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Fiche mémoire sur Éléments de méthodologie pour l’inventaire subaquatique

Introduction/Généralités

Difficultés spécifiques  : observer sous l'eau complique le travail du naturaliste. Il peut être gêné par une faible luminosité, la turbidité, la pression, les courants, un champ de vision réduit (dans le masque ou derrière un hublot), le besoin de souvent remonter en surface (avec éventuels longs paliers de décompression). Il est en outre soumis à des contraintes particulières dont opérer au moins en en binôme lors des plongées, avec un matériel plus lourd, encombrant, coûteux et plus difficile à entretenir que celui de la plupart des autres naturalistes. Le GPS ne fonctionne pas sous l'eau, ni le Wi-fi, ni la plupart des modes de communication sans fil. Les repères cartographiques et topographiques terrestres n'y ont pas ou peu d'équivalent. Les prises de notes directes y sont possibles mais plus difficiles (de même dans une embarcation souvent instable en mer ou sur les eaux courantes). Enfin, l'accès aux cours d'eau domaniaux (berges en propriétés privées) ou les canaux naviguables (danger lié à la pollution et aux navires motorisés) aux cours d'eau souterrains, etc. sont parfois difficiles et/ou dangereux.

Dans ce contexte l'image (photo/vidéo) devient un support très utile, parfois comme moyen de repérage, préalablement si nécessaire à un travail d'échantillonnage.
Elles ne visent pas à remplace les magnifiques planches de dessin naturaliste d'autrefois (qui restent précieuses pour l'aide à la détermination), mais - associés à diverses métadonnées - elles permettent à des spécialistes ou amateurs de ne pas avoir à passer des centaines ou milliers d'heures sous l'eau ni à manipuler de coûteux robots/ROVs à distance. Une fois faite, triées et classées les images et vidéos peuvent ensuite être archivées et longuement étudiées à terre, pour identifier des espèces et des habitats, les étudier ainsi que leurs évolutions dans le temps, et pour préparer le cas échéant des collectes complémentaires d'échantillons.
Les plongeurs-photographes, surtout s'ils sont formés, nombreux et bien dispersés quand ils participent aux inventaires peuvent aussi avoir la chance de découvrir par hasard des espèces et phénomènes intéressants voire encore inconnus.

Identifier ou pré-identifier des espèces et des habitats

L'identification du zooplancton, des spores de micro-champignons aquatiques, des algues unicellulaires et de nombreux invertébrés nécessitent des connaissances poussées ou un matériel adéquat (microscope à contraste de phase, analyse génétique, etc.). Un travail de tri et de pré-identification des image doit précéder une validation par des experts. Cependant les spécialistes des milieux subaquatiques sont plus rares que leurs homologues des milieux émergés. Comment les aider au mieux et faire monter les observateurs en compétence ?

Des applications pour smartphones et tablette (applications embarquées et/ou disponible en ligne ou ne fonctionnant qu'en étant connecté à l'Internet) ont été développées pour les sciences participatives et citoyennes. Ces outils facilitent l'identification taxonomique (espèce, genre, famille, etc.). Ils remplacent le bloc-note d'autrefois (qu'il fallait recopier le soir ou plus tard). Ils facilitent souvent la saisie et la gestion de photos, vidéos et données naturaliste (et métadonnées), qui peuvent être archivées dans le cloud ou partagées en ligne (en temps réel ou différé) ; « donnée par donnée » ou sous forme de listes). Jusque récemment, ces applications concernaient cependant essentiellement les taxons terrestres.
Ainsi l'application informatique [Naturalist] (pour Androïd) utilisée en 2017 par environ 400,000 scientifiques et naturalistes dans le monde ou l'application iNaturalist aide à géoréférencer des observations (pour une vingtaine de groupes faunistiques, dont « écrevisses ») ; en connectant l'utilisateur aux portails du réseau VisioNature (Faune-France et Faunes locaux notamment) et en synchronisant les données entrées avec celles de différentes bases de donnée web (ex : http://www.ornitho.ch, http://www.ornitho.it, http://www.ornitho.de, http://www.ornitho.fr, http://www.ornitho.at, http://www.ornitho.cat ...) ; Naturalist peut fonctionner hors-ligne grâce à des cartes géographiques embarquée ; elle montre aussi quelles espèces ont déjà été observées à proximité (rayon de x km et dans un rayon plus large concernant les espèces rares. De plus un dictionnaire embarqué et multilingue des noms d'espèces facilite les échanges avec d'éventuels observateurs étrangers ; Le portail Biolovision permet aux ornithologues de partager leurs données dans le monde entier. Et "Mes Relevés" peut aider des botanistes (grâce au référentiel BDTFX) et/ou des ornithologues, mycologues, entomologistes... (avec le référentiel TAXREF). Une application (Malaco pour androïd) porte sur les mollusques de France (70% des mollusques de métropole environ). Et la question de la validation de la donnée reste complexe pour les nombreuses espèces très difficiles à déterminer pour un non-spécialiste.

