Soutenance mémoire
Le Sénégal, situé dans la pointe occidentale de l’Afrique, est un pays côtier qui présente un réseau hydrographique relativement dense comprenant des fleuves, des rivières et des lacs. Le pays est traversé par des systèmes fluviaux et des rivières appartenant aux bassins des fleuves Sénégal, Saloum, Gambie et Casamance. Le fleuve Sénégal constitue la plus importante ressource en eau du pays. Son bassin versant couvre une superficie de 290 000 km2 dont 27 500 km2 au Sénégal (MEPN, 2000). En plus de ces fleuves et rivières, le pays dispose de lacs et paléo-lacs dont les plus importants sont le lac de Guiers situé au Nord et les lacs Tamna, Mbeubeuss, Retba, Mbawane et Mboro situé le long du littoral nord. Au cours de ces derniers millénaires, ces écosystèmes semblent avoir beaucoup évolués avec une dégradation accélérée sous la pression de multiples facteurs. Les sécheresses récurrentes, la croissance urbaine rapide et les multiples usages qui ne tiennent pas compte des seuils écologiques, menacent gravement ces écosystèmes selon le quatrième rapport national sur la mise en œuvre de la convention sur la diversité biologique (MEPN, 2000).
Dans une perspective de mesurer le degré d’évolution de ces mileux et de comprendre les changements environnementaux, les diatomées pourraient jouer un rôle très important. Les diatomées constituent d’excellentes bioindicateurs, ce sont des organismes très sensibles aux fluctuations des conditions physico chimiques dans leur habitat (salinité, profondeur, température, eutrophisation…), ceci se manifeste par une variation de la composition et des associations distinctes qui se créent dans la flore diatomique (Barde-Labayle-Bounès, 1980 ; Bourrelly, 1980 ; Gasse, 1986 ; Lange-Bertalot, 1996-2007 ; Niamien-Ebrottie et al, 2008). Les diatomées offrent donc un excellent potentiel en tant qu’outil de surveillance des changements environnemenatux. Depuis le milieu du 19è siècle, la recherche sur la paléoécologie basée sur l’analyse de la flore à diatomées a commencé. L’analyse des diatomées fossiles est très souvent utilisée dans les reconstitutions des changements des conditions dans les anciens milieux aquatiques (Agata et al., 2015). Ainsi dans ce travail, les diatomées occupent une place privilégiée. L’identification des espèces et des groupements d’espèces ainsi que leur exigence écologique permettent de retrouver les causes des modifications environnementales. Elles sont associées parfois au pollen pour une meilleure fiabilité des résultats sur les reconstitutions environnementales.
Généralités sur les diatomées
Caractères généraux
Aussi appelées Bacillariophycées, les Diatomées sont des algues unicellulaires photosynthétiques ou coloniales associées en chaînes à plastes bruns ou jaunes, dont la taille varie entre 2 µm (= 2 millième de mm) et l mm. On peut les trouver dans tous les milieux aquatiques (eaux courantes, stagnantes, suintantes et intermittentes…), aussi bien en mer qu’en eaux douces et saumâtres. Elles vivent soit en suspension dans l’eau et font alors partie du phytoplancton, soit sur des supports immergés et font partie dans ce cas du benthos. On peut également les retrouver dans les milieux suffisamment humides comme les mousses au bas des troncs d’arbre ou les parois des grottes (Spineux, 2007). Elles présentent une grande diversité de formes géométriques : ovale, ronde, carrée, cylindrique. Les substances de réserves des diatomées sont constitués par de la chrysolaminarine (polysaccharide appelé souvent leucosine ou chrysose) et surtout des matières grasses. Mais les diatomées sont caractérisées avant tout par leurs parois cellulaires imprégnées de silice hydratée et formant une paroi rigide en une logette bivalve appelée frustule (Bourrelly, 1981).
