Poissons

Pour mesurer si un aliment enrichi en oméga-3 accélère la cicatrisation des plaies en pisciculture, 126 truites arc-en-ciel vont être utilisées, toutes tuées à l'issue, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger. Chacune reçoit une lésion cutanée pratiquée au trépan à biopsie, puis six prises de sang réparties sur vingt et un jours, chaque fois sous anesthésie. Le porteur signale un saignement local, une réaction inflammatoire les premiers jours et, dans certains cas, une absence de guérison. Le problème vient de l'élevage industriel lui-même, où les lésions cutanées sont fréquentes et où l'huile de poisson est remplacée par des huiles végétales "plus durables et moins onéreuses" pauvres en oméga-3.

Objectifs

Les poissons interagissent directement avec leur l'environnement par leur peau. La peau des poissons est constituée d'un grand nombre de cellules produisant du mucus, et des cellules immunitaires, assurant la fonction de barrière primordiale au maintien du bon fonctionnement de l’organisme. La rupture de cette barrière peut servir de portails d’entrée aux agents pathogènes et entraîner une infection. Par conséquent, une barrière solide et une cicatrisation rapide des plaies sont très importantes pour préserver la santé des poissons. En élevage industriel, des lésions cutanées, des abrasions et des ulcères apparaissent fréquemment chez les poissons. Dès lors, les plaies cutanées doivent être traitées rapidement afin d'éviter des conséquences encore plus négatives pour les poissons entrainant un accroissement de l’utilisation d’antibiotiques. Si le processus de cicatrisation est très bien décrit chez les mammifères les travaux chez les poissons sont beaucoup plus récents. Des travaux ont montré l’effet bénéfique de solutions nutritionnelles sur le processus de cicatrisation de lésions cutanées. En effet, plusieurs études ont montré le rôle majeur des acides gras polyinsaturés dans l'intégrité de la barrière cutanée suggérant une meilleure cicatrisation des plaies. Cependant, depuis quelques années on assiste à un remplacement de l’huile de poisson dans les régimes alimentaires, par des huiles végétales plus durables et moins onéreuses. Or, ces huiles végétales sont pauvres en acides gras polyinsaturés. Ces sources alternatives de lipides réduisent les niveaux d’acide gras oméga-3 dans les aliments aquacoles, impactant ainsi la santé, le bien être des poissons et la qualité nutritionnelle des filets. L’avantage des niveaux élevés de deux acides gras en particulier dans l'alimentation a été montré sur la croissance et la santé des poissons, indiquant que les sources alternatives d’oméga-3 utilisées dans les rations alimentaires sont importantes ainsi que leur composition en acide gras. L’objectif de ce projet est d’utiliser le modèle de cicatrisation validé dans un précèdent projet pour quantifier les effets de l’apport de taux élevés d’acide gras omega-3 dans l’aliment comme alternative à l’huile de poisson et évaluer l’importance des ratios en acide gras dans le processus de cicatrisation des lésions cutanées chez la truite.

Bénéfices attendus

Ce projet s’inscrit dans l’amélioration des conditions d’élevage des salmonidés. Il permettra d’évaluer le bénéfice des solutions nutritionnelles sur l’amélioration de la cicatrisation cutanée chez la truite arc en ciel, en étudiant 1) l’impact des taux élevés d’omega-3 dans l’aliment et 2) l’importance du ratio EPA (acide eicosapentaénoique) :DHA (acide docosahexaénoique) dans le processus de cicatrisation des lésions cutanées chez la truite arc-en ciel.

Procédures

Les animaux seront soumis à la procédure pour une durée de 21 jours. Les poissons seront soumis à une lésion à l'aide d’un trépan à biopsie (durée 15 secondes). Aux jours 0, 3, 7,10,14 et 21 post-lésion des prises de sang seront réalisées. A chaque temps, un volume sanguin nécessaire et suffisant pour l'analyse des paramètres biochimiques sera prélevé sur chaque poisson anesthésié. Pour chaque prise de sang, le temps ne dépassera pas 1 minute. Temps de sortie des poissons hors de l’eau pour les pesées (3 secondes) et pour les identifications (3 secondes).

Impact sur les animaux

Changement du comportement alimentaire, saignement localisé au niveau du site de ponction du tissu. Réaction inflammatoire dans les premiers jours de la cicatrisation, [absence de guérison avec rétrécissement de la lésion].

Devenir

Tous les animaux entrant dans la procédure expérimentale seront mis à mort à l’issu de la procédure afin de réaliser des prélèvements de tissu cicatriciel au niveau de la blessure.

Remplacement

Au moment de la délivrance de cette autorisation de projet, il n'existe pas de modèle in vitro ou in silico capable de mimer l’intégralité des acteurs cellulaires et acellulaires participant à la complexité des processus de cicatrisation et à la modulation de cette réponse par la nutrition. De plus l’évaluation d’un additif alimentaire, implique de connaitre son mode d’action chez l’animal auquel il est destiné impliquant l'utilisation d'animaux vivants.

Réduction

Des calculs statistiques détaillés ont été réalisés afin de déterminer le nombre minimum d'animaux à utiliser pour évaluer ce projet. Le nombre d'animaux à utiliser permettra d'obtenir une densité adéquate pour favoriser une hiérarchie sociale essentielle au bien-être des animaux. Des analyses post mortem seront réalisées sur les tissus cicatriciels de chaque animal afin de générer un maximum d'information possible par animal.

