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Influence de la pollution urbaine sur la mésofaune des pelouses : un nouveau bio-indicateur de la qualité de l’air en ville ?

The impact of urban pollution on lawn mesofauna: a new bio-indicator of city air quality?

Vincent Penel, Olivier List et Séverine Pourret

p. 101-112

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Résumé

Cette étude porte sur la corrélation entre les populations de mésofaune (acariens, collemboles et thysanoptères) des pelouses urbaines de Paris et la pollution atmosphérique. Les populations de mésofaune furent analysées dans les gazons urbains puis comparées à la qualité de l’air. Les échantillonnages furent effectués le long des voies représentées sur la carte-voirie d’AIRPARIF présentant les taux de NO2 pour les principales rues de la ville. Quatre teneurs en NO2 furent retenues : supérieure à 80 μg/m3 70-80, 60-70 et 50-60 μg/m3, et 55 sites analysés. La mésofaune moyenne totale diminue lorsque la qualité de l’air décroît. En pratique, trois groupes présentent un intérêt plus net : la mésofaune totale, les collemboles totaux et, parmi eux, les symphypléones totaux. La mésofaune des pelouses semble être un intéressant bio-indicateur de pollution urbaine.

Abstract

This study focuses on the correlation between mesofauna: mites (Acari), springtails (Collembola) and Thysanoptera in urban grassy areas (lawns) of Paris, and atmospheric pollution. Mesofauna communities were analyzed in urban lawns and then compared to air quality. Sampling was carried out along the way described on AIRPARIF’s (Monitoring Air Quality in the Paris Region) map, presenting the NO2 levels for the main streets of the city. Four NO2 pollution levels were considered: more than 80 μg/m3, 70-80, 60-70 and 50-60 μg/m3 and 55 sites were analyzed. The total of mesofauna (average) decreased when air quality decreased. Three groups present a higher interest: total mesofauna, total Collembola and Symphypleona (Collembola). Lawn mesofauna may be an interesting bioindicator of urban pollution.

Entrées d'index

Mots-clés : pollution atmosphérique, dioxyde d’azote, NO2, bio-indicateur, mésofaune, pelouse

Keywords: air pollution, nitrogen dioxide, NO2, bioindicator, mesofauna, lawn

Texte intégral

Introduction

Depuis de nombreuses années, l’impact de la pollution atmosphérique sur la santé est une préoccupation de nos concitoyens. Des réseaux de contrôle, de plus en plus performants, permettent de nous informer, jour par jour, de la qualité globale de l’air que nous respirons. Des indices atmosphériques, diffusés par les médias, permettent de quantifier cette pollution, avec son cortège de conséquences : limitation de vitesse, mise en garde pour les insuffisants respiratoires…

Les capteurs de qualité de l’air permettent une bonne approche des niveaux de pollution pour des indicateurs bien choisis. Si la mesure de ceux-ci est excellente, leur impact, parfois synergique, sur le vivant semble beaucoup plus aléatoire tant est complexe la nature même du vivant et sa capacité d’adaptation aux stress urbains.

L’évolution des populations végétales ou animales, soumises en milieu urbain à l’ensemble des polluants semble une approche intéressante pour apprécier la qualité globale d’un habitat.

De nombreuses équipes, notamment anglo-saxonnes [1, 2] s’intéressèrent ainsi dès les années 1960 aux lichens. Elles reprenaient une vieille observation du XIXe siècle, montrant que le début de l’ère industrielle et l’utilisation massive du charbon comme source d’énergie avait entraîné une disparition progressive des lichens sur les troncs d’arbres des sites industrialisés de la campagne anglaise. En France, Nylander [3], dès les années 1860, s’attachait à observer les lichens du jardin du Luxembourg ; il avait remarqué que certaines espèces, présentes à l'intérieur du parc, faisaient défaut à l'extérieur. Il fut le premier à relier cette observation à une différence de qualité de l'air.

D’autres équipes étudient les tabacs [4-7], cette plante étant souvent utilisée pour apprécier les effets phytotoxiques de l'ozone troposphérique (Nicotiana tabacum, cv. Bel-W3), les araignées [8], les insectes [9] ou plus spécifiquement les microarthropodes du sol [10-12] ou corticoles [13, 14], ou les collemboles [15] ; toutefois ces études ne concernaient pas des centres urbains, mais plutôt des massifs forestiers ou des bassins industriels.

Dès 1987, Hagvar [16] remarque qu'en Europe, les modifications de l'acidité des sols (pH) induites par la pollution atmosphérique sont reflétées par l'altération de la faune du sol. Celle-ci peut de plus être utilisée comme indicateur précoce des changements apportés aux propriétés du sol par les polluants [17].

Le terme bio-indicateur désigne selon Kirschbaum et Wirth [18] des espèces biologiques ou animales qui, du fait de leurs particularités écologiques, réagissent à un polluant par une modification nette et spécifique de leurs fonctions vitales.

La disparition des lichens d’arbres, souvent fort sensibles à la pollution, est considérée comme très significative [19-20]. Toutefois, la sensibilité même des lichens à la pollution en font un marqueur limité en milieu urbain, même si leur présence dans Paris est en lente augmentation [19] attestant d’une amélioration globale. Quant aux tabacs, s’ils sont de bons marqueurs, ils sont absents du centre des grandes villes françaises.

Cette étude s’attache à montrer l’intérêt des mésofaunes, constituées d’arthropodes de petite taille (0,2 à 4 mm), en tant que bio-indicateurs. En effet, celles-ci sont présentes jusque dans les sites les plus pollués des grandes villes. Ces mésofaunes, notamment celles des gazons urbains, vivent au ras du sol et subissent directement l’influence des polluants automobiles des voies de circulation voisines par l’air, l’eau et les nutriments. Elles vivent en permanence au contact de la pollution urbaine sous ses diverses formes. Diverses objections seront développées au paragraphe « Discussion », p. 110.

