Revue de la littérature scientifique concernant les effets environnementaux potentiels de l'aquaculture sur les écosystèmes aquatiques - Volume 1

Effets environnementaux à distance de la pisiculture marine

B.T. Hargrave
Sciences du milieu marin, Pêches et Océans Canada, Institut océanographique de Bedford, Dartmouth (Nouvelle-Écosse)

Résumé

Ce document évalue les connaissances actuelles et les recherches nécessaires pour déterminer la capacité des eaux côtières à soutenir une industrie de pisciculture marine durable. Une question centrale est de savoir quels méthodes, observations environnementales et modèles existent ou sont requis pour déterminer la capacité de régions côtières à assimiler les apports supplémentaires de matières dissoutes ou particulaires provenant des piscicultures.

Pillay (1992) a passé en revue les principaux effets environnementaux de tous les types d'aquaculture à l'échelle mondiale. Depuis une décennie, plusieurs groupes internationaux ont abordé divers enjeux environnementaux liés au développement de la pisciculture marine (Rosenthal, 1988 et 1994; GESAMP, 1991 et 1996; Buerkly, 1993; Stewart et al., 1993; Ervik et al., 1994a et 1997; Stewart, 1994 et 2001; Rosenthal et al., 1995; Silvert et Hargrave, 1995; Burd, 1997; Goldberg et Triplett, 1997; Milewski et al., 1997; Fernandes et al.,  2000; Harvey, 2000; Milewski, 2000; EVS, 2001; Holmer et al., 2001). Une bonne partie de l'information présentée dans ces publications sur les interactions entre la pisciculture et l'environnement porte sur les modifications mesurables à courte distance de variables, liées à l'eau et aux sédiments, sensibles à des apports supplémentaires de matière organique et d'éléments nutritifs.

Malgré la difficulté d'observer les effets à distance, la littérature sur le sujet indique que des effets écosystémiques du développement de la pisciculture marine ont été mesurés à certains endroits. Ces impacts à distance peuvent être rangés en trois catégories : eutrophisation, sédimentation et effets sur le réseau trophique.

On observe couramment une quantité accrue de particules en suspension à proximité immédiate des enclos à poissons. Lorsque des granules de nourriture sont distribués manuellement ou par des distributeurs automatiques, une fine poussière peut être transportée dans l'air ou piégée à la surface de l'eau et s'étendre sur une grande superficie. Les granules de nourriture non consommés et les excréments de poisson entraînent habituellement une hausse des concentrations locales de particules en suspension ou déposées au fond. Bien qu'on suppose qu'une bonne partie de cette matière se dépose rapidement près des enclos d'élevage (Gowen et al., 1994; Silvert, 1994e; Findlay et al., 1995; Findlay et Watling, 1997), elle peut être transportée horizontalement et se disperser considérablement, particulièrement là où il y a de forts courants (Sutherland et al., 2001; Cromey et al., 2002). Dans les eaux côtières du Danemark, Holmer (1991) a échantillonné de la matière provenant directement d'une pisciculture jusqu'à 1,2 km de celle-ci. La mesure dans laquelle la remise en suspension et le transport latéral accroissent la sédimentation à des endroits éloignés des sites piscicoles dépend de processus physiques et sédimentologiques. Les courants de marée, la circulation résiduelle, les régimes de turbulence, l'énergie des vagues et du vent ainsi que la floculation (formation d'agrégats) déterminent la dispersion des particules à grande échelle. Les distances et les emplacements des accumulations sont propres à chaque site et dépendent de la topographie du fond, des courants et des processus d'érosion et de floculation qui influent sur le temps de séjour de la matière tant dans la colonne d'eau (Sutherland et al., 2001) qu'au fond (Milligan et Loring, 1997).

Des composés précis associés à la matière organique, comme des acides gras, des protéines digestibles, des stérols, le soufre élémentaire, le pristane, les isotopes stables du carbone et de l'azote (Li-Xun et al., 1991; Johnsen et al., 1993; Findlay et al., 1995; McGhie et al., 2000) et des éléments traces, comme le zinc, pouvant servir de traceurs des granules de nourriture à poisson ont été mesurés dans des sédiments de surface pour déterminer la dispersion à distance (Ye et al., 1991; McGhie et al., 2000; Sutherland et al., 2002; Yeats 2002). La modification du type de fond par le dépôt accru de matière fine floculée, donnant un sédiment plus fin, pourrait expliquer l'hypothèse voulant que l'établissement d'une salmoniculture ait entraîné l'abandon d'une frayère par une population de homards (Lawton et Robichaud 1991). Toutefois, les salmonicultures peuvent aussi avoir un effet inverse, soit d'occasionner des concentrations de homards. Les sites salmonicoles pourraient offrir aux homards un refuge contre leur exploitation.

