Thèse Variabilité de la Sensibilité aux Contaminants Chimiques et Vulnérabilité des Populations de Gammaridés dans les Cours d'Eau Français H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1 École doctorale : E2M2 - Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation Laboratoire de recherche : RiverLy - Fonctionnement des hydrosystèmes Direction de la thèse : Arnaud CHAUMOT ORCID 0000000191323419 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-15T23:59:59 Les écosystèmes aquatiques sont soumis à de multiples pressions d'origine humaine, parmi lesquelles la contamination chimique constitue aujourd'hui un facteur majeur du déclin de la biodiversité. Pourtant, les conséquences à long terme de cette pollution sur les populations naturelles restent encore mal comprises. Les organismes aquatiques sont exposés de manière chronique à des contaminants dont la distribution est très hétérogène dans l'espace, ce qui peut entraîner des modifications de leur sensibilité aux substances toxiques.
Des travaux récents en écotoxicologie évolutive ont montré que certaines populations exposées à des contaminants développent une tolérance accrue. Toutefois, l'origine de cette tolérance demeure débattue : résulte-t-elle d'une adaptation génétique ou de mécanismes non génétiques tels que l'acclimatation ou la plasticité transgénérationnelle ? Les résultats obtenus chez des gammares suggèrent que la plasticité phénotypique pourrait jouer un rôle prépondérant, expliquant des niveaux de tolérance modérés mais persistants. Cette tolérance pourrait néanmoins avoir un coût en augmentant la vulnérabilité des populations à d'autres stress environnementaux.

Dans ce contexte, cette thèse s'intéresse aux gammaridés des cours d'eau français, en particulier au complexe d'espèces Gammarus pulex-fossarum, ainsi qu'à certaines espèces invasives associées. Ces crustacés jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement des écosystèmes lotiques et constituent des modèles pertinents pour étudier les effets écologiques et évolutifs de la contamination chimique.

L'objectif général est d'évaluer la variabilité de la sensibilité aux contaminants chez les populations naturelles de gammares et de déterminer les mécanismes responsables de cette variabilité. Une approche comparative à grande échelle sera mise en oeuvre sur environ 100 rivières françaises présentant différents niveaux d'exposition à la pollution. L'étude prendra également en compte la forte diversité génétique et la présence de lignées cryptiques au sein de ces espèces, afin de distinguer les effets de la contamination de ceux liés à l'histoire évolutive des populations.

Deux hypothèses principales seront testées : (1) l'exposition multigénérationnelle aux contaminants induit des processus éco-évolutifs locaux (plasticité, sélection) générant des différences de sensibilité plus importantes entre populations qu'entre espèces ; (2) cette exposition prolongée accroît la vulnérabilité des populations à d'autres contraintes environnementales.

La thèse s'articulera autour de trois axes. Le premier visera à caractériser la sensibilité à quatre contaminants représentatifs de populations provenant de 100 cours d'eau et à établir leurs relations phylogénétiques grâce au barcoding génétique. Le deuxième cherchera à déterminer la nature des mécanismes de tolérance observés, en distinguant plasticité individuelle, effets parentaux et éventuelles capacités adaptatives spécifiques à certaines lignées. Enfin, le troisième axe évaluera les coûts associés à ces tolérances, notamment en mesurant la sensibilité des populations à d'autres stress tels que la hausse de température ou l'hypoxie, ainsi qu'un possible appauvrissement de leur diversité génétique.