Diverses études récentes utilisent les mésofaunes comme bio-indicateur actif ou passif de la pollution des sols [12, 21-23].

L’étude fine des microarthropodes est délicate. Ce travail s’intéresse principalement à deux groupes principaux : celui des collemboles et celui des acariens. Les thysanoptères occupent une place beaucoup moins importante dans l’étude des pelouses. Les autres microarthropodes, peu rencontrés dans cette étude, ne seront cités que de façon anecdotique.

Les collemboles [24] sont des hexapodes primitifs proches des insectes (sous-classe des aptérygotes), caractérisés par la présence d’un organe de saut, la furca. Ils sont au cœur de cette étude car ils constituent le groupe d'arthropodes dominant dans les pelouses étudiées. Il est aisé de distinguer dans les mésofaunes de surfaces divers groupes dont celui des symphypléones, à corps globuleux caractéristique, fréquents dans les habitats herbeux, ou celui des entomobryomorphes au corps allongé. Au sein de ce second groupe, il est possible de citer le genre Folsomia (Isotomidae), utilisé comme bio-indicateur de la contamination des sols [25]. Ainsi l’espèce F. candida, est un bon modèle, bien étudié, notamment par Snider [26], à cycle rapide : espérance de vie moyenne de 136 jours à 21 °C mais variable avec la température (241 jours à 15 °C, 72 jours à 26 °C), utilisé par diverses équipes [27].

Les poduromorphes, à l’aspect de larves (genre Hypogastrura, par exemple) sont plutôt des collemboles du sol. Ils ont peu été observés dans cette étude qui, du fait du mode de prélèvement, porte sur la faune de surface. Les collemboles ont été utilisés dans diverses études portant sur la contamination du sol par les métaux lourds [28] ou par les hydrocarbures aromatiques polycycliques PAH [29].

Les acariens [30] sont des arachnides caractérisés par un gnatosoma qui porte une paire de chélicères et une paire de palpes. Les acariens Oribatida (Actinotrichidae) ou « oribates », très présents dans les gazons urbains où ils mènent une vie libre, tiennent une place importante dans cette étude. Utilisés dans l’étude de Blakely [29], ce sont plutôt les travaux d’André sur les acariens corticoles [13,14], qui ont inspiré ce travail.

Les thysanoptères [31] sont des insectes de petite taille présentant une structure proche de celle des homoptères. Ils sont notamment connus pour leurs formes ailées, qui peuvent être nuisibles, et ne sont signalés dans ce travail qu’en raison de leur présence fréquente, quoique très minoritaire, dans les pelouses urbaines.

Une première approche des mésofaunes urbaines fut entreprise durant l’hiver 1999-2000, par Céline Bach [32]. L'étude, effectuée dans le centre-ville de Valence, en période froide, a montré des sites assez riches. Un milieu fortement urbanisé reste donc parfaitement compatible avec une mésofaune variée. Ces premiers résultats ont conduit à la mise en place de la pré-étude sur les corrélations entre les populations de mésofaune et la pollution urbaine.

Mise au point de la méthode : étude préliminaire Paris-Lyon-Marseille 2000

Les biotopes et le mode de prélèvement

Les mésofaunes étant très présentes dans le centre-ville de Valence, modérément pollué, nous avons élargi le champ de cette observation par cette pré-étude avec pour but « d’explorer » trois grandes villes françaises : Paris, Lyon et Marseille, et en particulier leurs sites les plus pollués. Trois communes périurbaines, présentant des niveaux de pollution moindres et géographiquement proches, furent parallèlement retenues : Argenteuil pour Paris, Solaize pour Lyon et Allauch pour Marseille.

Trois principaux milieux d'étude sont disponibles en centre-ville : les pelouses, les écorces d’arbres déhiscentes notamment de platanes (rhytidomes), les litières de feuilles mortes.

Les gazons

La plupart des gazons des grandes villes étant dans des zones plutôt protégées (Palais Longchamp, Marseille, par exemple) la technique par carottage suggérée par Edwards [33] est impossible à mettre en œuvre. C’est pourquoi les gazons furent prélevés à l’aspirateur, puis extraits, selon les suggestions de Coineau. Cette dernière méthode est en effet non dommageable pour la pelouse et permet de plus une extraction rapide. En revanche, elle ne collecte que la mésofaune de surface. En pratique, l’échantillonnage fut pratiqué par aspiration de 1 m2 de surface pendant une minute.

Ils doivent être choisis aussi identiques que possible les uns par rapport aux autres. Ce point a, par exemple, conduit à éliminer les pelouses des talus du Palais Omnisports de Paris-Bercy – POPB, site 54 de l’étude 2001), pourtant fort riches, car totalement artificielles.

Les platanes

Chaque platane fut mesuré, puis brossé au pinceau, du sol jusqu'à une hauteur de 2 m, afin de récupérer l’ensemble de la mésofaune présente. Fréquents sur les trottoirs urbains, ils présentent une hétérogénéité de taille. Il s’agit d’une technique longue, l’échantillonnage d’un platane d’une taille moyenne nécessitant une heure. Ils semblent être un milieu modérément significatif du point de vue quantitatif, mais pourraient présenter un intérêt qualitatif.