Raffinement

Les conditions d’hébergement des animaux sont définies afin que la densité des animaux par bassin, les paramètres environnementaux, l'enrichissement des bassins ou encore la qualité d’eau procurent le maximum de confort aux animaux, et répondent à la législation en vigueur. Aucun animal ne restera isolé sans contact visuel ou tactile avec ses congénères, ceci afin de réduire au minimum l’angoisse et le stress des animaux. Avant toute manipulation (pesée ou prélèvement) au cours de cette étude, les truites arc en ciel sont anesthésiées. La capture et le stress dus à la sortie des bassins sont réduits par une manipulation délicate des animaux par les applicateurs lors des pesées, des prises de sang et des mesures. Les conditions expérimentales sont également raffinées par un séchage modéré des poissons, le port de gants, l’utilisation d’une mousse humide pour faire reposer l’animal sur un support de contention adapté, d’un point de pression sur le site de prélèvement comme décrit dans une procédure interne qui définit le volume limite de prélèvement sanguin et les périodes de récupération nécessaires.Un analgésique sera utilisé par voie intramusculaire afin de réduire la douleur après l’introduction du transpondeur et lors de la réalisation des lésions et de permettre une meilleure récupération et une réduction des effets secondaires comme les frottements de l'animal contre les murs. Utilisation de pansement hydrorésistant antiseptique et antifongique après la réalisation de la lésion pour éviter l'infection de la lésion. Un minimum de deux observations quotidiennes des animaux est réalisé afin de détecter prématurément des signes cliniques de dommages corporels et pour vérifier que les poissons s’alimentent correctement. Dès l’observation d’un signe clinique, les animaux sont suivis au moyen d’une grille de score de point limites.

Choix des espèces

L'espèce utilisée est la truite arc-en-ciel, en tant que modèle animal de salmonidé. La truite est un bon modèle pour les salmonidés car elle est taxonomiquement proche du saumon [[et de physiologie comparable. Les fonctionnalités nutritionnelles sont les mêmes, les deux poissons étant carnivores, les besoins nutritionnels sont les mêmes. Par conséquent, la réponse physiologique de la truite au cours de l'étude sera la même que celle des autres salmonidés, les résultats pourront donc être transposés chez le saumon]]. La truite est également un animal plus résistant aux conditions d'élevage, aux maladies, avec un taux de croissance plus élevée permettant de rester dans le cadre du développement d’un modèle de cicatrisation subclinique. Au début de l’étude les truites pèseront 100 grammes. Elles seront élevées pendant 4 semaines, puis, à 220 g les poissons seront blessés et un suivi de cicatrisation sera réalisé pendant 21 jours. Le poids final des poissons à la fin de l’étude sera de 315 g.

Ni relâchées dans les rivières voisines, au motif d'un risque de pollution génétique, ni reprises par l'écloserie qui les a produites faute de place, les 96 truites communes juvéniles de ce projet seront toutes tuées, dans des procédures classées au niveau de souffrance le plus bas. Elles sont soumises à jusqu'à quatre séances de pêche à l'électricité de vingt minutes pour être recapturées, puis à trois tests enchaînés sans pause : exploration d'une arène inconnue, confrontation à un objet nouveau, réaction à une élévation de la température de l'eau. La mesure du métabolisme les enferme ensuite trois heures dans une chambre respirométrique individuelle. Le porteur justifie le choix de l'espèce par sa valeur de modèle en écologie évolutive et par ses "forts enjeux économiques, écologiques et culturels", la population étudiée se trouvant en limite sud de son aire de répartition.

Objectifs

Dans le contexte actuel de forte pression sur la biodiversité aquatique, il est important de caractériser les liens entre variabilité environnementale et évolution des populations de poisson, notamment à travers l’étude de la variabilité des comportements et de la dépense énergétique, en lien l’adaptation. Une des conséquences du changement climatique est de produire des conditions variables lors des phases de croissance sous gravier des salmonidés, notamment des bas débits hivernaux et printaniers. Un des effets attendus est d’abaisser la hauteur d'eau sur certaines frayères et de réduire les écoulements intra gravélaire qui participent au maintien de températures optimales pour le développement des œufs et des larves. Ces conditions peuvent induire du stress qui peut avoir des conséquences à moyen terme, notamment sur la croissance et la survie, paramètres liés aux comportements et au métabolisme. Ainsi, les individus émergents possédant des caractéristiques comportementales et métaboliques adaptées, maintenues dans le temps, pourraient avoir de meilleures croissances et mieux survivre dans les conditions futures, où la fréquence des températures élevées augmentera. Ce processus pourrait orienter et contraindre l’évolution génétique, du métabolisme et des comportements au sein des populations. L'objectif du projet est de caractériser, chez la truite commune, Salmo trutta L., l'effet de l’augmentation des températures en phase embryonnaire et larvaire, avant nutrition exogène, sur le développement, le comportement et le métabolisme des stades plus avancés (alevin). Par ailleurs, il vise à déterminer si les traits produits par ces augmentations sont maintenus dans le temps, et si certains procurent un avantage lors de la première phase de développement en eau libre (croissance, survie).