L'eutrophisation est le processus d'enrichissement naturel ou anthropique d'écosystèmes aquatiques en éléments nutritifs inorganiques (Jørgensen et Richardson, 1996; Strain et Yeats, 1999; Cloern, 2001). L'eutrophisation à long terme de milieux estuariens ou côtiers découle de l'apport de substances nutritives dissoutes organiques ou inorganiques et d'une demande biologique en oxygène (DBO) accrue due à la décomposition de matière de toutes les sources (Rosenberg, 1985; Costa-Pierce, 1996; Johannessen et Dahl, 1996; Cloern, 2001). Des éléments nutritifs inorganiques dissous provenant de piscicultures ou régénérés à partir de sédiments enrichis en matière organique sédimentée sous les enclos à poisson peuvent stimuler la production phytoplanctonique et accroître la demande en oxygène. Il est souvent difficile d'estimer exactement l'apport d'éléments nutritifs et de matière organique provenant d'une pisciculture lorsque les sources possibles et les facteurs environnementaux sont nombreux (Einen et al., 1995; Strain et al., 1995). Des modèles peuvent aider à déterminer les quantités relatives d'apports organiques provenant de l'aquaculture et de sources naturelles (transport par les cours d'eau ou les marées, précipitations et production phytoplanctonique et macroalgale) ou anthropiques (Valiela et al., 1997). Le niveau d'enrichissement en éléments nutritifs dépend de l'ampleur de l'exploitation aquacole, des caractéristiques hydrographiques locales, de l'ampleur des autres sources par rapport à l'aquaculture et de processus internes, comme l'absorption par les algues phytoplanctoniques ou autres, le recyclage interne, la remise en suspension de matière fine et l'absorption par les communautés salissantes qui colonisent les enclos.

Les effets de l'eutrophisation peuvent s'étendre aux zones littorales ou intertidales peu profondes. Soumises à des mouvements quotidiens d'eau et de sédiment, les zones intertidales subissent l'influence de processus à grande échelle qui régissent les flux de matières particulaires et dissoutes dans un réseau d'échancrures de la côte. L'enrichissement en éléments nutritifs peut favoriser le développement de grands herbiers de macroalgues (Soulsby et al., 1982; Petrell et al., 1993; Campbell, 2001), qui ont une forte capacité d'absorption d'éléments nutritifs (Chopin et Yarish, 1999; Chopin et al., 2000) et peuvent influer sur la faune benthique en modifiant les taux de sédimentation et la nature de la matière organique particulaire déposée (Bourget et al., 1994). Toutefois, peu d'études ont établi un lien sans équivoque entre la création d'exploitations aquacoles et des changements environnementaux ou écologiques en zone intertidale.

L'eutrophisation peut changer le rapport entre les éléments nutritifs essentiels (carbone, azote et phosphore) ainsi que leurs concentrations absolues en modifiant les assemblages d'espèces de phytoplancton. Il est difficile de relier directement des cas de prolifération d'algues nuisibles à des piscicultures. Comme pour d'autres types de prolifération de phytoplancton, de nombreux facteurs environnementaux semblent déterminer les proliférations d'algues nuisibles. Le mélange et la stratification de la colonne d'eau qui maintiennent les cellules dans la zone photique avec suffisamment d'éléments nutritifs constituent des variables essentielles. Contrairement à de nombreuses études qui ont mis en évidence des effets de piscicultures sur les communautés benthiques à proximité, très peu d'effets ont été observés sur les communautés planctoniques (Burd, 1997). Des réductions de la biomasse du zooplancton attribuables à l'épuisement de l'oxygène pourraient permettre l'accroissement de la biomasse du phytoplancton. Avec suffisamment de lumière et d'éléments nutritifs, des taux accrus de production primaire et de sédimentation épuiseraient encore davantage l'oxygène en eau profonde.

Il existe une littérature volumineuse qui rapporte des modifications de la structure de la communauté endobenthique associées à des apports élevés d'éléments nutritifs et de matière organique (Burd, 1997). Seuls les animaux qui tolèrent de faibles concentrations d'oxygène et la présence de sulfures réduits (p. ex., nématodes et polychètes) peuvent survivre dans des conditions de forte sédimentation organique (Hargraveet al., 1993 et 1997; Duplisea et Hargrave, 1996). La présence ou l'absence de ces espèces ou groupes d'espèces « indicatrices » peut montrer la transition d'un niveau faible (naturel) d'apport de matière organique à un taux de sédimentation élevé causé par des granules de nourriture non consommés et des excréments de poisson dans des zones soumises à un faible transport (Weston, 1990; Pocklington et al., 1994; Burd, 1997). Des hausses modérées de l'apport de matière organique peuvent stimuler la production macrofaunique et accroître la diversité en espèces, mais, au-delà d'un certain seuil, l'augmentation de l'apport organique entraîne une baisse de la diversité et de la biomasse.