Structure du frustule
Le squelette siliceux des diatomées est formé de deux éléments appelés « thèques » qui s’emboîtent l’un dans l’autre pour former le frustule. Chaque thèque est elle même composée de deux parties : une partie horizontale, la valve, et une partie verticale, le cingulum. La terminologie exacte veut que les éléments de la thèque supérieure, la plus grande, soient précédés du préfixe « épi ». On parlera donc d’épithèque, d’épivalve et d’épicingulum. Il en va de même pour la thèque inférieure, la plus petite, avec le préfixe « hypo ». On parlera donc ici d’hypothèque, d’hypovalve et d’hypocingulum (fig.2). Le frustule est également cette paroi finement ornementée (pores, excroissances, aiguillons, épines, etc.) au niveau de ses deux valves emboîtées de taille différente (fig.3) : l’hypothèque, la plus petite des deux valves, vient s’emboîter dans l’épithèque (à la façon d’une boite de Pétri). La bordure verticale de l’épithèque, appelé l’épicingulum, recouvre et cache le bord de l’hypothèque, ou hypocingulum (Langlois, 2006). Les espèces diffèrent par les ornementaions présentes sur les deux valves. Cette ornementation de grande valeur systèmatique, n’est bien visible que sur les diatomées « préparées » c’est-à-dire débarrassées de toute matière organique par grillage ou traitement chimique. Cette « préparation » laisse intacte les parois siliceuses et l’on peut alors observer avec précision leur fine ornementation (Bourrelly, 1981). La forme de la logette bivalve permet de reconnaître deux grandes séries dans le monde des diatomées :
– Logette cyclidrique, en forme de boîte de Pétri, à ornementation disposée en cercles ou en rayons autour du centre : Diatomées centriques.
– Logette allongée, en boîte à gants, à surface valvaire lancéolée ou elliptique, à ornementation bilatérale symétrique suivant un axe longitudinal marqué par un raphé ou un pseudoraphé : Diatomées Pennées.
Vocabulaire : La vue d’une Diatomée « par la tranche » est dite vue cingulaire. La vue « de face » est dite vue valvaire (Langlois, 2006). Chez de nombreuses diatomées de symétrie axiale, la valve est parcourue, souvent en son milieu, par une fente étroite plus ou moins longue, le raphé, qui met la cellule en contact avec le milieu extérieur, il semble aussi qu’il joue un rôle important dans la locomotion de ce type de diatomées. Le raphé est interrompu en son milieu par un épaississement siliceux, le nodule central et se termine aux deux extrémités par un nodule terminal (Voisin, 2009).
Ornementation des diatomées
L’ornementation des deux valves associées par des ceintures connectives, se caractérise par la présence de stries, côtes, cloisons, ponctuations, soies ou autres protubérances. Associées à la forme générale de l’individu, ces structures aident à la détermination des espèces (fig.4) (Voisin, 2009). Cette ornementation visible au microscope optique nécessite parfois l’utilisation d’un microscope électronique pour les détails permettant de différencier les espèces. Parfois chez les centriques surtout, la surface paraît alvéolée, réticulée, un examen plus poussé à l’aide d’un microscope électronique, permet de constater que la plaque valvaire est souvent formée de deux lames siliceuses superposées reliées entre elles par un réseau de fines cloisons partageant l’espace libre en minuscules alvéoles ou chambres (Bourrelly, 1981).