Bénéfices attendus

Les bénéfices attendus concernent les connaissances fondamentales et appliquées sur l'écologie et l'évolution des salmonidés juvéniles soumis aux variations thermiques durant la phase embryo-larvaire, en conditions d’élevage et en milieu naturel. Le projet déterminera si 1) les programmations thermiques en phase embryo-larvaire ont des conséquences en termes de développement, de comportement et de métabolisme, selon l’intensité de celles-ci 2) les paramètres comportementaux et métaboliques individuels sont conservés entre l’émergence du gravier et 30 jours après une phase de croissance en eau courante 3) la croissance et la survie sont impactées par la programmation thermique appliquée aux stades embryo-larvaires. Ces connaissances permettront de nourrir les modèles visant à prédire l’évolution des populations de truite impactées par les changements climatiques futurs. Elles pourront également aider les gestionnaires et la filière piscicole en révélant les impacts de périodes à forte variabilité thermique sur le développement sous gravier ou en incubateur, et améliorer la prise de décision pour la gestion des débits naturels (éclusées, débits réservés, …) ou des températures en élevage. La mise au jour de comportements et de métabolismes mieux adaptés aux variabilités thermiques futures pourrait orienter les choix de géniteurs et de croisements dans les actions de repeuplement ou en production salmonicole.

Procédures

1) Pêche à l’électricité : un maximum de 4 pêches à l’électricité, d’une durée de 20 minutes, sera réalisé sur une période de 4 jours pour tenter de recapturer les 96 poissons. 2) Tests comportementaux : jusqu'à 96 individus seront soumis aux tests et un maximum 32 poissons par jour sera testé pendant 3 jours consécutifs. Les 3 tests s’enchaîneront sur une durée totale de 20 minutes sans arrêt marqué entre chacun. A. Test exploratoire : après 2 minutes d’acclimatation dans un abri, ce test de 4 minutes vise à étudier le comportement d’exploration de l’arène inconnue (nage libre). B. Test du nouvel objet : ce test de 4 minutes vise à étudier le comportement d’exploration d’un objet auparavant inconnu de l’individu. C. Test de thermotaxie : ce test de 10 minutes a pour objectif d’étudier le comportement et les déplacements de l’individu face à une augmentation de la température de l’eau. 3) Mesure du métabolisme : La procédure consiste à mesurer la consommation d'oxygène en chambre respirométrique individuelle grâce à des sondes à oxygène. Les 96 individus pourront être soumis à cette mesure. La chambre est alimentée en eau de bonne qualité physico-chimique. L’alimentation est fermée durant 20 minutes pendant lesquelles la diminution de la concentration en oxygène est mesurée. Les phases de circuits ouvert et fermé de 20 min alterneront durant 3 h.

Impact sur les animaux

Les nuisances potentielles sur les animaux sont majoritairement liées au stress impliqué par les manipulations (changement de bac, stabulation, transport) et lors des prises de mesures comportementales et métaboliques. Pour le comportement il s’agit d’exposer des individus à des situations inconnues (nouvel environnement ou objet) ou des variations de température dans une arène expérimentale éclairée par rétro-éclairage (sous l’arène) ou éclairage indirect (plafond). Par ailleurs, l’estimation du métabolisme de base requiert l’isolement des poissons dans des chambres métaboliques individuelles, ce qui pourrait induire un stress.

Devenir

Le remise en liberté des poissons issus de l’élevage sur le lieu de l’expérimentation (rivières proches) n’est pas possible car il y a un risque de pollution génétique. Les animaux ne peuvent pas retourner dans l’établissement fournisseur car ils ont été produits et élevés pour les besoins de cette étude et il n’a pas la capacité d’accueil suffisante pour continuer à les maintenir en hébergement.

Remplacement

Les œufs et larves de truite se développent sous le gravier pendant environ 80 jours ce qui les expose potentiellement à des variations thermiques défavorables puisque les possibilités de changements volontaires d’habitat sont impossibles à cette phase. L’impact à moyen terme de ces variations durant le développement sous gravier et jusqu’à 30 jours après émergence en eau libre ne peut être estimé que sur des animaux vivants, ayant réalisé une croissance postérieure à la variation thermique. Aucune méthode substitutive telle que le travail sur des lignées cellulaires ou des tissus entiers n’est envisageable pour obtenir de tels résultats, puisque c’est le développement, le comportement individuel (déplacement, exploration, réaction à un stimulus thermique) et le métabolisme (consommation d’oxygène) de l’individu entier au repos qui seront étudiés.

Réduction

Le projet vise à tester l’effet d’une programmation thermique (14°C et 16°C) sur la croissance, l’activité d’exploration et le métabolisme des poissons. Le protocole évaluera l’effet de la programmation sur les individus à la fin de la phase embryo-larvaire, puis 30 jours plus tard. Pour cela 32 individus par programmation seront testés. Sur la base de données publiées et à l’aide d’un calculateur de puissance, la taille d’échantillon estimée lors d’une simulation pour détecter une différence de métabolisme de routine entre deux groupes est de 31 individus. Par ailleurs, une synthèse méthodologique publiée récemment indique que les recherches comportementales utilisant des arènes connectées par un couloir nécessitent de tester plus de 20 individus pour optimiser la probabilité de détecter des différences comportementales significatives entre groupes.

