et en petites quantités, c’est que les eaux souterraines sont bien protégées contre les influences extérieures. Lorsque les espèces stygophiles, voire stygoxènes, prédominent, c’est signe que des eaux de surface s’écoulent parfois directement dans l’aquifère, y déversant des nutriments. C’est notamment le cas dans les régions karstiques, où les eaux de surface s’infiltrent rapidement. Les aquifères de ces régions sont donc mal protégés contre l’apport de polluants, tels les produits phytosanitaires ou le purin.Bio-indicateur de la qualité des eaux souterrainesLa stygofaune reflète donc fidèlement les conditions hydrogéologiques et réagit rapidement aux modifications de son habitat. Les scientifiques de l’Université de Landau pensent que ces spécificités en font un bon instrument pour l’observation biologique des eaux souterraines, en particulier à titre de système d’alerte précoce. Leur recherche ne couvre toutefois que quelques sources et une partie seulement de la Suisse.Une étude sur les peuplements microbiens dans le sous-sol, réalisée en 2009 et en 2010 avec l’institut de recherche Eawag dans le cadre d’un projet de l’OFEV, s’appuie sur une base de données plus vaste. Les chercheurs avaient alors prélevé des échantillons dans 50 stations de mesure NAQUA réparties dans toute la Suisse. Dans chaque échantillon, ils avaient déterminé le nombre total de cellules bactériennes par millilitre d’eau. Pour ce faire, les scientifique ont eu recours une technique appelée la cytométrie en flux: ajouté à l’eau prélevée, un colorant fluorescent se fixe sur l’ADN de chaque cellule bactérienne et s’illumine lorsque la cellule passe à travers un rayon laser. Les résultats ont révélé qu’un millilitre d’eau souterraine contient normalement entre 1000 et 100‘000 microbes.Le nombre de cellules dépend également des influences extérieures: les valeurs les plus élevées ont été mesurées dans les aquifères alimentés en majeure partie par un cours d’eau s’infiltrant dans le sous-sol. Les eaux d’infiltration transportent non seulement un grand nombre de micro-organismes, mais aussi de l’oxygène et des nutriments. A l’inverse, un faible nombre de cellules signifie que l’aquifère est bien protégé. Les valeurs correspondent aussi aux concentrations de nutriments dans les eaux souterraines, c’est-à-dire à leur teneur en carbone organique. De plus, le peuplement microbien varie davantage au fil du temps lorsqu’il est influencé par les conditions régnant en surface, telle la météo.« Les études ont fourni d’importantes connaissances sur l’état écologique naturel des aquifères et sur sa variabilité, conclut Michael Sinreich. Tout écart par rapport à l’état de référence témoigne d’une perturbation: le système a été modifié par un facteur externe, comme un apport direct de matières fécales ou de polluants organiques. » A l’avenir, ces connaissances pourraient faciliter l’observation des eaux souterraines. Et Michael Sinreich de se réjouir: « Les paramètres écologiques constituent un instrument supplémentaire très sensible pour caractériser les ressources d’eau souterraine. »

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Dernière modification 27.03.2015

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