Guide technique des mines de métaux : protocoles de tri des échantillons révisés, chapitre 3
Méthodes de base pour le sous-échantillonnage en laboratoire
Une fois qu'il a été établi que le sous-échantillonnage permettra de réaliser des économies significatives en temps pour le traitement des échantillons qui renferment un grand nombre d'invertébrés (généralement plus de 500-600), on peut choisir une méthode appropriée. Diverses méthodes de sous-échantillonnage en laboratoire sont disponibles; elles sont décrites brièvement par Wrona et al. (1982); Sebastien et al. (1988); Marchant (1989); Plafkin et al. (1989); Klemm et al. (1990); Canton (1991) et Mason (1991). Quelle que soit la méthode choisie, il faut suivre les protocoles généraux recommandés ainsi que le processus d'AQ/CQ figurant dans la documentation (sections 2.1 et 2.2), car ces aspects ont une importance critique pour les comparaisons des ESEE à l'échelle nationale.
Il y a deux démarches de base pour le sous-échantillonnage des échantillons d'invertébrés benthiques. Les méthodes à dénombrement préétabli et les méthodes à fractionnement préétabli (Barbour et Gerritsen, 1996). La méthode à dénombrement préétabli est habituellement utilisée pour le dénombrement des échantillons de plancton (Charles et al., 1991); elle a été adaptée pour le tri des échantillons benthiques par Hilsenoff (1987, 1988), puis raffinée et modifiée par Plafkin et al. (1989) pour utilisation avec les RBP (Rapid Bioassessment Protocols) de l'EPA (États-Unis). Tout au long de l'élaboration de la méthode, le nombre total d'organismes à dénombrer (p. ex. 100, 200, 300) a fait l'objet de nombreuses discussions (Plafkin et al., 1989; Caton, 1991; Hannaford et Resh, 1995; Growns et al., 1997; Doberstein et al. , 2000; Carter et Resh, 2001), mais le principe de base est le tri et le dénombrement d'une quantité préétablie d'organismes dans un échantillon donné quel qu'il soit. Le but initial de l'utilisation des méthodes de dénombrement préétabli avec les RBP était de faciliter le retour rapide des données pour l'analyse et l'interprétation, permettant ainsi l'identification de sites où d'autres études potentielles seraient utiles (Plafkin et al., 1989; Hannaford et Resh, 1995). Pour ces objectifs, les méthodes de dénombrement préétabli sont comparables d'un site à l'autre, du fait de l'uniformité de l'effort unitaire consenti. Cependant, comme le souligne Cortemanch (1996), un effort consenti préétabli ne doit pas être confondu avec taille d'échantillon. On ne sait pas si les 100 organismes dénombrés provenaient d'un échantillon de 500 ou de 5000 animaux. Les méthodes à dénombrement préétabli conviendraient mieux pour les systèmes métriques proportionnels (p. ex. % d'EPT, Cortemanch, 1996). Mais, comme aucune des mesures terminales pour les effets benthiques n'est un système proportionnel, ils ne pourraient être estimés de façon fiable à l'aide des méthodes de sous-échantillonnage à dénombrement préétabli. Par conséquent, bien que de nombreux documents examinent les mérites et l'applicabilité des méthodes à dénombrement préétabli, particulièrement pour les objectifs de bioévaluation rapide, ces méthodes ne répondraient pas aux objectifs du programme d'ESEE où des méthodes quantitatives sont requises.
Il existe plusieurs méthodes de sous-échantillonnage à fractionnement préétabli, dont l'objectif est simplement de diviser un grand échantillon en plusieurs portions, qui sont chacune une représentation aléatoire de l'échantillon entier. Ces portions plus petites peuvent être traitées plus efficacement et à un coût moins élevé tout en donnant des estimations fiables du nombre total et des types d'organismes présents dans l'échantillon. Les trois méthodes les plus couramment employées divisent l'échantillon en fonction de:
La méthode qui convient le mieux dépend du type et de la quantité de matière présente dans l'échantillon. Ces méthodes sont brièvement décrites ci-dessous.
Fractionnement des échantillons sur tamis selon la surface
Il existe plusieurs variantes pour les méthodes de sous-échantillonnage selon la surface, allant de simples plateaux ou cadres grillagés à des dispositifs élaborés de fractionnement sur tamis (Sodergren,1974; Hickley, 1975; Klattenburg, 1975; Rosillon, 1987; Marchant, 1989; Klemm, 1990; Meyer, 1990; Caton, 1991; Mason, 1991); la méthode la plus couramment employée dans les programmes de ESEE s'inspire de la technique de fractionnement selon le diamètre du tamis de Cuffney et al. (1993). La méthode consiste à répartir uniformément la matière sur un plateau ou un tamis et à séparer de façon aléatoire une fraction (½, ¼ ou 1/8e) par surface plane. Plus précisément, l'échantillon est placé sur un tamis marqué par six diamètres équidistants. Le tamis est immergé dans l'eau et agité de façon à distribuer uniformément la matière; on draine ensuite l'eau. On tire au sort avec un dé l'un des six diamètres marqués, qui sera utilisé pour fractionner l'échantillon; une règle sert ensuite à diviser le tamis en moitiés en l'alignant avec les marques et en pressant le bord de la règle dans l'échantillon. Un grattoir et un flacon laveur servent à séparer l'échantillon en moitiés et à prélever les portions choisies. Une fois l'échantillon fractionné, on choisit au hasard par pile ou face la moitié de l'échantillon qui sera fractionnée. NE PAS jeter l'autre moitié de l'échantillon, car elle pourrait être nécessaire pour les tests d'AQ/CQ ou, si la moitié de l'échantillon ne renferme pas assez d'animaux pour satisfaire au critère de 300 animaux, elle devra être triée. Toutes les fractions triées et non triées doivent être conservées jusqu'à ce que l'efficacité du tri et de la résolution taxinomique soient confirmées et que les données soient examinées par l'agent d'assurance de la qualité. Il se peut qu'il soit nécessaire de fractionner plusieurs fois les très grands échantillons pour obtenir des fractions se prêtant au sous- échantillonnage, mais il faudra identifier pour chaque fraction la moitié correspondante et la conserver pour les tests d'AQ/CQ jusqu'à ce que les données soient vérifiées et acceptées. On procède au tri de la (des) fraction(s) appropriée(s) et on calcule le nombre total d'organismes dans l'échantillon original en prenant l'inverse de la fraction (section 3.4).