Raffinement

Acclimatation : Les 96 individus seront transférés de l’écloserie à la rivière expérimentale pour être acclimatés dans des bacs équipés d’abris. Une acclimatation sera observée en circuit semi-ouvert (équilibrage des masses d’eau) puis ouvert. Le lendemain, ils seront déposés dans un bief du chenal au crépuscule, dans une zone abritée. Ils pourront alors se répartir librement et commencer leur nutrition naturelle. Ce chenal est conçu pour une croissance sans alimentation artificielle, grâce à des proies naturelles dérivantes (insectes, zooplancton). L’eau du ruisseau, de bonne qualité physico-chimique, est filtrée, ce qui empêche l’entrée de poissons extérieurs. Le débit est modulable et produit des vitesses et profondeurs caractéristiques des habitats naturels. Le bief d'accueil des poissons abritera une densité similaire à celle des conditions naturelles. Un substrat de galets et graviers est déposé dans les biefs sur une hauteur importante. Des abris constitués de tuiles et de blocs seront installés afin de réduire la compétition entre individus. Le chenal sera couvert par un filet pour éviter la prédation aviaire et il est bordé d’un brise-vue afin de limiter le stress causé par les observateurs. Un opérateur effectuera une inspection visuelle quotidienne. En cas de mortalité accidentelle, les individus seront extraits du bief pour éviter toute dégradation environnementale (pathogènes, champignons). Points limites lors des tests comportementaux : des signes de stress important entraineront l’arrêt du test et l’isolement du poisson dans un bac afin de suivre sa récupération. Points limites lors des mesures métaboliques : si un individu s’agite dans la chambre plus de quelques secondes, il sera retiré et remplacé par un autre. Si le taux d’oxygène venait à baisser de façon importante l’individu sera retiré de la chambre et replacé en stabulation.

Choix des espèces

La truite commune (Salmo trutta L.) est une espèce d'eau froide dont la population étudiée est en limite sud de l'aire de répartition. Connaître ses capacités d'adaptation au changement climatique est important pour sa conservation et pour comprendre son expansion dans les milieux plus au nord, sous l’effet du changement climatique. Cette espèce à forts enjeux économiques, écologiques et culturels est en régression dans son aire sud mais pourrait s’étendre au nord dans les zones arctiques. C'est par ailleurs une espèce modèle en écologie évolutive. L'interprétation des résultats obtenus bénéficiera de l'abondante bibliographie existante bien que cette dernière soit très restreinte sur le maintien des phénotypes sous influence de programmations thermiques au cours du temps et en milieu naturel. Le stade juvénile, à partir de la première nutrition exogène et jusqu’à 30 jours de développement post-nutrition, sera utilisé. Ce stade a été choisi pour permettre aux poissons de débuter une nutrition autonome sur des proies sauvages, tout en évitant qu’ils ne s’habituent à une alimentation artificielle (pellets ou proies vivantes d’élevage). Cela garantit une adaptation immédiate à des conditions de vie sauvage, ce qui présente plusieurs avantages. Le premier est d’éviter aux individus un changement nutritionnel susceptible d’entraîner des conséquences comportementales et physiologiques, telles que l’absence de recherche active de proies ou un métabolisme façonné par une alimentation d’élevage. Ces éléments pourraient biaiser les résultats des tests. Le second avantage est lié aux objectifs du projet, qui consistent à tester la stabilité des phénotypes en conditions naturelles, depuis l’émergence jusqu’à 30 jours de développement. Cette période, extrêmement critique pour les individus, englobe l’établissement de la nutrition exogène, des comportements sociaux et de nage, ainsi que la mise en place des territoires et les premières phases de croissance en eaux libres.

Plongés cinq jours dans des cultures de cyanobactéries du genre Microcystis, 360 poissons médakas adultes ne subissent aucune autre intervention, dans des procédures impliquant un niveau de souffrance légère. Tous seront tués en fin d'exposition pour prélever leurs organes, seule voie d'accès selon le porteur aux compartiments biologiques étudiés. L'objectif porte sur l'effet des métabolites produits par ces bactéries sur le microbiote des poissons et, par ricochet, sur leur santé, un sujet que le porteur qualifie de "vierge". Il indique que les doses employées n'atteignent pas celles qui entraînent une souffrance "visible" au niveau morphologique ou du comportement, sans préciser ni les signes surveillés ni la fréquence des observations, alors qu'il attend par ailleurs un inconfort digestif et hépatique.

Objectifs

Les altérations des milieux aquatiques par les proliférations de cyanobactéries sont susceptibles de modifier le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Les préjudices associés à ces efflorescences comprennent : des perturbations de la chaîne trophique, une diminution de la pénétration de la lumière dans l’eau, une diminution de l’oxygène dissous disponible, mais également la production de métabolites secondaires potentiellement bio-actifs et parfois toxiques pour certains organismes qui y sont exposés. En effet, de nombreux genres de cyanobactéries sont susceptibles de produire et/ou de relarguer dans le milieu aquatique des molécules aux propriétés éminemment, ou potentiellement, bio-actives, délétères, voire toxiques. Si les effets toxicologiques (sensu stricto) de ces microorganismes et de leurs métabolites sont connus sur certaines cellules ou tissus de vertébrés, notamment chez certains poissons, on ignore leur impact sur la communauté microbienne associée et les répercussions sur la santé de l’organisme hôte. Des travaux menés ces dernières années ont montré que le microbiote, localisé à l’interface entre un organisme et le milieu extérieur, peut jouer un rôle important dans la physiologie de l’hôte, mais aussi dans de nombreux paramètres biologiques chez les Vertébrés, parmi lesquels la résistance aux pathogènes. Le présent projet propose d’étudier l’effet de l’exposition à des doses représentatives des conditions environnementales de divers efflorescences de cyanobactéries sur le poisson modèle en écotoxicologie aquatique, le médaka. A ce jour, peu d’études se sont ainsi efforcées de caractériser la réponse des poissons à différentes compositions d’efflorescences de cyanobactéries au niveau de l’holobionte (organisme hôte + microbiotes) et de tâcher ainsi de prendre en compte la réponse au niveau des différents compartiments biologiques et des différents organes.

