Axe 3 - Qualité de l'eau et enjeux de santé publique

a) Diversité bactérienne totale et sa dynamique spatio-temporelle
b) Antibiorésistance et réflexions sur les indicateurs de qualité microbiologiques de la ressource en eau
 

Angélique Desoeuvre, Marina Héry, Patricia Licznar-Fajardo, Mylène Toubiana

Contexte Général​

L’un des axes majeurs du WP3 concerne la caractérisation microbiologique des aquifères karstiques du Lez et de la Fontaine de Nîmes. Du fait des fortes interactions entre les micro organismes et leur environnement, la diversité bactérienne peut être utilisée comme un traceur, une signature spécifique, permettant de caractériser l'origine d'une masse d'eau donnée ainsi que les voies de circulation de l'eau au sein d'un aquifère. De plus, ces systèmes fortement connectés avec la surface sont vulnérables aux contaminations d’origine anthropiques (rejets de stations d’épuration par exemple). Au-delà des indicateurs bactériens classiques de contamination fécale, les travaux intègrent la question de l’antibiorésistance, considérée comme un enjeu émergent de santé publique. Les bactéries résistantes (ARB) et les gènes d’antibiorésistance (ARG) sont ainsi appréhendés comme des contaminants microbiologiques susceptibles de circuler dans les hydrosystèmes karstiques.

​Objectifs principaux​

Les objectifs scientifiques présentés sont triples : 

• caractériser la diversité bactérienne totale et sa dynamique spatiale et temporelle, en fonction des régimes hydrologiques (crues versus étiage) ;
• tracer l’origine et le transfert des contaminants microbiologiques au sein de l’aquifère, depuis les zones d’infiltration jusqu’aux exutoires ;
• identifier et évaluer des indicateurs microbiologiques pertinents pour la qualité de la ressource, incluant les marqueurs d’origine fécale humaine et les gènes d’antibiorésistance, dans la perspective du développement d’un système d’alerte précoce.

Diversité bactérienne 

K3

Antibiorésistance

K3

Approche méthodologique

​La méthodologie repose sur des campagnes d’échantillonnage spatio-temporelles réalisées sur l’aquifère du Lez (six campagnes entre 2024 et 2025, en hautes eaux et en étiage) et sur l’aquifère de la Fontaine de Nîmes (trois campagnes). Les prélèvements concernent différents compartiments du système : sources, forages (matriciels et transmissifs), cours d’eau temporaires, secteurs amont et aval de stations d’épuration.

Plusieurs approches complémentaires sont mobilisées. Une approche basée sur l'ADN environnemental permettra de déterminer la diversité bactérienne totale (PCR ciblant l'ARNr bactérien 16S) afin d’obtenir une signature globale des communautés bactériennes et de tracer l’origine des flux d’eau. Une approche ciblée de qPCR permettra de quantifier des marqueurs spécifiques : un marqueur moléculaire d’origine humaine de la contamination fécale (Bacteroides HF183) et des gènes d’antibiorésistance codant des carbapénémases émergentes (blaKPC et blaOXA-48)

En parallèle de ces approches de génomique environnementale, des cultures permettent d’étudier la fraction cultivable des communautés bactériennes , y compris des indicateurs de contamination fécale classiques tels que E. coli et les communautés cultivables résistantes aux antibiotiques.  Les résultats sont analysés en fonction des conditions hydrologiques (crues, suivis de crues, étiage) afin d’évaluer les dynamiques temporelles et les différences entre compartiments du système. 

Intro

K3

Méthodologie

K3

Résultats essentiels et contributions

Travail en cours.​

Résultats

K3

Suivis physico-chimiques in situ haute fréquence (fluorescence/arborescence)

Lucile Justy 

Vincent Bailly-Comte, Christelle Batiot-Guilhe, Pascal Brunet

Contexte Général

Les aquifères karstiques constituent des ressources stratégiques pour l’alimentation en eau potable, mais ils sont particulièrement vulnérables aux contaminations d’origine anthropique en raison de leur fonctionnement hydrodynamique rapide et fortement connecté aux surfaces.

Dans le cadre du WP3 – Qualité des eaux et enjeux de santé publique, les systèmes karstiques de la source du Lez (Alimentation en Eau Potable de la Métropole de Montpellier) et de la Fontaine de Nîmes sont étudiés afin de mieux comprendre les transferts d’eau et de contaminants chimiques et microbiologiques. Les épisodes de crue, les rejets de stations d’épuration et les infiltrations rapides peuvent entraîner des apports ponctuels de matière organique et de micro-organismes pathogènes, difficiles à détecter avec des approches d’échantillonnage ponctuelles. Le développement de suivis physico-chimiques in situ à haute fréquence, notamment par fluorescence et absorbance UV-Visible, répond à la nécessité de capter ces dynamiques rapides et d’améliorer la surveillance sanitaire des ressources en eau​.Objectif principal​​

L’objectif principal des travaux de thèse de Lucile Justy est de développer et valider une approche multivariée de surveillance haute fréquence permettant la détection précoce des contaminations anthropiques dans les aquifères karstiques. Il s’agit de coupler des mesures in situ continues (fluorescence, absorbance, paramètres physico-chimiques) à des analyses de laboratoire afin de caractériser les transferts d’eau, d’identifier des indicateurs pertinents de qualité et de poser les bases d’un système d’alerte précoce (Early Warning System, EWS). Une attention particulière est portée à la détection des contaminations fécales, notamment via la fluorescence de type tryptophane (TLF), les concentrations en E. coli et certains traceurs chimiques (bore, anomalie en gadolinium).