Les modifications à grande échelle de la composition spécifique de la communauté macrobenthique à distance des sites piscicoles sont plus difficiles à déceler et n'ont pas été beaucoup étudiées. Depuis une décennie, dans le cadre de programmes de surveillance à long terme, on mesure dans certains secteurs les échelles temporelles et spatiales des modifications de la composition spécifique et de la biomasse de la communauté macrobenthique, afin de déterminer si l'on peut détecter des effets d'enrichissement en matière organique attribuables à l'aquaculture (Burd, 1997; Brooks, 2001). La plupart des études ont montré que ces modifications ne s'étendent pas au‑delà de 50 m des sites piscicoles. Comme la profondeur de l'eau et la vitesse des courants sont des facteurs déterminants de la sédimentation près des enclos (Weston, 1990; Pohle et al., 1994; Silvert, 1994e; Henderson et Ross, 1995; Burd, 1997; Pohle et Frost, 1997; Brooks, 2001; Cromey et al., 2002), les impacts sur la faune benthique varient selon les sites piscicoles. Dans le sud-ouest du Nouveau-Brunswick, les effets d'enrichissement en matière organique attribuables à des piscicultures nouvellement établies ne dépassaient pas une distance de 30 m des enclos. Après environ cinq ans, des modifications pouvaient être mesurées à de plus grandes distances (> 200 m). La plus grande réduction de la diversité macrobenthique a été observée près d'une pisciculture exploitée depuis douze ans, mais des baisses significatives de la diversité se sont également produites dans l'ensemble du réseau d'échancrures de la côte. Dans une étude de l'épifaune et de l'endofaune benthiques à deux endroits situés à différentes distances d'exploitations aquacoles, Wong et al. (1999) ont montré que la diversité de l'endofaune était significativement plus élevée à distance (> 500 m) qu'à proximité (< 500 m) de pisciculture. La diversité réduite à des distances inférieures à 500 m pourrait indiquer que la faune endobenthique est plus sensible que la faune épibenthique aux apports de matière organique (Warwick, 1986 et 1987), peut-être en réaction aux modifications de la structure physique des sédiments (granulométrie), de la concentration d'oxygène et de l'accumulation de sulfure associées à des apports accrus de matière organique.

Un autre effet à distance des piscicultures découle de l'utilisation d'agents chimiothérapeutiques. Les antibiotiques ajoutés à la nourriture du poisson peuvent entraîner une pharmacorésistance chez les populations microbiennes naturelles à l'échelle d'une échancrure de la côte. Après quelques semaines, les concentrations d'oxytétracycline (OTC), un antibiotique d'utilisation courante, ont considérablement diminué, mais des traces de l'antibiotique étaient détectables pour une période allant jusqu'à 18 mois (Samuelsen et al., 1992). Dans Puget Sound, on trouve généralement les sédiments contenant le plus de bactéries (unités formant colonies) aux sites piscicoles (Herwig et al., 1997), mais la proportion de bactéries résistantes à l'OTC diminue exponentiellement à mesure que l'on s'éloigne d'une pisciculture. Ervik et al.(1994b) ont aussi observé la présence d'antibiotiques chez des poissons et des moules sauvages à proximité d'une pisciculture où l'on avait ajouté des antibiotiques à la nourriture du poisson. Friars et Armstrong (2002) ont mis en évidence une résistance à l'OTC chez des bactéries cultivées à partir de sédiments situés jusqu'à 100 m de salmonicultures dans des échancrures de la baie de Fundy.

Lacunes dans les connaissances

1. Il faut déterminer les niveaux durables de production salmonicole dans les régions côtières où l'on pratique actuellement la pisciculture marine au Canada.
2. Des modèles de bilan de masse des apports de substances nutritives (inorganiques et organiques) provenant de toutes les sources (naturelles et anthropiques) peuvent servir à évaluer les apports éventuels de la pisciculture. Ces bilans doivent prendre en compte le recyclage interne des éléments nutritifs en plus des sources externes.
3. On peut élaborer ou améliorer des modèles de circulation générale de l'eau pour déterminer les effets combinés des forçages par les marées et le vent en tenant compte de la complexité de la topographie et des zones intertidales.
4. Il faut de nouvelles méthodes pour quantifier les processus de remise en suspension qui redistribuent sur de grandes superficies la matière fine provenant des piscicultures.
5. Il faut de nouvelles méthodes pour quantifier les processus, comme la floculation et l'agrégation, qui influent sur la dispersion des particules provenant des piscicultures.
6. Il faut réaliser des études pour déterminer si la fréquence et les emplacements de proliférations d'algues nuisibles ou non sont liés à l'expansion de la pisciculture.
7. Il faut effectuer de nouvelles études pour détecter les modifications touchant les variables liées à la colonne d'eau dans les régions de pisciculture intense. Les modifications des communautés planctoniques près des piscicultures ont fait l'objet de beaucoup moins d'études que celles touchant les communautés benthiques.
8. Il faut réaliser des études approfondies pour mettre en évidence des changements environnementaux ou écologiques dans les zones intertidales et relier catégoriquement ces modifications à la création d'exploitations aquacoles.
9. Il faut des modèles numériques, notamment de bilan de masse, pour relier la production et les apports externes avec l'oxydation aérobie et anaérobie de la matière organique (pélagique et benthique), la sédimentation et l'accumulation de sulfure dans les sédiments.
10. Il faut réaliser des études approfondies pour déterminer l'ampleur des effets biologiques et écologiques à distance de la résistance aux antibiotiques des populations microbiennes sauvages dans les régions de pisciculture intensive.

Les études ont été publiées dans le document suivant :

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