Bénéfices attendus

Cette étude constituera un prérequis indispensable au développement de ce sujet encore vierge. La caractérisation du microbiote de poissons n’en est en effet qu’à ses débuts et dévoile déjà une large diversité microbienne inattendue. Les interactions entre hôte, son microbiote associé et l’environnement sont peu explorées, encore moins dans le cadre de stress écotoxicologiques, et pourraient s’avérer informatives de processus biologiques méconnus. A terme ces travaux permettront de mieux appréhender les conséquences (éco)toxicologiques des efflorescences de cyanobactéries et de la production de métabolites bio-actifs associés.

Procédures

Mis à part la balnéation avec les biomasses de cyanobactéries qui aura lieu pendant les 5 jours de l’expérimentation, aucune intervention ne sera réalisée sur les animaux.

Impact sur les animaux

Les poissons seront exposés 5 jours par balnéation à différentes doses environnementale de cultures de souches de cyanobactéries. Certains métabolites produits par les cyanobactéries pourraient induire des effets physiologiques occasionnant un inconfort alimentaire pour les poissons (digestif, hépatique). Les doses n’atteignent pas les doses toxicologiques entrainant de la souffrance visible au niveau morphologique ou du comportement.

Devenir

Les poissons seront euthanasiés en fin de procédures et leurs organes prélevés pour analyses. Seuls les prélèvements tissulaires post-mortem permettent d’avoir accès aux différents compartiments biologiques qui seront ici investigués.

Remplacement

Seul ce type d’analyse intégrée portant sur des organismes entiers permet de générer une compréhension fine des processus écotoxicologiques qui en oeuvre chez ces modèles biologiques complexes (organismes + microbiote associé).

Réduction

Notre expérience dans ce type de travaux nous a permis de raffiner le design expérimental au niveau du temps d’exposition qui passe ici de 28 jours à seulement 5 jours. Par ailleurs, nos travaux mettront en oeuvre une approche de comparaison de la variance des différents paramètres biologiques ici renseignés (composition bactérienne et métabolique) afin d’estimer à la fois les variabilités biologiques et expérimentales. Nos expérimentations seront réalisées à des concentrations environnementales (en teneurs en cyanobactéries) et avec des effectifs nécessaires et minimums pour être en mesure de démontrer l’occurrence d’effets moléculaires d’un nombre réduit d’organismes.

Raffinement

Nos travaux sont développés dans le contexte de la caractérisation de biomarqueurs précoces (et également plus sensibles) de stress au niveau du microbiome et du métabolome (ensemble des métabolites retrouvés dans un échantillon biologique, et sa concentration) des poissons Médaka. En en accord avec le principe de raffinement de la règle des 3R pour l’expérimentation animale, les expérimentations seront menées à des concentrations en cyanobactéries produisant des cocktails bio-actifs proches de la concentration minimale induisant les premiers effets détectables toxicologique, afin de limiter les potentiels effets toxicologiques. Durant toute l’expérimentation, les organismes seront maintenus en groupe dans des conditions d’élevages standards, correspondants aux critères de raffinement préconisés par l’Organismes de Coopération et de Développement Economique pour l’élevage et l’expérimentation sur cet organisme.

Choix des espèces

Oryzias latipes : Espèce modèle aquatique vertébrée couramment utilisée en expérimentation scientifique pour des travaux de développement, d’écologie ou d’écotoxicologie avec différents types de contaminants environnementaux Jeunes adultes (entre 3 et 5 mois), afin de pouvoir aisément les sexer et d’éviter qu’ils ne présentent les altérations cellulaires qui commencent à apparaître après l’âge de 6 mois chez cette espèce.

Immobilisés une à deux secondes par un courant électrique dans leur rivière, 65 vairons et chevaines sont pêchés, transportés au laboratoire et acclimatés à la température de l'eau. Avec 25 truites fournies par une pisciculture, ils sont sédatés, mesurés au millimètre, laissés au repos, puis lâchés dans un canal expérimental où ils dévalent une goulotte devant une caméra, jusqu'à cinq fois chacun, soit deux à deux heures et demie de manipulation par individu. Ces 90 poissons subissent des procédures impliquant un niveau de souffrance léger, et tous sont relâchés, les vairons et chevaines sur leur site de capture, les truites sur un site déjà rempoissonné par le fournisseur. Les images doivent entraîner une intelligence artificielle à reconnaître et mesurer les truites qui descendent les rivières, avant d'investir dans une installation sur un ouvrage hydroélectrique, le porteur indiquant avoir préféré des poissons sauvages relâchés à des poissons d'élevage qu'il aurait fallu tuer.