Cette recherche contribuera à mieux comprendre les réponses des populations aquatiques à la pollution chimique et à améliorer l'évaluation du risque écologique en intégrant les dimensions évolutives et la diversité naturelle des espèces. Au cours des dernières décennies, les écosystèmes aquatiques ont subi une augmentation spectaculaire des pressions et des altérations d'origine humaine, notamment des changements de régimes hydrologiques et d'utilisation des sols, l'introduction d'espèces envahissantes et la pollution chimique. La contamination chimique est désormais identifiée comme un facteur du déclin continu de la biodiversité (Sigmund et al. 2023). Cependant, par rapport à d'autres facteurs du changement global tels que l'augmentation de la température ou l'eutrophisation, le rôle de la contamination chimique toxique en tant que facteur global de perte de biodiversité reste peu étudié. L'examen des suivis de surveillance chimique réalisés sur le terrain (notamment dans le biote) révèle deux caractéristiques clés concernant l'exposition des communautés à la contamination des milieux aquatiques par les polluants historiques et émergents : sa nature chronique, avec une exposition persistante pendant des décennies, voire sur des temps géologiques pour les contaminations géochimiques naturelles, et son hétérogénéité spatiale.
Parallèlement, des études de cas en écotoxicologie évolutive ont documenté des changements dans la sensibilité chimique des espèces au sein d'environnements contaminés, bien qu'avec des degrés variables de variation de la tolérance des populations (Coutellec et al 2024). Une question controversée est de savoir si ces variations de tolérance sont de nature génétique ou non génétique, car cette distinction a des implications majeures pour leur ampleur, leur stabilité à travers les générations et leurs coûts potentiels en termes de viabilité des populations sur le long terme (Vigneron et al 2015 ; Siddique et al 2021). Nos études récentes chez une espèce du genre Gammarus suggèrent pour le cadmium que l'acclimatation à court terme et la plasticité transgénérationnelle (effet parental), plutôt que l'adaptation génétique, pourraient être à l'origine de la tolérance accrue de populations à des contaminations historiques (Lalouette et al 2023). En cohérence avec d'autres résultats obtenus chez Gammarus pour différents insecticides (Shahid et al 2018 ; Siddique A et al 2020,2021 ; Jourdan et al 2024 ; Schneeweiss et al 2023 ; Grethlein et al 2022), cette hypothèse pourrait expliquer pourquoi les changements de sensibilité observés sur le terrain restent modérés, ce qui contraste fortement avec les niveaux de résistance extrêmes observés dans la résistance aux pesticides dans l'agriculture ou la lutte anti-vectorielle. De plus, le maintien d'une tolérance même modérée aux contaminants, que ce soit au niveau individuel ou à travers les générations, pourrait augmenter la sensibilité à d'autres facteurs de stress environnementaux et, in fine, compromettre la viabilité à long terme des populations confrontées aux changements environnementaux en cours.
Au regard des effets à long terme de l'exposition des populations aux environnements contaminés, les méthodes actuelles d'évaluation du risque écologique reposent sur des données de toxicité obtenues au laboratoire sur des organismes standards, issus de lignées d'élevage, ignorant les variations génétiques et écologiques au sein des espèces. Cette approche d'évaluation, qui raisonne notamment substance par substance, néglige ainsi les effets éco-évolutifs des contaminants au sein des milieux exposés (adaptation ?) et les conséquences indirectes pour les populations exposées à de multiples stress, dont la multi-contamination et différents facteurs des changements environnementaux (maladaptation ?).
A l'opposé, pour diagnostiquer et comprendre in situ les effets de la pression chimique en cours dans les milieux aquatiques, une difficulté est la formalisation d'indicateurs robustes rendant compte de l'exposition réelle des populations à la contamination (notion de biodisponibilité notamment). L'autre difficulté de ces études comparatives de terrain en écotoxicologie réside dans le fait qu'elles portent sur des espèces pouvant présenter une diversité génétique complexe et également structurée spatialement. Diverses études, principalement fondées sur des méthodes de barcoding utilisant le marqueur mitochondrial COI, ont mis en évidence l'existence de lignées cryptiques fortement divergentes au sein de morpho-espèces (Jourdan et al 2023). Un exemple particulièrement frappant est celui de l'hyper-cryptisme chez Gammarus fossarum (Wattier et al 2020). Dans la plupart des études de terrain, qui ne portent généralement que sur un faible nombre de populations répliquées, il demeure ainsi difficile de distinguer les effets liés au site (y compris la contamination) des effets d'une appartenance phylogénétique sur la sensibilité aux contaminants.

La thèse proposée se concentre sur le complexe d'espèces Gammarus pulex-fossarum (et potentiellement deux espèces invasives sympatriques Echinogammarus berilloni et Gammarus roeseli), des crustacés amphipodes des cours d'eau d'Europe de l'Ouest. Facile à manipuler en laboratoire et sur le terrain (encagement), ces espèces sont essentielles au fonctionnement des écosystèmes lotiques. Le projet de thèse vise ainsi à généraliser nos résultats quant à l'acquisition plastique d'une tolérance modérée et de coûts de fitness associés dans le cas du Cd chez G. fossarum, à quatre contaminants aux modes d'actions différents, pour des peuplements de gammaridés habitant des contextes multiples d'exposition. La thèse adoptera une approche comparative à grande échelle (100 rivières) pour étudier empiriquement l'adaptabilité des populations de crustacés gammaridés dans divers contextes de contamination, en intégrant leur diversité génétique.

Deux grandes hypothèses seront testées : (1) l'exposition multigénérationnelle aux polluants induit des processus éco-évolutifs locaux (plasticité phénotypique, sélection) générant des différences de sensibilité entre populations plus importantes qu'entre espèces ou lignées phylogénétiques; (2) cette exposition prolongée des populations accroît la vulnérabilité à d'autres stress environnementaux.

Ecotoxicologie (1/ expérimentation laboratoire, 2/ expérimentation terrain)
Analyses de données

• Analyse de données
• Chimie