Une nouvelle variante de cette méthode de sous-échantillonnage selon la surface, utilisant un appareil modifié, a été mise au point récemment par des chercheurs de l'INRE (Environnement Canada, 2002). Ressemblant plus ou moins à l'appareil et au procédé décrits par Meyer (1990) et Mason (1991), il permet de manipuler les grands échantillons, comme ceux généralement prélevés dans le cadre des programmes d'ESEE, et les divise en 4 quarts. L'appareil est constitué d'une tige agitatrice et d'un tube (8" de diam.) en PVC de 60 cm de long, dans lequel est fixé un tamis (amovible), préalablement divisé en quarts à l'aide d'un cadre encastré. Le tube renfermant le tamis est immergé jusqu'à une profondeur de 40-50 cm dans un seau standard de 20 L rempli d'eau. On verse l'échantillon dans le tube et on agite pendant au moins 30 secondes avec la tige. On retire la tige en s'assurant qu'aucun organisme n'y adhère, et on retire rapidement tout le dispositif hors de l'eau. Pendant que l'eau s'écoule du tamis, les débris et les invertébrés se déposent uniformément sur le tamis. On détache ensuite le tamis du tube et on fait passer toute matière, comme les algues filamenteuses, qui chevauchent deux quarts, dans le quart où se trouve la majeure partie de cette matière. On place un gabarit en PVC au-dessus du tamis et on prélève facilement un quart de l'échantillon à l'aide soit d'une spatule soit d'un flacon laveur. D'autres quarts peuvent être prélevés de la même façon du tamis et conservés de façon appropriée aux fins de tri ou d'archivage. Les tests pour le fractionnement aléatoire des
Fractionnement des échantillons selon le volume
La méthode du cône d'Imhoff, décrite de façon détaillée par Wrona et al. (1982), distribue aléatoirement la matière organique fine et les invertébrés dans un volume de 1 litre. Le protocole recommandé comprend le fractionnement initial de l'échantillon en fractions grossière et fine; on obtient ainsi une fraction fine homogène renfermant un grand nombre d'organismes. Cette fraction est ensuite placée dans le dispositif à cône et on complète avec de l'eau jusqu'à la ligne de 1 litre. Pour une répartition aléatoire de la matière, on injecte de l'air diffusé par un bloc siliconé à la base du cône de façon à agiter légèrement l'échantillon pendant 2-5 min. À noter que la matière organique aurait dû être retirée précédemment, lors de l'étape d'élutriation, sinon elle s'agglutine au fond du cône, ce qui réduit l'efficacité du bloc diffuseur d'air. Environ 50 % de l'échantillon peut être retiré du cône à l'aide de tubes à essai de 55 mL pendant que l'agitation de l'échantillon est maintenue. Les sous-échantillons des tubes à essai sont triés séquentiellement jusqu'à ce qu'on atteigne le minimum de 300 animaux. Si, comme dans les autres méthodes de sous-échantillonnage, ce nombre minimal est atteint au cours du tri d'un sous-échantillon, ce dernier doit être trié en entier de telle façon qu'une fraction connue soit triée. La portion de l'échantillon demeurant dans le cône est conservée avec le contenu de tous les tubes à essai, triés ou non, pour utilisation potentielle ultérieure à des fins de tri destiné au calcul de la justesse du sous-échantillonnage. Cette méthode de sous-échantillonnage est simple et efficace pour une vaste gamme de types d'échantillons benthiques. Cependant, il est possible que la technique ne soit pas compatible avec les échantillons renfermant de grandes quantités d'algues filamenteuses.
Fractionnement de l'échantillon selon le poids
Cette méthode, comme la décrivent Sebastien et al. (1988), est une technique de rechange simple et fiable pour le sous-échantillonnage d'échantillons d'invertébrés benthiques, et particulièrement de ceux où des macro-invertébrés sont enchevêtrés avec des algues filamenteuses ou des bryophytes. La technique consiste à mélanger énergiquement l'échantillon dans un bécher de 2 litres de façon à obtenir une distribution aléatoire, puis de verser et de répartir uniformément la matière sur un tamis préalablement pesé. L'échantillon humide (avec le tamis) est pesé à 0,1 g près pour obtenir le poids total de l'échantillon. La matière est prélevée de façon aléatoire du tamis, en fractions appropriées (p. ex. environ 10 % ou 25 % de la matière); on consigne le poids du sous-échantillon afin de déterminer la fraction réelle de ce dernier. Une fois l'échantillon fractionné, on choisit au hasard la première fraction à trier. Les sous-échantillons consécutifs sont triés jusqu'à récupération d'un nombre minimum de 300 animaux, et la dernière fraction est triée en entier. Les autres fractions sont conservées pour d'éventuels tests d'AQ/CQ.
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