Objectifs

La compréhension des besoins de déplacement des poissons est nécessaire pour proposer des mesures de restauration de la continuité écologique adaptées et efficaces. Contrairement aux espèces amphihalines (qui effectuent des migrations entre les milieux marins et les eaux douces), les besoins de déplacements des espèces résidentes en cours d’eau sont moins connus. Les adultes de truite fario (Salmo trutta fario) effectuent des migrations reproductives, en remontant dans des zones de frayères essentiellement situées en tête de bassin versant, mais les patrons de dispersion des juvéniles dans leurs premières années de vie sont beaucoup moins connus, à cause de la difficulté à étudier les déplacements des petits individus. Toutefois, un mouvement de ces juvéniles vers l’aval des cours d’eau (dévalaison) est attendu. De nombreux aménagements hydroélectriques sont implantés dans les zones de montagne ou de piémont, à peuplement majoritaire de truite. Ces aménagements fragmentent le milieu et peuvent avoir un impact fort puisque, lorsqu'ils dévalent, les poissons transitent bien souvent par les turbines, sources de mortalité élevée voire totale. L’installation d’un système de protection est possible mais souvent couteuse et techniquement complexe, et il est nécessaire d'améliorer nos connaissances sur le phénomène de dévalaison des truites pour concevoir et dimensionner au mieux les dispositifs de réduction d’impact, avec un rapport coût/efficacité optimisé (quelle temporalité ? pour quelles tailles de poissons ? ...). Pour y répondre, un suivi par vidéocomptage des flux d'individus dévalants est envisagé dans un dispositif de dévalaison installé sur un site de montagne. Compte tenu des conditions beaucoup plus contraignantes pour l’acquisition de l’image que ce qui est classiquement le cas pour des poissons comptés en montaison dans les dispositifs de franchissement (vitesse de passage plus élevée, présence de bulles et de feuilles), la présente étude vise à tester l’efficacité de l’intelligence artificielle (IA) pour reconnaitre les poissons dévalants et estimer leur taille en condition de laboratoire (canal expérimental permettant de reproduire les conditions d’écoulements de la goulotte réelle), avant d’engager l’investissement nécessaire à une installation in situ.

Bénéfices attendus

L’objectif de ce projet est de tester la possibilité de suivre la dévalaison des truites par vidéocomptage dans un dispositif de dévalaison en exploitant les données par l’intelligence artificielle. C’est uniquement en cas de résultats positifs que l’installation du système de vidéocomptage sur le site envisagé pourrait intervenir au printemps - été 2025. Le système, si opérationnel, pourra être utilisé sur d’autres sites, ce qui contribuera à améliorer les connaissances des besoins en déplacement des poissons de rivière. Ces observations permettront de mieux concevoir et dimensionner les dispositifs de protection des poissons au niveau des ouvrages hydroélectriques, avec un rapport coût/efficacité optimisé, prenant notamment en compte les périodes de dévalaison et la taille des individus concernés.

Procédures

Les tests consistent à faire nager les poissons dans un canal expérimental, aménagé en dispositif de dévalaison, et filmer leur passage vers l’aval. Les tests seront conduits avec 3 espèces différentes : la truite en priorité (d’origine pisciculture), le vairon et/ou le chevaine (issus de milieu naturel) pour remplacer les tailles des truites cibles indisponibles en pisciculture au moment des tests. Les vairons et les chevaines nécessaires seront temporairement prélevés dans un cours d’eau et relâchés sur leur site d’origine après l’expérimentation. Utiliser des vairons et des chevaines sauvages (avec retour dans la nature) est apparu plus adapté qu’utiliser des vairons d’élevage avec l’obligation de mise à mort après l’expérimentation (impossibilité de placement ou de les relâcher dans la nature). Le prélèvement se fera par pêche à l’électricité, technique de capture la plus efficace compte tenu de la faible activité des poissons pendant la période d’expérimentation, tout en réduisant au maximum les dommages sur les individus et le dérangement du milieu. Les poissons seront transportés et mis en hébergement au laboratoire. Avant les tests, tous les poissons (90) seront sédatés, mesurés (au mm près) et laissés au repos 15-30 min avant le lancement des tests dans le canal expérimental pour récupérer complètement des effets de la sédation. Les poissons seront ensuite libérés, individuellement ou en groupe, directement dans la partie amont du canal expérimental, aménagée en goulotte de dévalaison. Après leur passage filmé vers l’aval, les poissons seront repêchés à l'épuisette, placés dans des viviers/seaux et laissés au repos env. 10 minutes avant le passage suivant. Chaque poisson sera utilisé au maximum 5 fois. Il est estimé qu’un individu sera manipulé en tout au maximum 2-2.5 heures (sédation, récupération, 5 passages filmés dans le canal, séparés par 10 min. de repos).

