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L'Institut écocitoyen est une association dont les missions principales sont l'acquisition de connaissances scientifiques autour des questions sanitaires et environnementales, la transmission de ces savoirs et l’organisation d’actions de surveillance et de protection de l’environnement. Pour la première fois, citoyens, élus, industriels et scientifiques collaborent à un projet commun à l'échelle d'un territoire.

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Biosurveillance de la qualité de l'air par les lichens

L’Institut conduit depuis 2011 un suivi de la pollution atmosphérique par l’étude et l’analyse des lichens. Un tel suivi permet une approche complémentaire aux analyses instrumentales réalisées par les acteurs scientifiques ou le réseau de surveillance de la qualité de l’air. Sans être aussi précis que des données issues de mesures physico-chimiques, les résultats de cette action montrent concrètement l’impact de l’exposition à long-terme des polluants atmosphériques sur une espèce vivante, sur une échelle géographique étendue.
La première campagne d’étude, conduite en 2011, a tout d’abord concerné les zones proches des principaux émetteurs de pollution, notamment les villes de Fos-sur-Mer et Port-Saint-Louis-du-Rhône. Aujourd’hui, c’est un suivi trisannuel qui est organisé sur la quasi totalité du territoire métropolitain, d’Arles à Aix-en-Provence, incluant Marseille, Martigues, Istres, les Alpilles... Si en 2011 les chercheurs de l’IECP étudiaient 13 stations, ils en suivent 35 depuis 2017.

En lien

Les données issues de l’étude des lichens sont utilisées dans l’analyse de nombreuses études conduites par l’Institut : c’est le cas notamment de l'étude Index. Par ailleurs, l’Observatoire Citoyen de l’Environnement y participe activement.

Pourquoi le lichen ?

Pourquoi le lichen ? Les techniques de biosurveillance utilisent des espèces vivantes pour constater certaines pollutions. Ces techniques permettent, en outre, d’aborder l’effet de la pollution sur des organismes vivants. Début 2011, une étude avait permis de dresser un état des lieux et une bibliographie des différentes techniques de bio-monitoring tant environnemental, qu’humain. Les lichens dépendant uniquement des apports atmosphériques pour leur nutrition et présentant des caractéristiques physiologiques adaptées (absence de cuticule et de système de régulation, croisssance lente et actif toute l’année), comptent parmi les meilleurs indicateurs biologiques de la qualité de l’air. L’Institut Ecocitoyen a choisi de mettre en place sur plusieurs années ce mode de surveillance de la qualité de l’air. L’étude réalisée par l’Institut Écocitoyen a pour objectifs d’évaluer la qualité de l’air par une connaissance de la biodiversité des lichens (observation de la diversité et de l’abondance des espèces) sur le territoire de la Métropole Aix-Marseille-Provence, ainsi que par une mesure d’imprégnation des lichens aux dioxines et furanes (PCDD/F), métaux, hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et PCB. Cette double approche permet de :

- Mesurer l’effet de la pollution sur le vivant, avec une intégration sur plusieurs années (relevés de biodiversité lichénique).
- Cartographier l’exposition à un cumul de polluants atmosphériques spécifiques des zones industrielles et urbaines (prélèvements et analyses de lichens), intégrée sur quelques mois.

Points Clés

- Une étude sans précédent à cette échelle dotant le territoire d’un outil unique pour connaître la pollution de l’air et ses effets sur le vivant.
- Des données renforcées par la participation de citoyens volontaires.
- Des résultats qui montrent bien les impacts atmosphériques des différentes sources d’émissions et qui ouvrent le champ à un approfondissement de la recherche.

Résultats

Bioaccumulation

Les résultats montrent un impact important des grandes zones industrielles (ZIP de Fos, Lavéra), sur les concentrations en HAP et métaux notamment. Pour les dioxines, l’écart est moins important. Les mesures à l’approche des sources industrielles sont aussi beaucoup plus hétérogènes et dépendent, a priori, de l’exposition des stations.

La carte interactive ci-dessus permet de visualiser les différences entre chaque station, polluant par polluant. En outre, en cliquant sur un point, on peut voir l’évolution dans le temps de la concentration mesurée du polluant choisi.

Améliorations méthodologiques

Une étude spécifique a été mise en place pour tenter de déterminer si la saison de prélèvements joue un rôle sur les taux de polluants analysés dans les lichens. Les résultats montrent qu’il semble y avoir d’autres sources qui “masquent” cet effet de saisonnalité, notamment à Port-Saint-Louis-du-Rhône et sur le site du Tonkin, dans la zone industrielle.
L’aspect géographique est, lui, validé : il existe, en effet, peu de différence entre un site et ses environs directs (inférieur à 500 m) même lorsque l’on prélève du Xanthoria parietina sur des espèces d’arbres différentes.
Enfin, les chercheurs ont tenté de tester la bioaccumulation sur une autre espèce : Physcia Byziana, afin de savoir si celle-ci pouvait induire des différences d’absorption et de stockage dans les tissus. Il existe des différences faibles mais significatives entre ces 2 espèces prélevées aux mêmes endroits. Cependant, les écarts sont trop importants pour utiliser les deux espèces de façon indifférenciée.