De telles applications manquaient encore pour la plupart des taxons subaquatiques (et on emporte rarement son smartphone sous l'eau)mais le réseau et le site [DORIS] ont cependant permis une grande avancée en permettant d'abord à de nombreux plongeurs de s'entraider et coopérer avec le Museum, puis en publiant une application gratuite et développée collaborativement DORIS Android qui liste les espèces marines et d'eau douce et permet une recherche par nom, par zone géographique, par espèce (y compris pour l’estran) ; en mode connecté (ce qui diminue l'espace-disque occupé) ou hors-ligne (il faut alors d'abord télécharger les photos de son choix. L'appli donne aussi accès aux fiches du site DORIS (par espèce), avec 3000 espèces et 23000 photos de poissons, végétaux, mollusques, crustacés, nudibranches, coraux et même mammifères marins et certains oiseaux marins.

Quelques hackathons pourraient peut-être combler une partie des besoins d'aide informatique, en s'appuyant éventuellement sur l'émulateur Andy (qui permet d’utiliser Android et ses applications sur un ordinateur sous Windows, Mac ou Linux pour tester des applications avant de les installer, ou quand on n'a pas d’appareil Android) ou des systèmes équivalents (ex : BluStacks, moins riche).

Standardisation des données : Pour permettre une interopérabilité et faciliter les comparaisons de données, l'inventaire doit respecter des standards mondiaux (GBIF) et parfois nationaux d'identifiants uniques basés sur des référentiels et nomenclatures ; ex : référentiels d'habitats tel que HABREF en France, et référentiel de taxonomie tel que TaxRef en France). D'autres référentiels existent concernant les typologies d’habitats (IDCNP). Les identifiants géographiques sont en France ceux de l’INSEE communes (code et nom), avec le n° et nom du département. D'autres identifiants concernent les Masse d’eau, la Maille 10x10, etc.

L'inventaire naturaliste subaquatique doit s'appuyer sur un protocole scientifique clair, conçu, orienté pour répondre à des besoins scientifiques (locaux et globaux).

A savoir : En France dans le domaine des bases de données naturalistes

• Un concept est le nom donné à l'équivalent d'une table dans une base de données (ou quelque fois à une feuille de fichier Excel).
  Exemple : une personne, ou une commune.
• Un attribut est une propriété d’un concept (équivalent d'une colonne de la table d'une base de données, ou d'une colonne d'une feuille de données.
  Ex : prénom, ou téléphone de la personne de l'exemple ci-dessus ; pour une commune, son nom, son code postal et son code INSEE seront ses attributs dans la base de donnée.
• un numéro de version concerne chaque standard (ex : V 1.0 pour la ère version qui évoluera vers une version majeure (2.0) ou mineure (1.2, 1.3, etc.), avec de possibles versions de corrections (notation de type V 1.5.1) au gré des corrections ou modifications imposées par l'évolution de la science,

voir aussi : https://inpn.mnhn.fr/telechargement/standard-occurrence-taxon sur le site du Muséum

Objectifs  :

• Il s'agit d'une part d'améliorer la connaissance pure, par exemple pour mettre à jour et compléter l'inventaire général de la biodiversité, et pour apporter des compléments ou mises à jour aux inventaires et SIG existants plus localement (base de données spatialisées) afin de documenter plus précisément la distribution taxonomique et spatiale ...en donnant dans le cas des espèces aquatiques une importance plus grande à la « troisième dimension » décrite par l'altitude (ex lac de montagne) et/ou la profondeur car ces deux données influent notamment sur la température, la luminosité, le taux d'oxygène, etc.).
• L'inventaire doit aussi répondre à des besoins croissants de modélisation et/ou de test d'hypothèses scientifiques (biogéographiques, macroécologiques et macroévolutives..., ou encore concernant la mesure des effets des pollutions, de la fragmentation écopaysagère ou des effets du changements climatiques, de la surpêche, de la pollution lumineuse ou du bruit subaquatique, etc.).
• Il vise aussi à fonder ou consolider des stratégies plus efficaces de conservation de la biodiversité subaquatique.
• Echantillonnage : outre les échantillons photographiques et vidéo, des prélèvements physiques d'échantillons (faune, flore, fonge, eau, sédiment, substrat...) sont parfois nécessaires (ADN éventuellement), soit pour un examen immédiat ou rapide hors de l'eau sur place (via loupe ou microscope portable, avec macrophoto dans de meilleures conditions...), soit pour être préparés puis envoyé à un laboratoire ou expert pour la détermination. Un matériel adapté (flacons, tubes, sachets, conservateurs, dispositif de séchage, etc.) doit être emporté par les observateurs qui doivent être formés à leur utilisation.