Les litières

C’est le milieu le plus simple à prélever puisqu’il suffit d’une brosse et d’une pelle à poussière propre, chaque litière étant pesée avant extraction. C’est un milieu très hétérogène, tant par sa constitution propre que par le support sur lequel il repose. En dépit de leur usage par certaines équipes [34] en milieu forestier, nous verrons qu'elles ne semblent pas constituer un milieu d’étude exploitable en milieu urbain.

Extraction et décompte

L’extraction s’applique aux prélèvements de gazons et de litières, et utilise le système de Berlèse-Tullgren [35].

Le décompte s’effectue au laboratoire sous microscope binoculaire, à faible grossissement (× 40 ou 100, rarement 250). Chaque échantillon est étudié en dénombrant et en classant l’ensemble des arthropodes présents dans leurs grands groupes respectifs.

Choix du polluant

La surveillance de la qualité de l'air dans les villes choisies est assurée par les Associations agréées de surveillance de la qualité de l’air (AASQA) suivantes : AIRPARIF à Paris, COPARLY à Lyon et AIRMARAIX à Marseille.

De nombreux composés entrent en jeu dans la pollution des grandes villes, toutefois un groupe semble présenter un intérêt particulier pour cette étude, les oxydes d’azote (NOx) et, plus particulièrement, le dioxyde d’azote (NO2).

En effet, ce dernier est un excellent marqueur du trafic automobile qui constitue la première cause de pollution urbaine, c'est donc un très bon indicateur de la pollution des grandes métropoles [36]. L'étude in fine a été effectuée à Paris, ville pour laquelle les données spatio-temporelles de la pollution atmosphérique disponibles auprès d'AIRPARIF (issues de la modélisation ou de la mesure) sont très bien documentées notamment au niveau de la voirie.

Toutefois le NO2 n’étant qu’un traceur de la pollution retenu en raison de sa commodité d’emploi, rien ne prouve qu’il ait un effet direct sur les mésofaunes. Cette étude porte sur la qualité globale de l’air et n’utilise le NO2 que comme un marqueur.

L’ozone (O3), gaz très oxydant et toxique majeur, est un produit de transformation des polluants primaires, dont l’action sur le vivant et en particulier les végétaux est nette. Son apparition est tributaire de conditions climatiques (chaleur, ensoleillement) inconstantes. Si l’ozone formé reste au niveau de l’agglomération, il est détruit peu de temps après sa formation par le NO émis en particulier par les véhicules automobiles. Au contraire, s’il se déplace au gré des vents, dès la périphérie de l’agglomération, et encore plus dans les campagnes, il n’y aura plus assez de polluants automobiles pour le détruire et il pourra alors stagner, voire s’accumuler [Association pour la surveillance de la qualité de l’air en Drôme et Ardèche – ASQUADRA, Résumé de conférence, 5 décembre 2003]. Un exemple net en est fourni par les mesures d’AIRMARAIX montrant des taux plus élevés sur Allauch qu’au centre de Marseille. Enfin, les taux maximaux de ce gaz sont souvent relevés lors de canicules telles qu’en août 2003, périodes durant lesquelles les mésofaunes peuvent subir un stress hydrique majeur, dont l’effet l’emportera sur celui de la qualité de l’air. Ainsi l’ozone ne semble pas être le meilleur marqueur pour cette étude. L’absence de cartographie fine constitue enfin un inconvénient supplémentaire important.

Ce dernier point est aussi un écueil pour l’utilisation du benzène, des oxydes de carbone, des particules. Quant au dioxyde de soufre (SO2), s’il reste un polluant industriel, son importance dans les grandes agglomérations est en nette diminution (modification des combustibles de chauffage et des zones industrielles urbaines).

Choix des sites

Cent quatorze sites furent analysés (42 sites sur Paris-Argenteuil, 30 sites sur Lyon-Solaize, 42 sites sur Marseille-Allauch), dont 31 gazons, 36 platanes et 47 litières. Seuls les sites franchement urbains (situés à moins de 8 m d’une voie de circulation) furent retenus. En effet, les centres des grands parcs urbains, riches de nombreuses espèces végétales et éloignés des sources de pollution ne constituent pas des sites urbains représentatifs. Nylander, tel que décrit dans l'introduction, l'avait déjà remarqué il y a 150 ans... En revanche, les pelouses des ronds-points routiers, ou les platanes des grandes avenues, milieux fortement soumis à l’influence de la pollution urbaine, semblent valides.

Résultats et conclusion de cette pré-étude

Une première observation globale montre que, sur les prélèvements de cette pré-étude, les populations de mésofaune sont a priori plus abondantes sur les platanes et gazons de Paris et Lyon que sur ceux de Marseille. En dépit d’un climat plus clément, Marseille présente une hygrométrie plus faible, élément défavorable (Tableau 1). Il ne semble donc pas possible de comparer les trois villes entre elles.

Les gazons observés semblent présenter une corrélation avec la qualité de l'air, ainsi les densités de populations paraissent plus élevées lorsque la qualité de l'air est bonne. Le peuplement nettement plus important du parc de Plombières (Marseille), par rapport aux abords immédiats du boulevard, montre l'intérêt d'éviter les parcs au profit de prélèvements en milieu franchement urbain. Le nombre modeste d'échantillons (total de 31 sites pour les 6 villes) ne permet pas, en raison de la grande variabilité des conditions locales, de tirer d'autre conclusion que l'intérêt de ce milieu.

