Adaptations aux variations de l'environnement : suivi à long terme d'une population de cincles plongeurs

Fiche d’identité du cincle plongeur © photo : Simon Milliet

Le cincle plongeur, aussi connu sous le nom de « merle d’eau », est un oiseau de l’ordre des passereaux qui effectue l’ensemble de son cycle de vie auprès des cours d’eau courante peu profonds, surtout en basse et moyenne montagne, où il peut trouver des invertébrés aquatiques pour se nourrir. Prédateur situé vers le haut de la chaîne alimentaire, le cincle est considéré comme une espèce bioindicatrice pour estimer l’état de santé des cours d’eau. En effet, les espèces des niveaux trophiques supérieurs sont soumises à une bioamplification des polluants ingérés par les niveaux trophiques inférieurs.

Le cincle est un petit oiseau trapu et facilement identifiable grâce à son large plastron blanc contrastant avec le reste de son plumage brun-roux à gris-ardoise. Le juvénile est gris écaillé. Il n’y a pas de dimorphisme sexuel (femelles et mâles sont semblables).

Le cincle se nourrit principalement de macroinvertébrés aquatiques qu’il attrape en marchant ou en nageant sous l’eau. Il peut rester immergé jusqu’à 15 secondes et plonger jusqu’à 1600 fois par jour, ce qui correspond à une durée totale de plusieurs heures passées sous l’eau chaque jour. Le plumage du cincle est dense et rendu imperméable grâce aux sécrétions huileuses de sa glande uropygienne, très développée, dont il enduit son plumage.

Cincle plongeur et invertébrés aquatiques © Simon Milliet

Les cincles forment des couples généralement monogames et fidèles à vie, mais certains mâles peuvent être polygynes. Ils construisent leur nid dans une cavité ou sur un support toujours le long des cours d’eau, souvent sous les ponts, à proximité des cascades (voire derrière) ou dans des anfractuosités de la roche. Dans son nid en forme de boule constitué de mousse, la femelle pond en moyenne 5 œufs qu’elle couve pendant 17 jours. L’envol des jeunes a lieu 20 à 25 jours après l’éclosion.

Nid dans une anfractuosité de la roche au bord d’une cascade. © Quiterie Duron

Poussin de cincle au nid. © Simon Milliet

La zone d’étude se situe au sein du Massif de la Chartreuse et de ses alentours (départements de l’Isère et de la Savoie). Le suivi se déroule sur 11 bassins de rivières situés entre 200 et 1100 mètres d’altitude, ce qui représente environ 300 km linéaires de cours d’eau.

Localisation de la zone d’étude

Le réseau de torrents et rivières très dense en Chartreuse permet d'avoir un gradient de facteurs environnementaux tels que l’altitude, le bruit environnemental, la concentration de polluants chimiques, et le degré d’anthropisation (de zones d’altitude peu habitées à des zones très industrialisées et/ou urbanisées).

Cascade sous laquelle se trouve un nid de cincles © Quiterie Duron 

© Quiterie Duron  

Quelques chiffres

Les opérations de suivi de la population sont réalisées par une équipe impliquant une douzaine de personnes simultanément sur 5 à 6 mois chaque année (de mi-janvier à début juillet) : personnels du laboratoire (1 chercheuse sur l’ensemble de la saison, 1 à 2 technicien(ne)s permanent(e)s ou contractuel(le)s selon les années pour une durée plus limitée), stagiaires en formation (niveau BTS / première année de licence jusqu’à la deuxième année de master; 20 à 25 chaque année), volontaires (1 ou 2 volontaires en service civique par an sur les premières années du suivi, 5 ou 6 écovolontaires par an actuellement, ponctuellement ou sur des durées plus longues). Au total, plus de 30 personnes se succèdent sur la saison.

En moyenne, 400 à 450 cincles adultes différents sont capturés, 250 à 300 événements de reproduction (sur environ 200 territoires) sont suivis, et 750 à 1000 poussins sont bagués chaque année. Au total, de 2014 à 2023, on dénombre 3453 captures d’oiseaux adultes, 1968 suivis de nids actifs, et 6696 baguages de poussins.

Nombre d’adultes capturés, de nids suivis et de poussins bagués chaque année entre la mise en place du suivi en 2014 et 2023. Entre 2015 et 2017, la zone étudiée a été élargie petit à petit, expliquant l’augmentation des nombres d’individus et de nids suivis. Peu de données ont pu être collectées en 2020 suite à l’interruption des opérations de terrain pendant le confinement dû au Covid-19.