Date et temporalité : les effets saisonniers et nycthéméraux sont souvent fortement marqués sous l'eau, notamment en zone froide et tempérée (mais aussi dans les contextes de moussons/saisons des pluies en zone tropico-équatoriales), de même que ceux d'évènements tels que crues, glissements de terrain, suites de tempêtes (afflux de branches et feuilles mortes, poussières...) etc. Un même milieu doit donc idéalement être photographié au moins une fois par saisons et dans certains cas de jour ou de nuit (idéalement dans les heures qui suivent le coucher du soleil et qui précèdent le lever). La date est renseignée selon le format ISO 8601 (avec éventuellement les dates de début et de fin d'une observation, dont pour une vidéo par exemple, associée à une profondeur min et max le cas échéant).

Occurrence de taxon la présence/absence ou réocccurence d'un taxon, est une donnée importante, le nombre d'individus l'est aussi. Les observation sont directes (de visu) ou parfois indirectes (restes, exuvies, empreintes, fèces,...).

L'observateur(s)/déterminateur(s) : plus il est formé (et informé de ce qu'il peut s'attendre à trouver), mieux cela est. Il est utile de pouvoir retrouver les observateurs (souvent en binôme en plongée ou en mer ou dans la jungle ou en mission nocturne, pour les raisons de sécurité), et donc d'associer son nom ou un identifiant semi-anonymisé à ses observations, sans oublier de préciser la date de détermination. Quand l'observateur n'est n'est pas le déterminateur, il est utile de préciser l'identifiant du déterminateur.
Pour une vidéo ou photo subaquatique, il est fréquent que plusieurs déterminateurs soient associés (en fonction des taxons et de la spécialité du déterminateur. D'éventuels validateurs de la donnée peuvent aussi être signalés).

Expertise : il faut plusieurs décennies pour former des experts. Il est donc nécessaire que les projets d'inventaire soient suivis par un réseau de scientifiques et d'expert (en France : Museum (MNHN), Agence nationale de la biodiversité, universités, DORIS, télabotanica, observatoires, CPIE, etc.) doit pourvoir être mobilisé ; mais tant que possible uniquement pour l'identification des éléments les plus difficiles à identifier ou valider. Les plongeurs et équipes d'inventaires peuvent être formés pour s'appuyer dans un premier temps sur des guides, des clés de détermination et des listes d'espèces potentiellement présentes dans les lieux qu'ils inventorient.

Mise à disposition, valorisation : Bien sûr, un inventaire n'est utile qu'il est ensuite correctement mis à disposition de ceux qui en ont besoin (avec toutefois d'éventuelles limitations d'accès motivées par des raisons d'éthique environnementales à des données dites "sensibles" (Cf. protection d'espèces menacées, vulnérables ou rares, lutte contre le braconnage, etc).
Parfois, il pourra - après validation - être directement intégré dans l'Atlas de la biodiversité communale (ou « ABC »), dans un observatoire régional de la biodiversité, etc.

En résumé : les "concepts" principaux à renseigner (en lien avec un dictionnaire de données et les standards en vigueur) seront

• l'identifiant permanent de la donnée
• le statut d'observation (valeur)
• l'objet géographique, le site, nom, coordonnées.. On cherchera toujours chercher à rattacher la donnée floue à un élément existant et stable et à un référentiel officiel ; compléter l'information a posteriori si nécessaire). (ex : un toponyme est à enregistrer comme un attribut additionnel, en plus du code de la Commune et de la case de la grille 10*10 en France ;
  Il existe des cas particulier tels que glacier en mouvement, observation faites dans un courant marin, sur sous un radeau de végétation dérivante, ou sur une épave dérivante etc. Les informations sur ces situations seront ajoutées dans la rubrique « commentaire »)
• le type d'habitat (cf référentiel). Attention dans une vidéo ou une photo, plusieurs types d'habitats et leurs écotones sont parfois présents.
• le taxon . Le "stade de vie" de l'occurrence c'est-à-dire l'observation peut être ici précisé si la nomenclature le permet (ex : oeuf, alevin, larve de stade 1, 2, etc. , poussin, juvénile, émergent, immature, subadulte, adulte, cadavre... sinon cette information est à transférer en rubtique "commentaire")
• la date (début, fin) de l'observation
• l'altitude (max, min), par exemple pour un segment de cours d'eau de pente, la partie amont/aval d'un cours d'eau ou d'une zone humide à barrage de castor...
• la profondeur (max, min)
• l'observateur (identifiant unique) et le cas échéant sa structure
• un dénombrement
• nom (TaxRef version n°...)
• identifiant du déterminateur
• date de détermination (de modification le cas échéant)
• identifiant du validateur
• date de validation
• organisme standard
• commentaire