Impact sur les animaux

La réalisation de ce projet nécessite 1/ la capture de vairons et de chevaines (65 ind.) en milieux naturel par pêche à l’électricité (les truites (25 ind.) seront fournies par une pisciculture), 2/ le transport de tous les individus au laboratoire et leur manipulation dans les installations expérimentales. 1/ L’appareil utilisé pour la pêche est un engin portatif, capable de produire un courant continu, le moins impactant pour le poisson. La prospection des habitats sera partielle (prospection uniquement des habitats favorables aux espèces recherchées) afin de réduire l’impact de l’opération sur les populations du secteur pêché. L’immobilisation des individus à l’électricité sera de très courte durée (1-2 sec), la récupération de leur activité respiratoire est presque immédiate. Des effets indésirables plus graves (blessures) peuvent subvenir mais dépendent de l’intensité du champ électrique, de la durée d’exposition, des conditions environnementales et de l’opérateur. Tout le personnel participant à l’opération de pêche est formé et tout sera mis en œuvre pour éviter les dommages sur les poissons capturés : réglage de l’engin de pêche, retrait rapide des individus hors du champ électrique, stabulation en eau fraiche et oxygénée). 2/ L’unique nuisance attendue sur les animaux lors des diverses manipulations (transport, mise en hébergement, sélection des individus, réalisation des tests) est le stress et le risque de dommage en cas d'échappement. Pour réduire ces nuisances, la biométrie des poissons se fera sous sédation. Le transport des truites sera assuré par le fournisseur, équipé à cet effet. Les poissons prélevés dans la nature seront transportés par notre équipe dans un vivier (1*1m) adapté au transport, rempli d’eau constamment oxygénée à l’aide d’un bulleur pendant le trajet. A l’arrivée au laboratoire, les poissons seront acclimatés progressivement à la température de l’eau avant le transfert dans les bacs de stabulation. Les autres manipulations seront réalisées avec rapidité mais précaution pour éviter tous dommages des individus. Les conditions de stabulation seront surveillées à tout moment (circulation d’eau, oxygénation, obscurité pour tranquilliser les poissons). La sédation en soi pouvant être considérée comme une source de risque (si incorrectement réalisée), les doses d’anesthésiant les plus faibles seront appliquées (avec des délais d’exposition réduits), et progressivement augmentées si l’effet recherché n’est pas atteint.

Devenir

Toutes les truites en bonne santé seront relâchés en milieu naturel sur un des sites où l’espèce est déjà rempoissonnée par le fournisseur. Les vairons et les chevaines seront libérés sur leur site d’origine.

Remplacement

Les images acquises ont une double utilité. Elles serviront d’abord à l’entrainement de l’IA pour reconnaitre des poissons adoptant diverses positions sur l'image, puis à tester l’efficacité de cette reconnaissance (pourcentage d'individus détectés, évaluation de leur taille). Il est donc nécessaire de réaliser les tests avec des poissons vivants, qui adoptent des comportements de nage en réponse aux conditions d’écoulement dans la goulotte, tout en présentant une variabilité interindividuelle. En effet, le mouvement actif des poissons influence leur position dans la colonne d’eau (surface ou fond), la direction de leur corps lors du passage (tête ou queue en avant : certains individus empruntent la goulotte "en marche arrière", en nageant à contre-courant, de manière à freiner et contrôler leur descente), leur vitesse de déplacement dans la goulotte (vitesse potentiellement plus ou moins rapide que l'écoulement en fonction de leur positionnement en marche "avant" ou "arrière") et surtout la silhouette détectée par le système d'analyse d'image (les images de corps en mouvement ne sont pas comparables à celles prises sur des individus rigides). Cette variété de situations possibles doit être également prise en compte dans la calibration de l’acquisition d’une séquence, car il est prévu que l’enregistrement ne se lance que suite à une détection effective du passage d'un poisson. Il ne serait donc pas informatif de conduire des tests avec des maquettes de poissons ou des poissons morts, qui ne se positionneront et ne se déplaceront pas dans la goulotte comme des individus vivants.

Réduction

Pour réduire le nombre d’animaux utilisés, il a été décidé de travailler sur moins d’individus et de répéter les manipulations, sans toutefois dépasser 5 répétitions par individus. La méthodologie a été conçue de manière à pouvoir relier chaque individu à l’image enregistrée (pour mesurer l’efficacité à évaluer la taille) sans besoin d’un marquage individuel (par transpondeur ou marquage externe) qui engendrerait une nuisance supplémentaire aux animaux. De plus, seront testés uniquement des individus de taille entre 3 et 15 cm (maxi 20 cm selon la disponibilité des poissons auprès du fournisseur). Les tailles supérieures ne seront pas testées puisque nous partons de l’hypothèse que si des individus entre 10-15 cm sont détectés avec une bonne fiabilité, cela vaudra également pour les individus plus grands. L’expérimentation est de courte durée (quelques jours de captivité au maximum) et tous les poissons seront libérés après les tests : les truites sur un des sites déjà empoissonnés par le fournisseur, les vairons et les chevaines sur leur site d’origine.

Raffinement

Pêche - L’appareil utilisé est un engin portatif qui produit un courant continu, le moins impactant pour le poisson. La prospection des habitats sera partielle afin de réduire l’impact de l’opération sur les populations du secteur pêché. L’immobilisation des individus à l’électricité sera de très courte durée (1-2 secondes), la récupération de leur activité respiratoire est presque immédiate. Tout le personnel participant à l’opération de pêche à l’électricité est formé et tout sera mis en œuvre pour éviter les dommages sur les poissons capturés. - Biométrie sous sédation - Temps de calme de 10 minutes entre les différents passages dans le canal - Très bonnes conditions de stabulation (température, oxygène) et surveillées deux fois par jour - Bassins couverts pour réduire la luminosité et tranquilliser les poissons, éviter l’échappement. - Faible densité dans les bassins/seaux. - Manipulation rapide, remise en liberté des poissons après tests.