Contexte légal

Le cincle plongeur étant une espèce protégée, l’ensemble des captures et manipulations d’oiseaux se fait, après évaluation et approbation des protocoles par les services concernés, sous dérogations et permis obtenus auprès du CRBPO (Muséum National d’Histoire Naturelle), de la DREAL, des préfectures de l’Isère et de la Savoie et du Ministère de la Recherche après validation par le comité d’éthique de l’Université Lyon 1. Les informations concernant ces permis sont disponibles auprès de B. Doligez en cas de besoin. Il est évidemment interdit de réaliser les opérations décrites ci-dessous en dehors de ce cadre légal.

L’objectif du suivi est d’obtenir les informations sur chaque oiseau individuellement tout au long de sa vie. Deux grandes opérations de terrain permettent d’obtenir ces données : la capture des oiseaux adultes présents sur la zone et le suivi des nids et des jeunes.

Capture des oiseaux adultes

De mi-janvier à début juillet, les adultes sont capturés à l’aide de filets dits « japonais » placés au-travers des cours d’eau, ou (plus rarement) directement au nid pour les femelles à l’incubation. Ils sont identifiés à l’aide d’une bague métal numérotée individuellement (fournie par le C.R.B.P.O.) et de plusieurs bagues couleurs dont la combinaison permet une identification de l’individu à distance (aux jumelles par exemple). Chaque individu est pesé, mesuré, sexé, âgé, et photographié. Plusieurs prélèvements sont également réalisés, en particulier pour mesurer les concentrations et types de polluants auxquels les oiseaux sont exposés. Ces captures réalisées chaque année vont permettre de mesurer la survie et les mouvements des oiseaux tout au long de leur vie.

Cincle adulte bagué métal et couleurs © Montaine Delmotte 

Mesure du tarse d’un cincle adulte © Simon Milliet

Suivi de la reproduction

En parallèle, évaluer le succès reproducteur des cincles implique de suivre toutes les étapes de la reproduction, depuis la construction des nids jusqu’à l’envol des jeunes. Pour faciliter les observations, des nichoirs ont été installés et souvent adoptés par les cincles. Chaque année, environ 350 nichoirs et plus de 200 sites naturels sont visités régulièrement afin de surveiller l’installation des couples, la construction des nids et le début des pontes. Grâce aux données récoltées lors des visites successives, la date de ponte du premier œuf et celle de l’éclosion sont déterminées. Après l’éclosion, les poussins sont bagués au nid, pesés et mesurés. Les parents sont identifiés pendant la croissance des poussins grâce aux bagues couleur posées lors des captures. Des observations sont réalisées pour mesurer le taux de nourrissage. Après l’envol, le nid est contrôlé pour vérifier que les poussins se sont bien envolés.

Œufs de cincles dans la coupelle du nid © Montaine Delmotte 

Mesure d’un poussin de 12 jours © Quiterie Duron

Communication acoustique entre membres du couple et bruit environnemental : implications pour le succès de la reproduction ?

Durant sa thèse, A. Villain a montré de façon expérimentale dans cette population de cincles que les communications entre les deux membres du couple pendant la nidification, qui servent à coordonner les activités au nid, sont affectées par le niveau de bruit environnemental ambiant autour du nid, très variable entre les sites (nids plus ou moins proches de cascades, de rapides) et selon les jours (étiage / crue). L’amplitude mais aussi les fréquences et types de vocalisations peuvent varier en fonction du bruit ambiant. Or les résultats obtenus au cours de cette thèse suggèrent également que le bruit ambiant au niveau du nid est lié au succès de la reproduction : les nids dans les endroits les plus bruyants ont plus de chances d’être en échec et de produire moins de jeunes à l’envol par rapport au nombre d’œufs pondus au départ (voir figure). Une hypothèse pour expliquer ce résultat, qui reste à tester, serait donc que le bruit ambiant contraint la communication entre les parents, conduisant à une coordination des soins parentaux (défense du nid contre les prédateurs, nourrissage des jeunes) moins efficace et, de façon ultime, un succès réduit.

Relation entre le bruit ambiant autour du nid et le succès de la reproduction : à gauche, comparaison du niveau de bruit entre nids en échec et en succès ; à droite, relation entre la survie des jeunes au nid (nombre de jeunes envolés / nombre d’œufs pondus) et le niveau de bruit ambiant autour du nid (A. Villain, thèse). 

Anthropisation et dispersion natale : un compromis entre qualité de l’eau et disponibilité d’une ressource limitante, les sites de nidification ?