Éléments de méthode

Il souvent utile de distinguer le milieu aquatique strico-sensu (la masse d'eau elle-même), et ses interfaces plus ou moins complexes et fixes selon les cas (surface, berges, fond). De même distinguera ton les espèces qui sont strictement aquatique des espèces semi-aquatiques (ex amphibiens, oiseaux, certains insectes et plantes, etc.) qui peuvent aussi être inventoriées à parti de le berge.

Métadonnées Des indications importantes de contextes (météo, environnement) et spécifique au milieu aquatique seront notamment (dans la mesure du possible)

• date/heure ;
• géopositionnement (point GPS) ;
• profondeur/pression ;
• luminosité
• Température ;
• turbidité ;
• courant, contexte de remous, de marées, etc.
• acidité et autres paramètres physicochimiques
• son ?

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• il est utile de photographier ou filmer (panoramique vidéo + commentaire audio ou écrit photographié) le milieux avant une plongée

Faune

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Flore

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Fonge

C'est l'un des domaines les moins bien explorés.

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Inventaires de la biodiversité aquatiques des milieux souterrains

Il est encore dans le monde très fragmentaire ; tant taxonomiquement que spatialement ; pour la w:stygofaunestygofaune et plus encore peut-être pour les bactéries et cyanobactéries colonisant les sédiments et d'autres substrats et micro-champignons aquatiques.
Seules les régions karstiques les plus accessibles commencent à être bien explorées (et quelques carrières inondées). Les aquifères poreux restent quasiment inexplorés.

Un nombre important d'espèces stygobies reste à découvrir ; l'évolution exponentielle du nombre d'espèces récemment découvertes le prouve.

On distinguera les espèces strictement inféodées aux eaux souterraines courantes ou stagnantes, plus ou moins isolées de la surface ou d'un réseau karstiques(ex « poissons aveugles », Stygobies, etc.) d'autres espèces qu'il est également intéressant de suivre et photographier, par exemple en surface ou sur les murs et voutes des cavités ou rivières souterraines naturelles ou artificielles (ex : Lille, champignons bolets poussant sur les voutes de cours d'eau souterrains tête en bas avant de se redresser, probablement en symbiose avec des radicelles d'arbres croissant au dessus de ces voutes.

En France, selon David Fereira, auteur d'une thèse sur la Biodiversité aquatique souterraine de France, la base de données du Muséum comprenait (en 2005) 380 espèces et sous-espèces aquatiques et souterraines (pour 5700 enregistrements) ce qui « place la stygofaune française parmi l'une des plus riches d'Europe », mais beaucoup d'espèces sont encore à découvrir (tout particulièrement dans les Territoires ultramarins), d'autant que les données disponibles montrent qu'elles présentent souvent un « Citation|fort degré d'endémisme ». Les crustacés d'eau douce dominent cette faune.
Comme dans les cours d'eau, là où les milieux aquatiques souterrains sont connectés à ces derniers, dans les régions urbaine, industrielles et très peuplées, il faut s'attendre à aussi découvrir de diverses espèces exotiques introduites par le commerce et d'autres activités via les cours d'eau. Les effets de l’acidification, des pollutions souterraines et de surface et du réchauffement globale sur les espèces souterraines sont également encore très mal compris.

L'augmentation de la contribution de la bêta diversité (différence de composition en espèces selon les aquifères) à la diversité totale en espèces avec l'échelle spatiale (aquifères, sous-régions, régions) soutient aussi l'hypothèse qu'il existe une structuration spatiale hiérarchique de la biodiversité.

Selon David Fereira (2005) une stratégie efficace de conservation de biodiversité stygobie globale, serait de protéger un réseau d'aquifères distribués dans des régions faunistiquement distinctes, permettant ainsi de maximiser la bêta diversité.

Les experts du domaine appellent à renforcer l'étendue de l'inventaire pour mieux évaluer l'endémisme et les mécanismes de variations spatiales et qualitatives de la diversité en espèces. Il faudrait pour cela étudier la composition faunistique d'aquifères de régions encore sous-échantillonnées.

Bibliographie

• Lang, M.A. and C.C. Baldwin (1996) Methods and techniques of underwater research. Washington: Proceedings of the American Academy of Underwater Sciences Sixteenth Annual Scientific Diving Symposium, Smithsonian Institution. 236 p.