Les 36 platanes testés montrent un nombre d'arthropodes/m2 de surface de tronc assez variable, les platanes parisiens et lyonnais étant plus peuplés que les marseillais. Ainsi pour cette dernière ville, aucun des 10 platanes testés : Plombières (3 sites), Timone (2 sites), Rabatau, Saint-Charles, Athènes (2 sites), Longchamp, n'atteint 40 arthropodes/m2. Si ceux du boulevard de Plombières (Marseille, NO2 : 101 μg/m3), de l'avenue de la Porte d'Orléans (Paris, NO2 : 97 μg/m3) ou du quai des Célestins (Paris, NO2 : 82 μg/m3) présentaient de 10 à 40 arthropodes/ m2, un platane de l'avenue de Messine (Paris) en présentant 262, voire 474 sur l’avenue Youri Gagarine (Argenteuil, NO2 : 43 μg/m3, capteur de fond) ; un platane de l’avenue des Champs-Élysées en présentait 270 (acariens oribates en quasi-totalité), tandis qu'un autre de l'avenue de l'Observatoire n'en montrait que 76. La grande variabilité du nombre d'écorces déhiscentes, qui constituent autant d'habitats, rend difficile l'usage de ce milieu comme marqueur qualitatif.

Tableau 1. Hygrométrie (moyenne mensuelle) mars-juin 2000. (Données : Météo-France).
Hygrometry (monthly average) March-June 2000. (Data : Météo-France)

Paris

Lyon

Marseille

Mars

73 %

74 %

67 %

Avril

69 %

71 %

65 %

Mai

70 %

72 %

64 %

Juin

69 %

70 %

63 %

En revanche, d'un point de vue qualitatif, il y a peut-être lieu de s'intéresser à deux autres types d'arthropodes : les pseudo-scorpions, notamment des genres Cheliferoid ou Chernes et les myriapodes du genre Polyxenus. En effet, des pseudo-scorpions ont été observés sur les huit platanes en périphérie urbaine (Allauch, Argenteuil et Solaize), mais non sur ceux des centres-ville, à l'exception des boulevards Rabatau (Marseille) et Gerland (Lyon), sites pour lesquels la qualité de l'air est satisfaisante. Il en va de même pour les Polyxenus toutefois absents d'Allauch ; en effet, ces micromyriapodes se nourrissent d'algues et les milieux très secs peuvent leur être préjudiciables. Ce dernier point conduit à rappeler qu'une pollution peut être sans effet direct sur une espèce vivante, mais l'atteindre par la modification de la flore ou de la faune dont elle est tributaire.

Les 47 litières donnent des résultats non exploitables, sans aucun lien apparent avec la qualité de l'air. Ainsi, si les quelques litières (plantes diverses) du boulevard de Plombières à Marseille, de l'avenue Berthelot à Lyon ou du périphérique parisien – trois sites pour lesquels la qualité de l’air est mauvaise – étaient peu peuplées, une litière (Taxus/lauracées) de l'église Saint-Pierre de Montrouge l'était beaucoup plus pour une qualité d’air analogue. Quant aux sites pour lesquels la qualité de l’air est bonne, une litière bien peuplée (lauracées) fut observée à Allauch tandis que les essais sur Solaize et Argenteuil étaient beaucoup moins concluants. Les conditions de température et d'hygrométrie, très variables selon la nature botanique de la litière, son emplacement et le sol sur lequel elle repose, entraînent un manque d’homogénéité donnant des résultats peu interprétables.

Au total, cette pré-étude conduit à retenir comme biotope d’étude les gazons urbains, et comme ville Paris en raison de la relative abondance des sites exploitables, couplée à une hygrométrie homogène et de niveau satisfaisant.

Étude Paris 2001

Choix des sites

L’étude LIFE RESOLUTION d’AIRPARIF [37], met en évidence la grande variabilité des taux de NO2 au sein d’un même quartier. Ainsi le taux de NO2 relevé rue de Rivoli n’a rien à voir avec ceux observables à quelques dizaines de mètres dans les rues adjacentes. En conséquence, la carte-voirie d’AIRPARIF, présentant le réseau d’un grand nombre de rues de Paris avec leurs valeurs moyennes (percentile 50 horaire : valeur de NO2 qui est dépassée par la moitié des mesures horaires) de pollution par le NO2, s’est avérée très utile.

Il a ainsi été possible de rattacher la plupart des sites à une fourchette de pollution probable. Pour les sites hors carte, AIRPARIF utilisant un algorithme basé sur l’intensité du trafic de la rue concernée, une estimation de la teneur en NO2 a pu être obtenue (modélisation par le logiciel spécifique STREET en situation de proximité).

La principale cause de pollution sur Paris étant le trafic urbain, tous les échantillonnages de l’étude 2001 furent pratiqués à moins de 8 m des voies de circulation. Ceci afin de limiter le biais lié à l’éloignement de la source (les taux des polluants décroissant alors rapidement). Au total, 55 gazons urbains situés à proximité immédiate des voies de circulation furent étudiés, répartis sur une zone aussi large que possible de Paris intra-muros (Figure 1). Seul le nord de l’agglomération, ne présentant que peu de pelouses de qualité satisfaisante, n’a pu faire l’objet d’échantillonnages variés. Tous les gazons étudiés devant être sensiblement homogènes entre eux, les pelouses centrales des grands parcs ont été éliminées. Quelques petits squares de quartier ont, en revanche, été étudiés dans leurs parties situées à proximité immédiate des rues, ainsi qu’une pelouse de l’accès, en bordure de chaussée, du parc des Buttes-Chaumont (site 38).

