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Déterminer la répartition d’espèces exotiques envahissantes grâce à l’ADN environnemental

Date de publication
21 octobre 2019
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ADN Environnemental

E-biom révolutionne le suivi de biodiversité dans le cadre de la veille écologique et permet aux entreprises extractives de valoriser la biodiversité des carrières.

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, les activités extractives ne sont pas du tout destructrices de la biodiversité.

Après avoir étudié la biologie durant 5 ans à l’Université de Namur (Unamur, spécialisation en biodiversité), Jonathan Marescaux, cofondateur et CEO d’e-biom (au centre de la photo avec Nicolas Debortoli et Thibaut Bournonville) s’est fait connaître pour ses travaux sur les espèces exotiques envahissantes qui « colonisent » nos cours d’eaux.

ADN EnvironnementalEn guise de mémoire de maîtrise, il a travaillé sur la présence de la palourde asiatique (Corbicula sp) dans les rivières françaises. Il s’agit d’une palourde d’eau douce et d’eau saumâtre, introduite en Amérique et Europe et devenant invasive dans une partie croissante des écosystèmes aquatiques. Ce travail de fin d’étude lui a valu le prix « Jacques Kets » (2010) et le prix « Adrien Bauchau » (2012).

En octobre 2010, il obtient une bourse de doctorat du Fonds National de la Recherche Scientifique (FNRS) qui lui permet de travailler durant 4 ans dans le laboratoire LEGE (Laboratoire d’Écologie et Génétique Évolutive). Quatre années de recherche autour d’une autre espèce invasive, la moule Quagga (Dreissena rostriformis), qui lui auront permis de développer sa thèse et d’obtenir son doctorat en décembre 2014.

La moule Quagga n’est pas n’importe quelle espèce exotique. C’est la « petite sœur » de la célèbre moule zébrée (Dreissena polymorpha) qui est bien connue depuis les années 80.

La moule zébrée : des impacts catastrophiques

Des dégâts économiques : par sa capacité à se fixer à une multitude de surfaces submergées, elle peut obstruer différents types de systèmes hydrauliques, notamment les prises d’eau potable, et engendrer des problèmes d’approvisionnement en eau. Elle peut aussi encrasser les embarcations et les endommager. Les coûts liés au contrôle de la moule zébrée représentent des millions de dollars annuellement.

Un exemple : en Amérique du Nord, la moule zébrée se reproduit en une telle quantité et à une telle vitesse qu’elle peut obstruer définitivement les circuits de refroidissement des centrales hydro-électrique. Lorsqu’on le constate, il est souvent déjà trop tard et les équipes de maintenance n’ont d’autres solutions que de découper les tuyaux obstrués et de les remplacer par des nouveaux.

40.000 moules Quagga au m² dans le canal Albert

 

En Belgique, les travaux de Jonathan Marescaux ont permis de déceler des densités de plus de 40.000 moules Quagga au m² dans le canal Albert, un maillon essentiel de l’activité économique de notre pays.

Les 129 km du canal Albert permettent de relier les bassins de la Meuse et de l’Escaut. Avant sa création en juillet 1939, il fallait naviguer au travers de nombreux petits canaux durant 12 à 14 jours et avec des bateaux de maximum 300 tonnes pour rallier Anvers depuis Liège. Aujourd’hui, on parcourt cette distance en 14 heures environ avec des convois allant jusqu’à 9.000 tonnes.

En 2019 encore, avec 40 à 45 millions de tonnes de marchandises transportées en moyenne chaque année (l’équivalent de plus de 2 millions de camions de 20 tonnes), le Canal Albert est un outil moderne extrêmement performant, reliant entre eux communautés et pôles économiques. Il est le vecteur de performance indispensable pour les entreprises qui l’utilisent.

Tout ce qui pourrait mettre en danger sa navigabilité aurait des impacts catastrophiques sur le transport de ces marchandises.

Impacts négatifs sur nos mulettes

Des dégâts écologiques : la moule zébrée et la moule Quagga ont également des impacts négatifs sur les moules d’eau douce indigènes (mulettes) en se fixant sur leur coquille, les empêchant ainsi de respirer et de se nourrir. Aux Etats-Unis, elles ont a d’ailleurs causé la disparition de vastes populations de moules d’eau douce indigènes.

Chaque moule zébrée peut filtrer jusqu’à plusieurs litres d’eau par jour, voire plusieurs dizaines de litres selon certains études, pour se nourrir : elle réduit ainsi la quantité de phytoplancton et de zooplancton disponible pour certains jeunes poissons, les moules indigènes et les autres invertébrés aquatiques. C’est toute la chaîne alimentaire aquatique qui est impactée.

L’action filtrante d’une grande colonie de moules zébrées augmente la transparence de l’eau et favorise le développement de plantes aquatiques à de plus grandes profondeurs.