Utilités
Les diatomées constituent une grande partie du phytoplancton mondial et contribuent donc activement à l’activité photosynthétique en oxygénant les océans mais aussi en réduisant considérablement le dioxyde de carbone atmosphérique. Les diatomées se situent à la base des chaînes alimentaires et servent donc directement ou indirectement de nourriture à l’ensemble des animaux présents dans leur milieu (Spineux, 2007). Les diatomées sont utilisées dans différents domaines d’application dans la recherche scientifique et dans l’industrie agroalimentaire : Dans l’industrie: les frustules de diatomées accumulées aux fonds des océans et des lacs, sont à l’origine de la formation d’une roche sédimentaire siliceuse appelée diatomite. Cette roche claire, dure, fine et poreuse a trouvé bien des usages. Elle est utilisée par exemple dans l’industrie pour son caractère abrasif, sa grande résistance aux fortes températures et aux acides. Elle constitue par exemple un excellent matériau d’isolation thermique et sonore (Spineux, 2007). Elle est utilisée dans la fabrication de peintures, du béton, de vernis ou d’allumettes mais aussi en cosmétologie (DREAL, 2014). Elle sert à confectionner des filtres spéciaux capables d’absorber jusqu’à huit fois leur poids (filtration du vin, raffinage du sucre…) (Spineux, 2007).
Dans l’agroalimentaire : une espèce de diatomée présente dans les huîtres est responsable de la couleur verte, mais elle induit également des qualités gustatives et organoleptiques. C’est pourquoi cette espèce est ensemencée dans les parcs à huîtres (DREAL, 2014).
Dans la médecine légale : les diatomées servent au diagnostique de la noyade : lors d’une noyade, l’aspiration de l’eau dans les poumons provoque l’éclatement des alvéoles et la libération des diatomées dans le circuit sanguin, mais aussi dans d’autres organes. Dans le cas de l’immersion d’un corps déjà sans vie, les diatomées ne se retrouvent que dans les poumons (Spineux, 2007).
En paléontologie : Les diatomées sont utilisées pour reconstituer les conditions environnementales et climatiques, et les caractéristiques hydrologiques des milieux à différentes époques. Les raisons qui font d’elles de bons marqueurs paléontologiques sont multiples :
-la finesse des frustules permet la parfaite fossilisation de nombreux organismes et donne aux diatomées un intérêt paléontologique ;
-la composition floristique des groupements de diatomées n’est conditionnée que par les facteurs écologiques du milieu, or ceux-ci sont en partie liés aux conditions climatiques régionales ;
-la durée de vie d’une diatomée est courte (quelques semaines, quelques mois). En conséquence, les diatomées réflètent fidèlement les caractères de leur biotope (profondeur, température, transparaence des eaux, pH, salinité, productivité (eutrophisation)…) en réponse aux changements des conditions écologiques, et permettent donc de reconstituer avec une grande finesse l’évolution d’un biotope à l’échelle de l’année (variation saisonnière) et, à plus forte raison à l’échelle de la dizaine ou de la centaine d’années. L’étude des diatomées d’une carotte sédimentaire conduit donc à retracer avec précision les fluctuations du milieu lacustre, même si celles-ci n’interviennent que sur un bref laps de temps. Elle a ainsi permis de mettre en évidence certains évènements paléohydrologiques qui seraient passés totalement inapercus sans l’examen détaillé de la succession des associations de diatomées (Gasse, 1975). Dans ce travail de mémoire, nous les utilisons en partie dans ce sens. Mais les diatomées actuelles ont aussi leur importance à différents niveaux.
Dans la bio-indication : Dans leur développement, les diatomées ne dépendent que de la qualité physico-chimique d’une eau, notamment le niveau de salinité, le pH, les nutriments (surtout l’azote et le phosphore), les matières organiques et l’oxygénation. Les perturbations du milieu peuvent se traduire par une diminution de la diversité et de l’abondance des diatomées les plus sensibles (DRIEE, 2015). Chaque diatomée est caractérisée par sa préférence à un degré de pollution, c’est la polluotolérance ou polluosensibilité et c’est ce qui a permis d’élaborer une méthode d’appréciation de la qualité de l’eau : l’Indice Biologique Diatomées (IBD) (2). Cet indice est basé sur la connaissance dans un relevé floristique, de la polluosensibilité des espèces identifiées d’une part et de leurs abondances dans ce relevé d’autre part. Il est alors possible d’évaluer le niveau de pollution général d’un cours d’eau qui se traduit par une note sur 20. Cette méthode fait l’objet d’une norme européenne (DREAL, 2014). L’IBD ou Indice Biologique Diatomée est une méthode qui peut être appliquée sur l’ensemble des cours d’eau à l’exception des zones naturellement salées comme les estuaires. C’est un outil pratique d’investigation de l’évaluation de la qualité des eaux mis à disposition des gestionnaires des milieux aquatiques. Il a été conçu pour être appliqué en routine par des non spécialistes.