La question des sources

C’est un des enjeux importants pour le territoire métropolitain : est-il possible de déterminer quelle source de pollution est identifiable dans les lichens (Transport, Industrie, combustion de bois…) ? L’IECP conduit actuellement des travaux sur la contribution des sources, en essayant d’identifier des profils chimiques dans les lichens qui pourraient constituer la « signature » d’une source. Pour l’heure, les premiers résultats semblent distinguer combustion de bois, et industriels notamment. La recherche se poursuit.

Focus technique

L’étude des lichens comporte 2 axes :

- La biodiversité qui évalue la diversité et l’abondance des espèces de lichens présentes sur une placette.
- La bioaccumulation qui consiste à doser dans une variété spécifique de lichens la quantité de polluants. Tous les 3 ans, ce sont les mêmes placettes qui sont investiguées, permettant ainsi de mesurer les évolutions.

Bioaccumulation

Les prélèvements se font exclusivement sur le Xanthoria parietina (une espèce peu sensible et donc présente partout, même en zone très exposée) en décrochant des thalles entiers de l’écorce des arbres, facilité par mouillage à l’eau ultrapure. Environ 20 g d’échantillons frais sont collectés sur chaque station. Un tri est réalisé dans les 48 h en laboratoire pour ôter les restes d’écorces, autres espèces, poussières, insectes… Les échantillons sont ensuite congelés.
Une lyophilisation est ensuite effectuée pour retirer l’eau (5 à 50 % selon les conditions). Enfin, les échantillons sont broyés et la poudre conservée au congélateur à -40 °C.Ils sont ensuite envoyés en laboratoire pour analyses : HAP, PCB,PCDD/F, métaux en routine, d’autres composés pouvant être analysés selon les besoins. Une campagne mobilise 4 agents IECP pendant 1 à 2 semaines sur le terrain, puis encore 1 à 2 semaines sont nécessaires pour la préparation des échantillons. Les analyses sont réalisées avec des partenaires universitaires comme la Timone pour les métaux, HAP, PCB…, et le Laboratoire Départemental de la Drôme pour les PCDD-F. Elles peuvent nécessiter plusieurs mois. L’analyse des données brutes et les interprétations sont faites à l’IECP et demandent parfois plusieurs semaines.

Biodiversité

La diversité lichénique est utilisée comme un indicateur depuis le XIXe siècle pour surveiller les effets de la pollution de l'air dans les zones urbaines ou industrielles. Celle-ci modifie les communautés de lichens, ce qui se traduit, selon la nature et la concentration des polluants, par un appauvrissement au niveau de la richesse et de l'abondance. Un relevé de la diversité des lichens et de leur fréquence permet de déterminer des indices de qualité de l’air, qui est un indicateur bénéficiant d’une norme européenne. Concrètement, une station est composée de 10 arbres. Les chercheurs procèdent à un relevé de flore lichénique total en comptabilisant la fréquence d’apparition des différentes espèces selon une grille de 5 mailles de 10*10 cm, apposée sur les 4 faces de chaque arbre. Un petit échantillon de chaque espèce isolée sur le terrain est prélevé pour identification/confirmation en laboratoire par des observations à la loupe binoculaire (grossissement 5× à 40×) et au microscope (de 50× à 400×).
Les relevés mobilisent 2 agents IECP pendant une 1 journée, puis 2 jours au laboratoire.

Biodiversité

Les résultats de biodiversité sont absolument cohérents avec ceux de la bioaccumulation : les stations dont les lichens présentent les plus forts taux de polluants, sont celles où la biodiversité est la plus faible. Ces résultats sont importants, puisqu’ils valident le fait que la seule biodiversité lichénique est un bioindicateur avéré d’une qualité de l’air globale. Ils sont renforcés par le suivi annuel réalisé par les citoyens membres de l’Observatoire Citoyen de l’Environnement, dont la fréquence permet notamment de détecter d’éventuelles modifications de diversité lichénique, nécessitant l’intervention des chercheurs de l’IECP.
Plusieurs méthodes ont fait leurs preuves pour la mesure de la biodiversité lichénique au regard de la qualité de l’air. Certaines d'entre elles ont une approche qualitative permettant d'apprécier le degré de pollution à partir d'observations sur le terrain. D'autres sont quantitatives basées sur des formules mathématiques faisant intervenir différents paramètres relatifs à la flore lichénique. Trois types d’indice ont été retenus par l’IECP :

Indice de Pureté Atmosphérique (IPA) : une approche quantitative basée sur le calcul d’un indice de pollution relatif à la flore lichénique, notamment le nombre et la fréquence de chaque espèce.
La Valeur de Diversité Lichénique (VDL, norme EN 16413) : qui propose une approche moins subjective intégrant l’abondance lichénique globale et qui, de plus, est normée au niveau européen.
Le nombre de lichens : qui compte uniquement la quantité d’espèces différentes sur chaque station.