Chez le cincle, la dispersion (mouvement des individus entre sites de reproduction d’une année sur l’autre) se fait essentiellement entre le nid de naissance et celui de première reproduction ; une fois installés, les adultes sont ensuite très fidèles à leur site tout au long de leur vie. Les facteurs qui influencent le comportement de dispersion natale ont été explorés au cours de différents stages de master, s’intéressant aux facteurs individuels (sexe, condition physique) et environnementaux (qualité de l’habitat). Parmi les facteurs qui semblent influencer la dispersion natale, on trouve le sexe (les femelles dispersent plus loin que les mâles, confirmant un résultat observé chez de très nombreuses espèces d’oiseaux), la condition corporelle pendant la croissance (les individus en meilleure condition, plus compétitifs, semblent disperser moins loin, profitant ainsi de leur familiarité avec leur habitat de naissance), mais aussi les paramètres de l’habitat autour du site de naissance. Au cours de son master 2, G. Picon a montré que la probabilité pour un jeune de changer de rivière diminue lorsque l’indice d’empreinte humaine, c’est-à-dire l’anthropisation du milieu, augmente (voir figure). Ce résultat qui peut sembler a priori contre-intuitif, met l’accent sur une caractéristique très intéressante de ce système : si la présence humaine est synonyme de pollution et de dérangement, elle favorise aussi l’installation des cincles en leur fournissant une ressource particulièrement limitante dans le milieu : des sites de reproduction sécurisés par rapport aux prédateurs et au risque de crue, par exemple sous les ponts. Ainsi, les cincles font face à un compromis entre qualité de l’eau et disponibilité de sites, et les stratégies mises en place pour gérer les décisions face à ce compromis font actuellement l’objet d’une partie des recherches menées sur la population.

Diminution de la probabilité de changer de rivière lorsque l’indice d’empreinte humaine (niveau d’anthropisation) augmente (G. Picon, Master 2).

Concentration en mercure et conséquences physiologiques : un polluant majeur chez le cincle ?

Un des avantages de ce modèle d’étude est qu’il est possible de mesurer les concentrations de polluants auxquelles les individus sont soumis à partir d’échantillons prélevés de façon pas ou peu invasive, et donc compatible avec le suivi à long terme de la population (relâcher des oiseaux en bonne condition, sans compromettre leur survie ni leur reproduction future). Nous utilisons pour cela en particulier des plumes, des sécrétions de la glande uropygiale (qui permet aux oiseaux de s’imperméabiliser le plumage et qui est particulièrement développée chez le cincle du fait de son mode de vie semi-aquatique) et des fientes. Nos premières analyses se sont concentrées sur la mesure du mercure dans les plumes, et les résultats ont montré que (1) les niveaux de mercure retrouvés dans les plumes des cincles sont élevés pour un écosystème d’eau douce, (2) ces niveaux reflètent le passé industriel des rivières (nombreuses industries liées à la fabrication du papier et du tissu dans la zone, ainsi que des forges), et (3) le niveau de mercure varie sur une même rivière entre territoires, de façon répétable. Les premières analyses (A. Cillard, master 2) montrent que les concentrations de mercure sont liées à différents paramètres physiologiques liés au fonctionnement du métabolisme des organismes (niveau de stress oxydant). La thèse qui démarre à l’automne 2023 nous en apprendra plus sur l’impact du mercure sur la physiologie mais aussi le succès reproducteur des cincles, et les interactions potentielles avec d’autres types de polluants (polluants organiques persistants, microplastiques) dans des effets dits « cocktail », encore peu étudiés en populations naturelles.

Concentrations en mercure mesurées dans les plumes des cincles en fonction de la rivière, classés par niveau d’industrialisation passée décroissant (A. Cillard, master 2)

Relation entre le niveau de mercure mesuré dans les plumes des cincles et le niveau de défense anti-oxydante dans le plasma (test OXY), suggérant un impact sur les composantes de l’équilibre oxydant (A. Cillard, master 2).

Les travaux de recherche sur le cincle sont à visée tout d’abord fondamentale. Néanmoins, le cincle étant un bioindicateur de son milieu, nos travaux sur l’impact de la pollution trouvent naturellement écho auprès d’acteurs locaux de la société civile. Ainsi, les cartographies des niveaux de polluants et surtout de leurs effets biologiques, ainsi que les bases de données spatiales constituées, seront mises à disposition et relayées activement auprès des partenaires associatifs (associations de protection de l’environnement, Associations Agréées pour la Pêche et la Protection du Milieu Aquatique – Réciprocité Guiers) et institutionnels (Parc Naturel Régional de Chartreuse, Syndicat Inter Interdépartemental d'Aménagement du Guiers et de ses Affluents (SIAGA), collectivités locales, Office Français de la Biodiversité) afin d’impulser des actions de gestion et de protection appropriées ou de permettre de cibler des actions sur les zones les plus impactées. Ainsi, le suivi du cincle et l’impact des pollutions est l’une des opérations incluses dans le programme d’actions implémenté dans le cadre de la labellisation de l’une des rivières du site, le Guiers Mort, en « Site Rivières Sauvages ». Cette labellisation vise à préserver les dernières rivières non soumises à l’action de l’homme en Europe, et le Guiers Mort a été la première rivière labellisée en Isère en 2019, pour 5 ans, à l’issue desquels les actions mises en œuvre seront réévaluées.