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Table des matières
Introduction générale
PREMIERE PARTIE : Les Généralités
CHAPITRE I : Généralités sur les diatomées
I. Caractères généraux
I.1 Structure du frustule
I.2 Ornementation des diatomées
I.3 Utilités
I.4 Classification
I.4.1 Classe des Coscinodiscophyceae Round & Crawford
I.4.2 Classe des Mediophyceae Medlin & Kaczmarska
I.4.3 Classe des Fragilariophyceae Round
I.4.4 Classe des Bacillariophyceae Haeckel
II. Méthodes d’étude
II.1 Récolte
II.2 Préparation
II.3 Montage
II.4 Observation et comptage
II.5 Identification des diatomées
III. Synthèse bibliographique sur les diatomées actuelles des eaux de surface du Sénégal (Lacs, lagunes et marigots)
III.1 Les sites d’échantillonnage et les principaux taxons
III.1.1 Les diatomées de la chute de Dindéfelo
III.1.2 Les diatomées des stations artificielles et naturelles
III.1.2.1 Les stations artificielles regroupaient trois bassins de retention d’eau
III.1.2.2 Les stations naturelles
III.1.3 Les diatomées de l’embouchure du fleuve Sénégal
III.1.4 Les diatomées du lac de Guiers
III.1.5 Les diatomées des mares, rizières et canaux entre Richard-Toll et Rosso
III.2 Distribution des diatomées dans les différents sites étudiés
CHAPITRE II : Présentation des zones d’étude
I. Présentation du fleuve Sénégal
I.1 Le bassin du fleuve Sénégal
I.1.1 Le haut bassin
I.1.1.1 Géologie
I.1.1.2 Relief
I.1.1.3 Climat
I.1.1.4 Hydrologie et hydrogéologie
I.1.1.5 Sols et végétation
I.1.1.6 Population et activités humaines
I.1.2 Le bassin inférieur
I.1.2.1 Géologie
I.1.2.2 Relief
I.1.2.3 Climat
I.1.2.4 Hydrologie et hydrogéologie
I.1.2.5 Sols et végétation
I.1.2.6 Populations et activités économiques
I.2 Présentation de la zone d’étude
II. Présentation du littoral nord du Sénégal
II.1 Contexte géographique et hydrogéologique du littoral nord du Sénégal
II.1.1 Contexte géographique
II.1.1.1 Situation géographique et caractéristiques de la zone d’étude
II.1.1.2 Cadre climatologique et hydrologique
II.1.1.2.1 Climatologie
II.1.1.2.2 Hydrologie
II.1.2 Contexte hydrogéologique
II.1.2.1 Les formations aquifères
II.1.2.1.1 L’aquifère du Quaternaire de la Formation du Saloum
II.1.2.1.2 La nappe des sables quaternaires entre Dakar et Cayar
II.1.2.2 Evapotranspiration
II.1.2.3 Schéma hydrodynamique
II.2 Contexte géologique et géomorphologique du littoral nord du Sénégal
II.2.1 Géologie et géomorphologie
II.2.2 Aperçu sur le Quaternaire Récent du Sénégal
II.2.2.1 L’Inchirien (40 000 à 20 000 BP)
II.2.2.2 L’Ogolien (20 000 à 11 000 BP)
II.2.2.3 Le Tchadien (11 000 à 6 800 BP)
II.2.2.4 Le Nouatchottien (6 800 à 4 200 BP)
II.2.2.5 Le Tafolien (4 200 à 2 000 BP)
II.2.2.6 Le Subactuel (2 000 à 400 BP)
II.2.3 Morphologie du littoral nord du Sénégal
II.2.3.1 La côte et le plateau continental