Approche méthodologique

​​

La méthodologie repose sur un suivi haute fréquence déployé depuis plusieurs années à la source du Lez et à la Fontaine de Nîmes, combinant fluorimètres de terrain (optiques TLF, humic-like, turbidité, traceur artificiel) et spectromètres UV-Visible (200–722 nm) permettant d’estimer en continu les nitrates (NO₃⁻), le carbone organique total (COT) et la turbidité. Concernant la fluorescence, une méthode de correction du bruit de fond a été développée afin d’isoler le signal TLF réellement associé à la matière organique d’origine anthropique. Cette correction repose sur une régression linéaire multiple utilisant les autres optiques (humic-like, turbidité, fluorescence artificielle) pour estimer et retrancher les interférences naturelles. Pour l’absorbance UV-Vis, des travaux ont été menés pour recalculer et améliorer les calibrations des nitrates et du COT à partir des spectres bruts, en s’appuyant sur des données de laboratoire et sur des méthodes statistiques (régressions de type OLS ou PLS), tout en intégrant des corrections de turbidité. Les données haute fréquence sont systématiquement comparées à des prélèvements ponctuels réguliers (crues, étiages) pour lesquels une caractérisation chimique et microbiologique complète sera réalisée au laboratoire.

L’ensemble permet une analyse spatio-temporelle des transferts au sein du système karstique et entre différents compartiments (forages matriciels et transmissifs, cours d’eau temporaires, exutoires).

Sites WP3

K3

Objectif principal​​

L’objectif principal des travaux de thèse de Lucile Justy est de développer et valider une approche multivariée de surveillance haute fréquence permettant la détection précoce des contaminations anthropiques dans les aquifères karstiques. Il s’agit de coupler des mesures in situ continues (fluorescence, absorbance, paramètres physico-chimiques) à des analyses de laboratoire afin de caractériser les transferts d’eau, d’identifier des indicateurs pertinents de qualité et de poser les bases d’un système d’alerte précoce (Early Warning System, EWS). Une attention particulière est portée à la détection des contaminations fécales, notamment via la fluorescence de type tryptophane (TLF), les concentrations en E. coli et certains traceurs chimiques (bore, anomalie en gadolinium).

Approche méthodologique

La méthodologie repose sur un suivi haute fréquence déployé depuis plusieurs années à la source du Lez et à la Fontaine de Nîmes, combinant fluorimètres de terrain (optiques TLF, humic-like, turbidité, traceur artificiel) et spectromètres UV-Visible (200–722 nm) permettant d’estimer en continu les nitrates (NO₃⁻), le carbone organique total (COT) et la turbidité. Concernant la fluorescence, une méthode de correction du bruit de fond a été développée afin d’isoler le signal TLF réellement associé à la matière organique d’origine anthropique. Cette correction repose sur une régression linéaire multiple utilisant les autres optiques (humic-like, turbidité, fluorescence artificielle) pour estimer et retrancher les interférences naturelles. Pour l’absorbance UV-Vis, des travaux ont été menés pour recalculer et améliorer les calibrations des nitrates et du COT à partir des spectres bruts, en s’appuyant sur des données de laboratoire et sur des méthodes statistiques (régressions de type OLS ou PLS), tout en intégrant des corrections de turbidité. Les données haute fréquence sont systématiquement comparées à des prélèvements ponctuels réguliers (crues, étiages) pour lesquels une caractérisation chimique et microbiologique complète sera réalisée au laboratoire.

L’ensemble permet une analyse spatio-temporelle des transferts au sein du système karstique et entre différents compartiments (forages matriciels et transmissifs, cours d’eau temporaires, exutoires).

Méthodologie WP3

K3

Méthodo WP3

K3

Résultats essentiels et contributions

Sur la période 2015–2025 à la source du Lez, l’analyse des chroniques de fluorescence corrigée a permis d’identifier 46 pics de contamination TLF, définis par un seuil de détection de 2 ppb équivalent TLF et une durée maximale de cinq jours. Ces pics sont majoritairement observés en automne (41 %) et au printemps (32 %), avec les intensités les plus fortes en octobre et novembre (jusqu’à environ 11 ppb eq. TLF), suggérant un lien avec l’intensité des précipitations et les phases de reprise hydrologique

La correction du bruit de fond améliore nettement la discrimination entre pics liés à la turbidité et pics réellement associés à une contamination organique. Les travaux sur l’absorbance montrent que les calibrations initiales des sondes peuvent être insuffisantes et nécessitent un recalage local basé sur les données de laboratoire pour restituer correctement la dynamique des nitrates et du COT, indicateurs d’infiltration rapide.

​En résumé, les résultats démontrent l'efficacité de la méthode pour corriger les interférences optiques et détecter les épisodes de pollution. L’analyse des chroniques a souligné l’importance du suivi haute fréquence pour capter les dynamiques rapides, tout en confirmant la complémentarité indispensable des analyses de laboratoire pour mieux discriminer les fluorophores contrôlant l’intensité des signaux in-situ à haute fréquence. Les résultats mettent en évidence des périodes critiques de contamination, notamment à l’automne et au printemps, et permettent de proposer un seuil de détection de contamination de 3 ppb eq. TLF, en vue du déploiement d’un Early warning system. Cette approche innovante offre de nouvelles perspectives opérationnelles pour améliorer la gestion de la qualité de la ressource en eau en milieu karstique, tout en proposant un cadre méthodologique transposable à d’autres sites.

Résultats WP3

K3