Le cincle, oiseau emblématique des rivières de moyenne et basse montagne, est une espèce peu connue en France et pourtant facilement identifiable et observable par tous publics. Les cincles sont très présents sur l’ensemble du territoire du Parc Naturel Régional de Chartreuse, le réseau de rivières y étant très dense. Notre projet vise également à développer un volet de science participative et de partage des données. Ce volet implique, d’une part, la mise en place d’une page dédiée sur le site web du projet, sur laquelle le public pourra rapporter les observations d’oiseaux bagués et en retour recevoir les informations correspondantes sur ces oiseaux. D’autre part, différentes actions d’observations seront proposées au grand public et certaines seront menées en partenariat avec des structures de formation professionnelles (détection des jeunes ayant dispersé au-delà de la zone d’étude, mesures de la qualité de l’eau). Nous réalisons également tous les ans des animations dans les classes de primaire (6 en 2018 et 2022), en collège (3 en 2017) et lors de sorties scolaires (3 journées en 2018), ainsi que pour le grand public (1 à 2 par an, en partenariat avec la LPO et le Parc Naturel Régional de Chartreuse) sur le territoire, et donnons des conférences grand public sur le cincle (1 à 2 par an depuis 2017). D’autres projets et supports pédagogiques (panneaux d’information sur les espèces d’oiseaux des rivières implantés sur les berges pour les promeneurs, brochures, participation à différents forums locaux) ont été réalisés ou sont en projet.

Thèses :

Villain Avelyne. 2013-2016. Acoustic communication in female songbirds: functions, flexibility and plasticity in calls. Thèse de l’Université Jean Monnet (Saint-Etienne), sous la direction de Clémentine Vignal et co-direction de Blandine Doligez. https://www.theses.fr/2016LYSES069

Ohse Molly. 2023-2026. Impact of mercury pollution on bird physiology: the case of mitochondrial functioning in the white-throated dipper. Swiss Ornithological Institute / University of Lausanne, sous la direction de Pierre Bize, en collaboration avec Blandine Doligez.

Master 2 :

Dans l’ordre chronologique :

- Cillard Anne. 2017. Linking mercury pollution to individual health markers in a natural population of Eurasian dippers. Université de Strasbourg.

- Frey Louise. 2018. Exploring the pace-of-life syndrome in a natural population of White-throated Dippers (Cinclus cinclus). Université de Strasbourg.

- Bosca Julie. 2020. Structural coloration, individual quality and mutual mate choice in the White-Throated Dipper (Cinclus cinclus). Université Paul Sabatier, Toulouse III.

- Diaz-Palma Sayuri. 2020. Effects of individual variation, body condition and early growth on the variation in adult mitochondrial traits in a free-living bird, the White-throated Dipper (Cinclus cinclus). Université Claude Bernard, Lyon 1.

- Massol Elodie. 2021. Influence of landscape and pollution on reproductive success and physiology in a population of Dippers (Cinclus cinclus) in the French Alps. Université Paul Sabatier, Toulouse III – ENSAT

- Ohse Molly. 2022. Sources of Variation and Consequences of Exposure to Metals and Metalloids in a European Dipper Population in France. University of Aberdeen.

- Picon Gaëlle. 2023. Influence des caractéristiques de l’habitat sur la dispersion natale chez le Cincle plongeur. Ecole Normale Supérieure de Lyon.

- Jacquelin Laurane. 2024. Influence relative de différents facteurs précoces sur les traits du plumage : le cas du plastron blanc chez le cincle plongeur. Université de Rennes 1.

Villain, A. S., Mahamoud-Issa, M., Doligez, B., & Vignal, C. 2017. Vocal behaviour of mates at the nest in the White-throated Dipper Cinclus cinclus: contexts and structure of vocal interactions, pair-specific acoustic signature. Journal of Ornithology, 158, 897-910.

Blandine Doligez (DR CNRS), https://lbbe.univ-lyon1.fr/fr/annuaire-des-membres/doligez-blandine.

Parc Naturel Régional de Chartreuse. (https://www.parc-chartreuse.net/)

Les Amis du Parc de Chartreuse. (https://www.amis-chartreuse.org/)

Le Pic Vert. (https://lepicvert.org/)

L’office Français de la Biodiversité. (https://www.ofb.gouv.fr/)

Centre de Recherches sur la Biologie des Populations d'Oiseaux (CRBPO). (https://crbpo.mnhn.fr/)