En pratique, les sites étudiés furent répartis en cinq grandes classes :

ceux pour lesquels la teneur en NO2 est supérieure à 80 g/m3 (percentile 50 horaire). Il s’agit de lieux fortement pollués, proches d’axes routiers au trafic intense. Les pelouses, en de tels emplacements, sont évidemment rares ;

ceux pour lesquels la teneur en NO2 est entre 70 et 80 μg/m3 ;

ceux pour lesquels la teneur en NO2 est entre 60 et 70 μg/m3, les plus nombreux ;

ceux pour lesquels la teneur en NO2 est entre 50 et 60 μg/m3 ;

il existe enfin une classe qui regroupe les emplacements (teneur en NO2 variable) pour lesquels un prélèvement a été effectué mais qui présentent des anomalies amenant à les rejeter de l’étude pour des raisons développées au paragraphe « Résultats », p. 106.

Mode opératoire

Le prélèvement de terrain par carottage ne pouvant être appliqué, seule la solution de l’aspiration fut utilisée (aspirateur-traîneau de 1 000 W, branché sur le groupe électrogène du véhicule du laboratoire).

Figure 1. Carte de Paris, sites de prélèvements (voir Tableau 2 p. 107) et distribution du réseau routier étudié par type de concentration (percentile 50 horaire) de dioxyde d’azote. Résultats pour l’année 1997.
Map of Paris, sampling sites (see Table 2 p. 107) and distribution of the road network studied per type of concentration 50 percentile hourly emissions of nitrogen dioxide. Results for the year 1997.

(Source: AIRPARIF, DREIF, IAURIF. Carte reproduite avec autorisation)

Pour chaque gazon, trois parcelles d’une surface de 1 m2 chacune furent échantillonnées (temps de prélèvement standardisé à une minute pour chaque site). En effet, les populations de microarthropodes n’étant pas réparties de façon homogène, il est souhaitable de multiplier les points de prélèvements. Lors de l’analyse des échantillons, une valeur moyenne des trois points représente le gazon concerné. Seuls quelques sites, en raison de leurs caractéristiques, n’ont pas permis de triple échantillonnage. Ils sont signalés dans les résultats.

L’échantillon d’aspiration, peu chargé en matière végétale, formé de débris et de mésofaune, permettait une extraction assez rapide au moyen de l’appareil de Berlèze.

L’échantillonnage fut effectué entre le 10 juin et le 20 juillet 2001, période de bon développement des mésofaunes et de conditions climatiques optimales. Les populations croissent au printemps, d’où l’obligation de travailler sur une période brève et optimale. Le risque de parcelles desséchées croît nettement en août, et il existe a priori un risque de pluies plus fort en avril, ces dernières rendant l’aspirateur inutilisable (hygrométrie 2001 : avril 70 %, mai 62 %, juin 57 %, juillet 67 %, [38]).

Résultats

(Tableau 2) [39, 40]

Neuf sites sont rejetés de l’étude, soit parce que techniquement inexploitables, soit en raison de l’état de la pelouse induisant un peuplement très pauvre (en conservant toutefois les sites présentant au moins 20 arthropodes/m2), soit encore en raison d’un peuplement totalement déséquilibré (constitué à plus de 98 % de l’un des groupes : collemboles, acariens ou thysanoptères) ; en effet, la prolifération d'un seul groupe d'arthropodes peut être observée très localement, dans un gazon ou sous une écorce (observation isolée d'une très abondante colonie d'acariens oribates sous une écorce d'un platane des Champs-Élysées, par exemple).

Résultats par classe de teneur en NO2

Classe de teneur en NO2 supérieure à 80 μg/m3 (très forte pollution)

Les pelouses exploitables, proches d’axes de trafic intense restent exceptionnelles.

Les prélèvements du périphérique et des abords de la place Victor Basch (église Saint-Pierre de Montrouge), étudiés en 2000, ne peuvent être adjoints à l’étude 2001, les conditions expérimentales étant très différentes. Il est toutefois possible de retenir que les mésofaunes y étaient fort faibles, dominées par les collemboles et totalement dépourvues de thysanoptères. Le gazon de l’église Saint-Pierre, n’existait plus en 2001. Le talus du périphérique à la porte d’Auteuil, prélevé en 2000, puis en 2001, n’a pu être exploité cette dernière année : recueilli en juillet, un lendemain d’orage et chargé d’humidité, l’échantillon s’est très vite dégradé, devenant inexploitable.

Les deux sites (1 et 2) sont la place de la porte Maillot et le rond-point des Champs-Élysées, qui présentent des caractéristiques analogues. La mésofaune moyenne de surface est très pauvre. Les collemboles sont fortement prédominants par rapport aux acariens. Ces sites très fortement pollués présentent une mésofaune moyenne de 103 arthropodes/m2, constituée pour 62,7 % de collemboles, 24,2 % d’acariens et 13,1 % de thysanoptères.

Classe de teneur en NO2 comprise entre 70 et 80 μg/m3 (forte pollution)

Cette classe regroupe la plupart des axes à gros trafic de Paris (12 sites) et un square (site 10) situé à proximité d’axes à très gros trafic. La mésofaune moyenne de surface est pauvre, les collemboles sont fortement prédominants par rapport aux acariens. Ces sites fortement pollués présentent une mésofaune moyenne de 115 arthropodes/m2, constituée pour 60 % de collemboles, 31,5 % d’acariens et 8,5 % de thysanoptères.

Classe de teneur en NO2 comprise entre 60 et 70 μg/m3 (pollution moyenne)

Cette classe regroupe des axes de trafic moyen ou aérés (13 sites) et des squares situés à proximité d’axes à gros trafic (5 sites), prélèvement effectué à moins de 8 m de la chaussée. La mésofaune moyenne de surface est d’abondance modérée, les collemboles sont fortement prédominants par rapport aux acariens. Ces sites de pollution moyenne présentent une mésofaune moyenne de 183 arthropodes/m2, constituée pour 60,3 % de collemboles, 32,8 % d’acariens et 6,9 % de thysanoptères.

