Les huîtres rêvent-elles de moutons électriques ?

La valvométrie haute fréquence non-invasive: mise en place d’électrodes sur les huîtres.

Etudier la qualité d’un écosystème marin en analysant la santé de ses occupants est une solution qui reste moderne et d’actualité, et qui doit profiter du potentiel de collaboration énorme entre mathématiques et biologie. La Loi sur l’Eau et les Milieux Aquatiques (LEMA) de 2006 a pour objectif de développer les outils en vue d’atteindre en 2015 l’objectif de « bon état » des eaux fixé par la Directive Cadre sur l’Eau (DCE). Un vaste réseau de surveillance écologique de qualité de l’eau est nécessaire mais se révèle très coûteux à mettre en place. Les chercheurs travaillent sur la possibilité d’un suivi écologique indirect à partir des réactions comportementales et physiologiques de représentants de la faune marine. La multiplication de biocapteurs en ligne, testant pour nous la qualité de leur environnement proche, et l’application d’un modèle mathématique pourraient ainsi réduire le coût de la surveillance et améliorer son efficacité.

Dans l’équipe Non-A d’Inria, la piste suivie avec les biologistes est celle de l’état d’ouverture-fermeture de divers mollusques bivalves et en particulier celle de l’analyse automatisée de leurs durées et horaires (i.e. de leurs rythmes biologiques) pour caractériser leur comportement physiologique en réaction à l’environnement. À l’aide d’un valvomètre (appareil pour mesurer l’état d’écartement des valves d’un mollusque), on cherchera à savoir si les écarts constatés par rapport à un rythme biologique normal peuvent être utilisés pour la détection d’une contamination dans les eaux environnantes.

Depuis 2006, un nouveau cadre, la valvométrie haute-fréquence non invasive en mer, a été mise au point par des chercheurs de l’équipe Ecotoxicologie Aquatique de l’UMR CNRS EPOC de l’Université de Bordeaux. Ce système permet aux bivalves d’être étudiées dans leur environnement naturel pendant plusieurs mois et avec un minimum de contraintes expérimentales, grâce à la mise en place d’électrodes légères. Grâce à cette méthode, les biologistes ont déjà obtenu des résultats très intéressants analysés par des méthodes statistiques classiques. Elle a permis, en particulier, de démontrer l’existence d’une horloge circadienne chez un coquillage que nous connaissons bien dans nos assiettes, l‘huître (Crassostrea gigas).

Les premières études réalisées ont permis de développer un premier modèle dynamique physiologique pour les bivalves en utilisant ces données valvométriques. Le comportement des huîtres étant largement guidé par leurs rythmes circadien et circatidal, on cherche aussi à incorporer leur influence dans le modèle dynamique développé. L’influence de forces extérieures, comme l’ensoleillement, la lumière de la lune, le niveau de la marée, est également prise en compte. À ce jour, le type et l’origine des rythmes circadien et circatidal internes de bivalves sont encore incertains, et différentes hypothèses de modélisation doivent encore être validées.

Afin d’illustrer la possibilité d’une surveillance écologique grâce à cette forme de modélisation et d’estimation, la figure ci-dessous montre la courbe des résidus journaliers moyens basés sur les données de l’année 2007 d’une population d’huîtres étudiée devant la Station Marine d’Arcachon, sous la jetée d’Eyrac du Bassin d’Arcachon. Il s’agit d’une zone bien protégée et relativement propre. On remarque que la valeur résiduelle est supérieure au seuil vers les premiers jours de décembre (environ 8 250 heures). Cela correspond à une période où de nombreuses pluies ont amené à la jetée beaucoup d’eau douce par un égout pluvial, diminuant ainsi la salinité et amenant peut-être aussi quelques contaminants. On voit sur ce graphique la réaction immédiate des huîtres face à ce changement.