On considère d’ailleurs que la moule zébrée est une espèce « ingénieure », étant donné qu’elle modifie les processus de l’écosystème dans lequel elle est introduite. Les espèces indigènes peuvent alors devenir mal adaptées à leur environnement ainsi transformé. Enfin, ce mollusque est aussi un vecteur de transmission du botulisme aviaire, une maladie qui a tué des milliers d’oiseaux aquatiques au lac Érié.

Identifier précisément la présence de ces moules ou de tout autre être vivant, dans nos rivières, nos canaux ou n’importe où ailleurs sur notre territoire, est donc un véritable challenge économique et environnemental, à la fois pour préserver la biodiversité, déterminer les impacts potentiels de des espèces exotiques sur l’économie et pour prédire les impacts des activités humaines sur cette biodiversité.

Car construire une route qui scinde et limite le territoire naturel d’une espèce autochtone peut avoir pour conséquence un appauvrissement de la vitalité de l’espèce par consanguinité. Pour éviter cela, il faut évidemment connaître de manière précise la répartition géographique des espèces concernées : les travaux de Jonathan Marescaux et les activités d’e-biom sont d’une aide précieuse pour y arriver.

ADN environnemental: des études facilitées par la génétique

ADN EnvironnementalLe lien entre ces recherches sur les mollusques invasifs et la création de la société e-biom ? L’application de méthodes génétiques afin de résoudre des problématiques environnementales. Grâce à la génétique, il est possible d’identifier la présence d’espèces, invasive ou non d’ailleurs, dans un environnement donné, de déterminer les corridors de colonisation de ces espèces, et d’ainsi d’anticiper les conséquences qu’auront ces espèces dans les écosystèmes.

L’innovation d’e-biom repose sur l’étude de l’ADN environnemental qui permet de détecter la présence d’espèces animales, végétales ou de micro-organismes à partir de traces d’ADN contenues dans des échantillons environnementaux (eau, sol, fèces). « On laisse tous des traces d’ADN autour de nous. C’est vrai pour tous les êtres vivants, explique Jonathan Marescaux : depuis les virus et les bactéries, en passant par les pathogènes, les poissons, les plantes et les mammifères. La seule chose qui change, c’est l’ADN de départ ».

ADN EnvironnementalLe travail d’e-biom, c’est de récupérer ces traces d’ADN et de les identifier en les comparants à celles répertoriées dans des bases de données. Certaines, internationales, sont gigantesques : celles notamment du National Center for Biotechnology Information (NCBI), un institut national américain pour l’information biologique moléculaire, et celles de GenBank, une banque de séquences d’ADN, comprenant toutes les séquences de nucléotides publiquement disponibles et leur traduction en protéines.

Des bases de données qui ne sont pas exemptes d’erreurs : des erreurs factuelles (notamment sur les insectes, par exemple) et des erreurs de manipulation en laboratoire.

Jonathan Marescaux est plutôt un perfectionniste. Il a donc décidé, avec ses collaborateurs, Nicolas Debortoli (Dr en Biologie, spécialisé en génétique et passionné de bio-informatique) et Thibaut Bournonville (Master en biologie, spécialisé en gestion de l’environnement), de réaliser sa propre base de données sur des organismes phares. « On veut être sûr que notre base de données de référence ne contienne pas d’erreurs ». Des travaux en partie subsidiés par la Région wallonne.

ADN Environnemental: une méthode plus rapide, moins couteuse, plus efficace

Selon un rapport sur l’état de l’eau publié le 3 juillet 2018 par l’Agence européenne pour l’environnement, malgré les progrès réalisés au cours des dernières décennies dans l’amélioration de la qualité environnementale des nombreux lacs, rivières, eaux côtières et eaux souterraines en Europe, la pollution, les structures telles que les barrages et la surexploitation représentent toujours des menaces majeures à long terme. La grande majorité des masses d’eau européennes ne parviennent toujours pas à atteindre l’objectif minimum de « bon état » fixé par l’Union européenne.

Pour établir ces rapports, l’Europe impose à notre pays notamment de réaliser des prélèvements dans nos cours d’eaux. Précisément, 354 points de prélèvement sont répartis en Wallonie dans lesquels il s’agit non seulement de traquer les produits chimiques mais aussi d’observer quatre groupes d’organismes : les poissons bien sûr, mais aussi les plantes aquatiques, les diatomées (des microalgues unicellulaires (de 2 μm à 1 mm) présentes dans tous les milieux aquatiques) et les macro-invertébrés (tous ceux qui dépassent 1 mm, comme les larves d’insectes ou les moules).

Jusqu’à présent, ces prélèvements sont réalisés par les naturalistes et les scientifiques. Il est nécessaire d’observer et parfois de capturer les organismes vivants afin de les inventorier. Un gros boulot puisque qu’il est indispensable de capturer les poissons (ce qui génère un stress parfois mortel), observer les plantes, triturer les cailloux où se nichent les diatomées ainsi que les larves. Un travail intense – qui coûte cher – et qui nécessite de disposer d’experts : pour identifier une espèce, il est parfois nécessaire de compter le nombre de poils qui recouvrent ses pattes !