L’état du gazon de l’avenue de Breteuil (fortement desséché, site 15) explique l’extrême pauvreté de ce site et le rend discutable. Il n’a toutefois pas été rejeté car présentant une densité moyenne supérieure à 20 arthropodes/m2. Le prélèvement du square Notre-Dame (site 28), fut effectué à faible proximité de la zone sur laquelle de nombreux cars de touristes stationnent, moteurs au ralenti, dans l’attente de leurs passagers. En conséquence et bien qu’assez richement peuplé, il fut classé en zone de pollution moyenne (60-70 μg) et non modérée (50-60 μg).

• Classe de teneur en NO2 comprise entre 50 et 60 μg/m3 (pollution modérée)

Cette classe regroupe des axes de trafic modeste ou aérés (7 sites) et des squares situés à proximité d’axes à trafic modéré (6 sites, prélèvement effectué à moins de 8 m de la chaussée). La mésofaune moyenne de surface est abondante, les collemboles sont fortement prédominants par rapport aux acariens. Ces sites de pollution modérée présentent une mésofaune moyenne de 309 arthropodes/m2, constituée pour 70,2 % de collemboles, 24,4 % d’acariens et 4,3 % de thysanoptères.

Deux sites du 15e arrondissement posent problème : le square Necker et le square Violet (sites 33 et 34). Dans ces deux cas l’échantillon recueilli contenait une quantité très importante de poudre identifiée a priori comme étant un engrais. Ceci peut expliquer l’anormale pauvreté de ces sites et les rendent discutables. Ils n’ont toutefois pas été rejetés car présentant, malgré tout, une densité moyenne supérieure à 20 arthropodes/m2. Ils minorent fortement les données de densité moyenne totale de mésofaune pour ce groupe de sites et modifient des résultats finaux qui auraient été encore plus nets si ces deux sites avaient été exclus (la mésofaune moyenne serait dans ce cas de 393 arthropodes/m2 pour la zone 50-60 μg/m3). Ceci pose le problème de l'influence des actions humaines, soulignée au paragraphe « Discussion », p. 110.

Tableau 2. Nombre moyen d'arthropodes/m2 observés sur chaque site.
Average number of arthropods/m2 observed from each site.

Tableau 3. Répartition des mésofaunes en fonction des densités de peuplement (densités exprimées en nombre d'arthropodes/m2).
Mesofauna distribution according to population densities (number of arthropods/m2).

Il est par ailleurs possible de raisonner en fonction des densités de peuplement des pelouses significatives (Tableau 3). La répartition collemboles-acariens sur les groupes de sites ainsi classés, reste comme dans l’approche en fonction des classes de NO2, assez peu éloignée de 2/3-1/3. Cette proportion, relativement constante, tend à indiquer que la répartition des peuplements de mésofaune des pelouses parisiennes est, en moyenne, assez homogène.

Ceci permet de penser que la mesure de la mésofaune totale, constituée des divers peuplements homogènes, pourrait être un reflet intéressant du paramètre variable que constitue la pollution.

Densité de peuplement

< 100

100-200

200-300

> 300

Nombre de sites

12

16

9

9

Collemboles

 %

68,9

66,1

59,7

66

Acariens

 %

22,7

27,5

29,1

30,3

Thysanoptères

 %

8,4

6,4

11,2

3,7

Synthèse des résultats (Tableau 4)

Cette étude porte sur 55 sites : 46 significatifs, 3 discutables et 9 rejetés. Le nombre total d’arthropodes observé sur l’ensemble des 55 sites est de 30 849. Sur l’ensemble des 46 significatifs (25 114 arthropodes dénombrés), la répartition montre une mésofaune moyenne de 198 arthropodes/m2, constituée pour 64,9 % de collemboles, 28,5 % d’acariens et 6,6 % de thysanoptères.

Cette répartition collemboles-acariens, pas très éloignée de 2/3-1/3 reste semblable dans les quatre groupes de sites (> 80 μg/m3, 70-80 μg/m3, 60-70 μg/m3, 50-60 μg/m3). Seul le dernier groupe (50-60 μg/m3, pollution modérée) semble différer légèrement dans sa répartition, au profit des collemboles.

Tableau 4. Nombre d'arthropodes par zone (valeur absolue et moyenne /m2).
Total and average number of arthropods observed /m2 from each area.

COLLEMBOLES

ACARIENS

Symphy

Autres

Total Collem.

Oribat

Total acariens

Thysa

Total

Classe 1 : faune totale

169

219

388

31

150

81

619

faune moyenne/m2

28,17

36,5

64,67

5,17

25

13,5

103,17

Classe 2 : faune totale

1 167

1 252

2 419

441

1 269

344

4 032

faune moyenne/m2

33,34

35,77

69,11

12,6

36,25

9,83

115,2

Classe 3 : faune totale

3 414

2 003

5 453

2 376

2 943

620

8 984

faune moyenne/m2

69,67

40,88

111,29

48,49

60,06

12,65

183,34

Classe 4 : faune totale

3 845

4 184

8 029

1 846

2 796

615

11 440

faune moyenne/m2

103,92

113,1

217

49,89

75,57

16,62

309,19

(valeur moyenne : valeur absolue/surface échantillonnée pour chaque zone).

Symphy : collemboles symphypléones – Oribat : acariens oribates – Thysa : thysanoptères.

Au total :

Collemboles totaux : cette valeur représente la somme de toutes les populations de collemboles. L’identification d’un arthropode en tant que collembole est aisée. Ces derniers, bien que constituant un groupe varié, ne peuvent, dans leur ensemble, guère être confondus avec d’autres arthropodes. Cette facilité d’identification fait que les collemboles totaux semblent constituer un intéressant bio-indicateur de pollution urbaine.