Choix des espèces

L’étude envisagée in situ vise uniquement la truite fario (cf. justification dans le paragraphe 5.5.1.). L’intelligence artificielle doit être paramétrée pour la reconnaissance de cette espèce et pour cela, il est nécessaire de rester, autant que possible, sur la même espèce. Cependant, en cas de l’impossibilité de se fournir en truite fario pour l’ensemble des tailles cibles, il a été décidé d’utiliser, pour les tailles manquantes, une autre espèce disponible avec une morphologie du corps proche : le vairon ou le chevaine . La reconnaissance d'individus de taille comprise entre 3 et 15 (20) cm est principalement visée. D’une part, il est nécessaire pour l’étude à venir de vérifier l'efficacité à suivre les individus de ces tailles, qui correspondent aux individus d’âge 0+ à 2+, supposés d’effectuer un déplacement vers l’aval dans les cours d’eau. Les tests sur des individus de tailles supérieures à 15 (20) cm n’apparaissent pas nécessaires puisque nous partons de l’hypothèse que si les individus entre 10-15 (20) cm sont détectés avec une bonne fiabilité, cela vaut également pour les individus plus grands.

Ralentir la croissance de jeunes truites pour disposer de poissons de 5 à 25 grammes sur une plus grande partie de l'année : telle est la raison déclarée de ce projet, qui répond à une contrainte de calendrier du laboratoire. 2 500 truites arc-en-ciel y sont utilisées dans des procédures impliquant un niveau de souffrance léger, toutes tuées. Elles sont nourries deux jours par semaine, le lundi et le jeudi, ce que le porteur traduit par une "sensation modérée de faim" pendant au maximum cinq jours par semaine. Cinq cents poissons par an permettent dix extractions de cellules musculaires, soit cinquante truites par extraction, sans que ce rapport soit justifié autrement dans le résumé.

Objectifs

Les cellules souches musculaires qui sont des précurseurs myogéniques, sont indispensables à la croissance du muscle. Pour déterminer précisément la régulation de l'activité de ces cellules souches, nous utilisons un modèle d'étude in vitro de la myogénèse basé sur la culture primaire de ces cellules. La quantité de ce ces cellules dans le muscle diminue rapidement avec la croissance, ce qui nous conduit à devoir utiliser des poissons d'un poids compris entre 5 et 25 g. Néanmoins, la croissance des truites est très rapide à ces stades là et les animaux passent de 5 g à 25g en 2 mois ce qui limite considérablement nos capacités d'expérimentation puisque la truite est une espèce saisonnière qui pond une fois par an. Le projet a pour objectif de ralentir la croissance des animaux pour obtenir des poissons de 5-25 g en décalé et ainsi pouvoir réaliser des expérimentations sur une plus grande partie de l'année. Une fois réalimentés pour être en pleine croissance, ces animaux seront euthanasiés et le muscle sera prélevé pour étudier les modalités de croissance.

Bénéfices attendus

Grâce à ce modèle in vitro de myogénèse, nous cherchons à élucider les mécanismes moléculaires qui régulent l'activité des cellules du muscle. A termes, ces recherches devraient permettre une meilleure maîtrise de la croissance des poissons, et de la qualité de la chair des poissons.

Procédures

Les animaux seront soumis à une restriction alimentaire légère afin de ralentir leur croissance, puis ils seront euthanasiés pour réaliser des prélèvements. Nous prélèverons 500 animaux de 5-25g par an.

Impact sur les animaux

Les animaux vont être nourris 2 jours par semaine (lundi et jeudi) ce qui va potentiellement engendrer une sensation modérée de faim pendant au maximum 5 jours par semaine.

Devenir

A l'issue de chaque procédure les animaux seront mis à mort par une personne compétente désignée par les responsables de projet. En effet, l'extraction des cellules du muscle nécessite l'euthanasie des animaux. Les responsables du bien-être des animaux sont bien sûr informés.

Remplacement

Il n'existe pas de lignée cellulaire de muscle de truite capable de proliférer et de se différencier in vitro. Il est donc nécessaire de prélever les cellules couches musculaires à partir de muscle de truite.

Réduction

Nous limiterons le nombre de poissons restreints à 500 poissons par an, ce qui nous permet de faire 10 extractions de cellules par an.

Raffinement

Les animaux seront élevés dans un environnement optimal pour l’espèce (photopériode, qualité d’eau, densité, enrichissement). Les paramètres physico-chimiques de l’eau (température, O2, NH4+) seront également régulièrement contrôlés.

Choix des espèces

La truite arc-en-ciel (Oncorhynchus mykiss) est une espèce robuste dont l’élevage, la croissance et la reproduction sont bien maîtrisées en pisciculture. Il s’agit d’une espèce d’intérêt agronomique puisqu’elle représente 95% de la production française piscicole en eau douce. Elle est par ailleurs un modèle biologique largement diffusé dans la communauté scientifique (>50 000 références). C’est une espèce avec une très grande plasticité de croissance. Cette espèce n'est pas incluse dans la liste des espèces identifiées comme devant provenir d’élevage ou de fournisseurs agréés. Les poissons utilisés auront un poids compris entre 5 et 25g, car c'est à ce poids qu'il y a le plus de cellules souches musculaires dans le muscle de truite.