De moins en moins d’experts

Or, des experts et des naturalistes, on en trouve de moins en moins.

En choisissant de travailler avec l’ADN environnemental, e-biom comble ces difficultés : « on prélève quelques litres de l’eau et, on ramène cet échantillon au laboratoire. Notre méthode permet de « screener » l’échantillon ». Il en réduit aussi le coût : comptez 500€ pour la réalisation d’un inventaire précis et 150€ pour détecter la présence ou non de telle ou telle espèce.

Une méthode qui ne permettra pas de quantifier le nombre d’individus d’une même espèce mais qui, par contre, va identifier rapidement le nombre d’espèces présentes. « Dans un point de prélèvement, nous avons capturé 4 espèces de poissons par les méthodes traditionnelles. Or, les tests d’ADN ont permis d’en identifier 27. Des traces qui provenaient d’espèces vivants en amont sur la rivière, dans des étangs de pèches voisins, … C’est aussi notre travail d’experts d’interpréter ces résultats et leur rôle écologique. Et si nous ne sommes pas assez experts dans une thématique, nous faisons appel à nos partenaires. C’est là aussi que le lien peut se faire avec les compétences des naturalistes. On peut combiner une méthode innovante et efficace de screening et à une interprétation naturalistique des résultats ».

À ce jour, 12.000 espèces exotiques ont été observées en Europe. Environ 15 % d’entre elles sont considérées comme envahissantes. En Wallonie, on estime qu’une centaine de plantes et d’animaux menacent aujourd’hui notre environnement. Les milieux aquatiques sont généralement les plus menacés.

En collaboration avec le SPW, E-biom a par exemple étudié :

  • la répartition sur notre territoire de deux espèces invasives : les ouaouarons (Lithobates catesbeiana), mieux connus sous le nom de « grenouilles mugissantes » ou « grenouille-taureau » et la répartition de l’écrevisse de Louisiane (Procambarus clarkii) par la méthode ADN environnemental
  • la prévalence de la peste d’écrevisses (Aphanomyces astaciun) parasite mortel pour les écrevisses protégées, dans des populations invasives d’écrevisses, en appliquant des méthodes moléculaires.

Enrichir les bases de données

E-biom multiplie les activités, pour le compte d’organismes publics et privés. Dans le cadre du LIFE Belgian Nature Integrated Project, qui a pour objectif de soutenir les projets Natura 2000 par la mise en œuvre de différentes actions visant le maintien et le rétablissement des habitats et espèces menacées, l’entreprise de Jonathan Marescaux est chargée de définir la répartition wallonne de l’alyte accoucheur et du triton crêté, au sein de 1000 mares réparties sur l’ensemble de la Région.

« En collaboration avec Natagora, les échantillonnages ont été réalisés et ont donné des résultats très encourageants ». Certains échantillons ont été collecté dans des mares de carrières (Life in Quarries). « Contrairement à ce que l’on pourrait penser, les activités extractives ne sont pas du tout destructrices de la biodiversité. Au contraire, les carrières offrent de véritables milieux premiers et abritent des espèces extrêmement rares : des rapaces, des hirondelles de rivage, des amphibiens ou des orchidées.

« On a développé des protocoles très ciblés en fonction des demandes de nos clients. Suite à ces demandes, nous avons déposé un projet de R&D auprès de la Région wallonne pour développer de nouvelles applications sur des échantillons du sol. Par rapport à l’analyse d’échantillons d’eau, cela soulève de nouveaux défis : L’ADN reste présent plus longtemps: prélever de grands volumes de terre est beaucoup plus compliquer que de filtrer de grands volumes d’eau, … Cependant, ces applications sont très prometteuses.

Ce projet est en cours de développement et des discussions ont déjà été entamées avec différents organismes.

Une expertise qui pourrait aussi être mise à contribution pour améliorer les développements de zones « vertes » en milieu urbain ou semi-urbain. On pense ici au développement de mares naturelles dans ces environnements.

Tous ces travaux permettent à la fois à e-biom de se positionner sur toute la chaine des possibles, d’améliorer sans cesse son savoir-faire et d’enrichir sa propre base de données. On n’a pas fini de parler de cette belle entreprise wallonne.

Quelle a été votre meilleure décision professionnelle ?

« Avoir lancé e-biom. Concrétiser la recherche scientifique dans des projets appliqués est très valorisant. On sert à quelque chose ».

La pire ?

« Je me suis posé la question à plusieurs reprises. On a commencé petit, avec une levée de fonds limité, une petite équipe, …. A-t-on bien fait ? »

Votre dernier défi technologique ?

« On a été chargé de décrire tout le vivant présent dans une zone Natura 2000 : les mammifères, les amphibiens, les plantes, les oiseaux, les écrevisses… Bref : nous avons récupérer des dizaines de litres d’eau et généré plus 300 millions de séquences ADN. Le grand défi, c’était de faire le tri tout en limitant au maximum les causes d’erreur.».



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