Collemboles symphypléones : les populations de ces arthropodes, proportionnellement bien représentées dans les quatre zones d’études, sont d’autant plus abondantes que la qualité de l’air est bonne. En raison de ces caractéristiques et de leur identification généralement aisée, même pour un observateur peu spécialisé, les collemboles symphypléones semblent constituer un intéressant bio-indicateur de pollution urbaine.

Acariens totaux : cette valeur représente la somme de toutes les populations d’acariens dont l’identification grossière est très aisée. Bien que constituant un groupe varié dont l’identification fine est complexe, ils ne peuvent guère être confondus avec d’autres arthropodes. L’étude statistique montre que leur intérêt est faible.

Acariens oribates : les populations de ces arthropodes, proportionnellement moyennement représentées dans les quatre zones d’études, sont d’autant plus abondantes que la qualité de l’air est bonne. Ils sont d’une identification assez aisée, bien que parfois délicate, mais leur abondance est modérée. L’étude statistique montre que leur intérêt est limité.

Thysanoptères : les populations de ces arthropodes, trop peu représentées dans les quatre zones d’études pour être intéressantes, ne semblent pas présenter de rapport avec la qualité de l’air. André notait déjà dans son étude écologique des communautés de microathropodes corticoles soumises à la pollution atmosphérique [14] que « dans cette étude, on est évidemment contraint à ne tenir compte que d'espèces particulièrement abondantes ». Il faut noter que la valeur observée dans la classe NO2 > 80 μg/m3 est à prendre avec précaution en raison du faible nombre de sites et de la relative richesse de la porte Maillot (site 1) en cet arthropode. Tout cela, ainsi que l’étude statistique montre que leur intérêt est très faible.

Mésofaune totale : cette valeur représente la somme de toutes les populations d’arthropodes. L’abondance en est d’autant plus grande que la qualité de l’air est bonne. L’étude statistique en montre l’intérêt.

La quantification des mésofaunes totales semble constituer un intéressant bio-indicateur de pollution urbaine.

Étude statistique de la relation entre la population de la mésofaune et la teneur en NO2

L’aspect des courbes de variation du nombre d’arthropodes en fonction de la qualité de l’air (Figure 2), quoique évoquant une corrélation, ne constitue pas à lui seul un élément fiable. Une approche statistique est donc indispensable (Tableau 5), en utilisant non pas 4 points de zones, mais l’ensemble des 46 points correspondants aux sites exploitables, les populations de chacun étant comparées aux teneurs en NO2 locales. En pratique, les valeurs observées ne suivent pas une loi normale, ce qui exclut l’usage de tests paramétriques.

Il ressort de ce tableau que trois groupes présentent une intéressante corrélation : les collemboles symphypléones, les collemboles totaux et surtout la mésofaune totale (p < 0,01, Spearman). Les acariens oribates, en revanche, présentent une corrélation nettement plus discutable (p = 0,079) à moins d’accepter un seuil à 10 %… Les thysanoptères, quant à eux, ne présentent aucune corrélation, mais il s’agit d’un groupe faiblement représenté dans cette étude (moins de 7 % de l’ensemble de la mésofaune observée sur l’ensemble des sites).

Tableau 5. Résultats des tests de Kruskal et Wallis (Hc : variable de décision, p : seuil de signification), calcul du coefficient de corrélation de rang de Spearman (rs) et résultats des tests de signification de ce coefficient (Uc et p). Les résultats significatifs figurent en gras.
Results of Kruskal and Wallis’tests (Hc: Decision variable, p: Significance threshold) and calculation of Spearman’s row correlation coefficient (rs) as well as results of significance tests for this coefficient (Uc and p). In bold: significant results.

Test de Kruskal et Wallis

Corrélation de Spearman

Hc

p

rs

Uc

p

Symphypléones

7,01

0,072

– 0,33

– 2,24

0,013

Autres collemboles

1,81

0,613

– 0,1

– 0,64

0,26

Total collemboles

6,92

0,074

– 0,33

– 2,22

0,013

Oribates (acariens)

3,77

0,287

– 0,21

– 1,41

0,079

Total acariens

2,43

0,488

– 0,15

–1,02

0,153

Thysanoptères

1,51

0,68

– 0,11

– 0,71

0,238

Mésofaune totale

8,95

0,03

– 0,39

– 2,61

0,005

p < 0,1

p < 0,05

Figure 2. Variation du nombre d’arthropodes/m2 en fonction de la qualité de l’air.
Variation of number of arthropods/m2 according to the air quality.

Qualité de l’air de niveau 1 (teneur en NO2 > 80 μg/m3)
Qualité de l’air de niveau 2 (teneur en NO2 comprise entre 70 et 80 μg/m3)
Qualité de l’air de niveau 3 (teneur en NO2 comprise entre 60 et 70 μg/m3)
Qualité de l’air de niveau 4 (teneur en NO2 comprise entre 50 et 60 μg/m3)

Discussion

L'étude des mésofaunes en milieu urbain présente un certain nombre d'analogies avec celle des lichens. Ainsi dans un milieu naturel, les lichens comme les mésofaunes constituent des communautés stables adaptées aux conditions locales. Les modifications de la qualité de l'air auront, comme pour les lichens des conséquences variables selon les espèces, certaines disparaissant au profit d'autres, de meilleur adaptabilité ou plus résistantes. Ainsi pour les acariens, au sein même du groupe des oribates, André [14] note la sensibilité de Tectocepheus sarekensis, alors que Humerobates rostolamellatus est abondant dans les zones polluées.