II.2.3.2 Les systèmes dunaires
DEUXIEME PARTIE : Les diatomées actuelles et subfossiles et les caractèristiques environnementaux
CHAPITRE III : Le fleuve Sénégal : Caractères physico-chimiques et répartition spatiotemporelle des diatomées
I. Matériels et méthodes
I.1 Prélèvements d’eau et de diatomées
I.2 Les analyses physico-chimiques
I.3 Confection des lames de frottis
I.4 Détermination des taxons et inventaires
I.5 Traitement statistique des données
II. Analyse des paramètres physico-chimiques
II.1 Paramètres physiques
II.1.1 Température
II.1.2 Potentiel d’Hydrogène (pH)
II.1.3 Conductivité électrique
II.2 Paramètres chimiques
II.2.1 Nitrates
II.2.2 Chlorures
II.2.3 Demande chimique en oxygène (DCO)
II.2.4 Bicarbonates (HCO3-)
II.3 Corrélation des paramètres physico-chimiques
II.3.1 Au mois de Janvier
II.3.2 Au mois de Mars
II.3.3 Au mois de Juin
II.3.4 Au mois de Septembre
II.3.5 Au mois de Décembre
II.4 Essai de détermination des sources de pollution des eaux
II.4.1 Evolution des paramètres dans les eaux de crue
II.4.2 Evolution des paramètres dans les eaux basses
II.5 Conclusion partielle
III. Analyse de la communauté des diatomées
III.1 Taxonomie
III.1.1 Placoneis cocquytiae Fofana, Sow, Taylor, Ector, Van De Vijver, 2014
III.1.1.1 Matériel et méthodes
III.1.1.2 Classification
III.1.1.3 Écologie et distribution
III.1.1.4 Etymologie
III.1.1.5 Description de Placoneis cocquytiae sp. nov. (pl.1-figs 1 à 10.)
III.1.1.6 Discussion : Position taxonomique et espèces similaires
III.1.1.7 Répartition biogéographique en Afrique
III.1.2 Mastogloia senegalensis Van de Vijver, Fofana, Sow & Ector, 2017
III.1.2.1 Matériels et méthodes
III.1.2.2 Position systématique des taxons
III.1.2.3 Morphologie des espèces de Mastogloia étudiées
III.1.2.3.1 Mastogloia braunii Grunow 1863 (pl.3-4-5. figures 1 à 16)
III.1.2.3.2 Mastogloia belaensis M.Voigt 1956 (pl.6-9. figs 17–45)
III.1.2.3.3 Mastogloia senegalensis Van de Vijver, Fofana, Sow & Ector 2017 sp. nov. (pl.10-12. figs 46–65)
III.1.2.4 Discussion
III.1.2.4.1 Identification du premier taxon de Mastogloia du lac de Guiers
III.1.2.4.2 Identification du deuxième taxon de Mastogloia du lac de Guiers
III.1.2.4.3 Comparaison avec Mastogloia baldjikiana Grunow 1893
III.1.2.4.4 Répartition biogéographique de Mastogloia braunii s. lat
III.1.2.5 Conclusion
III.2 Variété et structure de la communauté diatomique du fleuve
IV. Répartition spatio-temporelle des diatomées
IV.1 Répartition temporelle et spatiale de la fréquence d’occurrence des communautés de diatomées les plus fréquentes
IV.1.1 Répartition des taxons dits constants dans le fleuve
IV.1.2 Répartition des taxons dits accessoires dans le fleuve
IV.1.3 Répartition des taxons dits accidentels dans le fleuve
IV.2 Discussion
Conclusion générale