Il n'est donc pas possible à la vue de cette simple étude d’envisager la mise en place directe d’une échelle permanente qualité de l’air/mésofaune comme cela existe avec les lichens. L'indice global de qualité de l'air, développé sur ce dernier modèle regroupe 40 espèces de lichens suivant leurs caractéristiques écophysiologiques dans une échelle de 6 niveaux de valeur écologique. La présente étude n'apporte pas d'élément suffisant pour une modélisation, mais pose des bases d'observation.

L’usage des mésofaunes des gazons comme bioindicateurs de pollution urbaine se heurte à diverses objections :

• Ce modèle nécessite – évidemment – la présence d’une pelouse, ce qui est loin d’être la règle, en particulier dans les lieux les plus exposés à la pollution de nos grandes villes.

• Ces pelouses doivent être aussi homogènes et identiques entre elles que possible. En effet, l’échantillonnage en trois points distincts montre qu’il peut exister au sein d’un même site une variabilité importante quantitative et qualitative. Il est donc nécessaire de multiplier les points de prélèvement afin d’effectuer une moyenne des peuplements. Cette question se pose cependant fréquemment dès que l’on travaille sur un marqueur vivant. Ainsi la présence de lichens d’arbres urbains peut varier de manière significative au sein d’une même zone d’étude selon la nature botanique de l’arbre, sa taille, son environnement immédiat, la saison et le pH. L'action de ce dernier paramètre est, là encore, commune aux mésofaunes [11, 12, 15].

L’hygrométrie est un paramètre important et inconstant. Les travaux de Kuperman et al. [41] suggèrent que l’association sécheresse et pollution présente une action défavorable sur les populations de collemboles par rapport à celles présentes dans des milieux à l’hygrométrie satisfaisante, moins perturbées.

Ces peuplements, à développement rapide, varient dans le temps, comme pour de nombreux autres arthropodes. Les travaux de Krestyaninova et Kusnetsova sur un boulevard de Moscou [42] montrent que le maximum d’abondance est atteint après la période hivernale plus rapidement en milieu urbain que dans la nature.

Cette étude a donc été menée sur une durée aussi concentrée que possible durant une période de bon peuplement. Il n’en reste pas moins vrai que si les mésofaunes peuvent être présentes de manière per-annuelle sur un site, des prélèvements menés en une autre saison auraient abouti à des résultats différents.

Ces pelouses peuvent être soumises à diverses perturbations dues aux activités humaines, difficilement quantifiables, comme dans le cas des squares Violet et Necker.

Les taux d'arthropodes/m2 paraissent faibles par rapport aux densités de population observées en milieu rural, posant le problème de la pertinence de la technique d'aspiration par rapport à celle de carottage, difficilement applicable en centre-ville.

L'évolution de la densité des communautés de microarthropodes est multiparamétrique et pourrait être présentée selon un diagramme d'Ishikawa dont la qualité de l'air ne serait qu'une des branches, les autres branches devant être maintenues aussi constantes que possible.

Conclusion

Un modèle de bio-indicateur reposant sur les microarthropodes n’a d’intérêt que s’il est exploitable en dehors du cercle très restreint des spécialistes. En conséquence, ce travail est conçu pour être utilisé de manière simple, au prix – sans doute – de quelques approximations, mais permettant une mise en pratique effective.

Les mésofaunes sont présentes dans les centres des grandes villes françaises, même dans leurs sites les plus pollués.

• Elles présentent une meilleure tolérance à la pollution que les lichens, considérés comme un bio-indicateur classique.

Elles peuvent être échantillonnées de manière simple et rapide.

L’analyse en est aisée si l’on se limite à une quantification des populations totales et reste simple si l’analyste distingue seulement les grands groupes que sont les collemboles totaux et symphypléones, les acariens totaux et oribates, les thysanoptères.

Plusieurs types de populations, mais plus particulièrement les mésofaunes totales, présentent dans cette étude une intéressante corrélation avec les classes de NO2, bon marqueur des niveaux de la pollution urbaine.

Cette étude, bien qu’imparfaite, tend à montrer que les mésofaunes des gazons pourraient constituer un bio-indicateur crédible de pollution urbaine, utilisable de manière pratique par un opérateur consciencieux, pourvu d’une formation simple.

Nous remercions C. Lohou (Direction des Parcs et Jardin de la Ville de Paris), C. Roth et F. Joly (AIRPARIF) pour leur aide très précieuse.

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Pour citer ce document

Référence papier : Vincent Penel, Olivier List et Séverine Pourret « Influence de la pollution urbaine sur la mésofaune des pelouses : un nouveau bio-indicateur de la qualité de l’air en ville ? », Pollution atmosphérique, N° 185, 2005, p. 101-112.

Référence électronique : Vincent Penel, Olivier List et Séverine Pourret « Influence de la pollution urbaine sur la mésofaune des pelouses : un nouveau bio-indicateur de la qualité de l’air en ville ? », Pollution atmosphérique [En ligne], N° 185, mis à jour le : 17/11/2015, URL : http://lodel.irevues.inist.fr/pollution-atmospherique/index.php?id=1560, https://doi.org/10.4267/pollution-atmospherique.1560

Auteur(s)

Vincent Penel

Laboratoire des Pollens et du Micro-environnement – 13, rue Farnerie – BP 129 – 26001 Valence Cedex, France

Olivier List

Laboratoire des Pollens et du Micro-environnement – 13, rue Farnerie – BP 129 – 26001 Valence Cedex, France

Séverine Pourret

Laboratoire des Pollens et du Micro-environnement – 13, rue Farnerie – BP 129 – 26001 Valence Cedex, France