vignette|redresse=1.2|La funaire hygromètre, appelée aussi « mousse de feu » ou « Funaire charbonnière », est une espèce indicatrice de place à feu (feu de camp, brûlage de débris).. Un bioindicateur (ou bio-indicateur ou indicateur biologique) est un organisme (espèce végétale, fongique, animale ou bactérienne) ou un groupe d'organismes dont la présence ou l'état renseigne sur certaines caractéristiques écologiques (c'est-à-dire physico-chimiques, pédologiques, microclimatiques, biologiques ou fonctionnelle) d'un écosystème ou sur l'incidence de modifications naturelles (par exemple, épisode de sècheresse) ou provoquées (par exemple, pollution chimique).
On distingue plusieurs grands types de bioindicateurs en fonction des objectifs poursuivis : les bioindicateurs de diagnostic permettent de mesurer des modifications liées aux activités humaines, et de les comparer à des situations de référence dans des écosystèmes peu perturbés ; les bioindicateurs d'objectifs qui comme leur nom l'indique permettent de juger si les objectifs fixés ont été atteints. Ils intègrent si possible plusieurs caractéristiques du milieu et doivent être « socialement » pertinents de manière à être compris facilement par le public, les politiques et les gestionnaires ; les bioindicateurs d'exposition (ou d'alerte). Il s'agit essentiellement d'indicateurs écotoxicologiques révélant l'existence de processus de contamination de l'environnement, avant que des effets plus graves ne se manifestent au niveau de l'écosystème. À l'échelle des individus, des biomarqueurs sont développés pour identifier la nature de la perturbation.
thumb|upright=1.2|Les trichoptères (larves, adultes) font partie des indicateurs de bonne qualité des eaux douces. Ils sont utilisés pour mesurer le chemin à parcourir pour atteindre le « bon état écologique » demandé pour 2015 par la directive-cadre sur l'eau. thumb|upright=1.2|Feuille de plant de tabac utilisé comme espèce sentinelle de la pollution urbaine, industrielle ou routière. Ici nécrose par une pollution à l'ozone troposphérique. vignette|redresse=1.2|Développement exponentiel, dans la péninsule Nord du continent Antarctique, de bancs de mousse (Ceratodon purpureus, Bryum pseudotriquetrum, et , espèces plus tolérantes à la dessiccation et qui remplacent la mousse endémique ), espèces bioindicatrices du réchauffement climatique qui conduit à un verdissement des pôles...
Différences entre espèces bioindicatrices et espèces sentinelles Les notions d'espèces sentinelle et d'espèce bioindicatrice sont très voisines et procèdent de la même idée. Elles présentent cependant deux différences liées au niveau d'organisation biologique étudié et aux objectifs poursuivis dans leur utilisation :
les espèces bioindicatrices renseignent sur les modifications de l'écosystème par leur présence, leur absence et leur abondance, c'est-à-dire par leur dynamique des populations. Les espèces sentinelles quant à elles, renseignent sur ces mêmes modifications par des changements au niveau moléculaire, cellulaire, physiologique ou comportemental, qui révèlent leur exposition à des substances polluantes. Dans le premier cas, l'étude se situe à l'échelle de la population. Dans le second cas, elle se situe à l'échelle de l'individu - tissu, cellule, morphologie, comportement ; les espèces bioindicatrices sont utilisées pour connaître un écosystème et sa qualité écologique, et non pas seulement pour mesurer les effets de la pollution. En revanche, les espèces sentinelles sont mobilisées dans le cadre de l'écotoxicologie pour informer sur la pollution environnementale.
Ces deux notions sont parfois confondues à juste titre. En fait, certaines espèces bioindicatrices sont d'excellents exemples de « végétaux sentinelles », par exemple les lichens qui servent depuis longtemps à estimer la pollution de l'air par le dioxyde de soufre () ; par ailleurs, rien n'empêche de rechercher des paramètres au niveau cellulaire ou moléculaire chez des espèces bioindicatrices pour mieux caractériser la qualité du milieu.
Sur le terrain et dans les laboratoires, ces deux catégories d'espèces permettent d'établir un diagnostic environnemental d'un milieu. Elles sont notamment utiles comme moyen d'alerte précoce d'une dégradation du milieu dans lequel elles vivent : par exemple pollution chimique, modification de l'hydrologie ou de la morphologie d'un cours d'eau, ou encore augmentation de la température.
Quelques repères historiques L'idée selon laquelle la qualité du paysage et la richesse en certaines espèces végétales ou animales indique une qualité globale de l'environnement n'est pas nouvelle. J. Perrève, ancien procureur du roi et juge, écrivait en 1845 : . Il établissait clairement un lien de dépendance de la faune à la flore.
L'utilisation rationnelle et scientifique de la bioindication est cependant plus récente, avec notamment la bioévaluation environnementale (suivi de l'état de l'environnement, ou de l'efficacité de mesures compensatoires ou restauratoires).
Les premières méthodes rationnelles de bioindication, telle qu'on les pratique aujourd'hui, ont été conçues pour suivre la qualité des écosystèmes aquatiques. En 1902, un premier indice de bioindication basé sur l’affinité ou l’intolérance des êtres vivants vis-à-vis de la pollution organique est élaboré : l’indice saprobie de Kolkwitz et Marson. À l'époque, il fallait faire face aux problèmes de pollution issue des rejets urbains et industriels riches en matières organiques.
Appliquée initialement aux protozoaires, la méthode est élargie dans les années 60 aux diatomées, algues unicellulaires, sensibles à divers types de pollution. C’est au Cemagref (devenu Irstea puis INRAE), et plus particulièrement à Michel Coste, que l’on doit l’indice biologique diatomées (IBD) et l’indice de polluosensibilité spécifique (IPS) mis au point dans les années 80. Ces indices sont avec l’IBGN les plus utilisés en France.
L’IBGN ou indice biologique global normalisé s’applique aux invertébrés d’eau douce. Il est issu des travaux menés sur les indices biotiques en Grande-Bretagne dans les années 60. Les travaux menés au CTGREF (ancêtre du Cemagref) par Verneaux et al. sont à l’origine de l’indice biologique de qualité générale (IBG), puis de sa normalisation en 1982.
Cet indice s’appuie sur la réponse globale des communautés à un ensemble de pressions : pollution organique, altérations morphologiques et hydrologiques, et contamination toxique. Une note de 1 à 20 est attribuée en fonction de l’absence de taxons indicateurs (principalement) et de la richesse taxonomique globale.
L’indice IBGN a ensuite évolué grâce aux travaux menés conjointement par l’université de Metz et le Cemagref. "Un nouveau protocole d’échantillonnage a été conçu, puis appliqué aux stations de référence et de surveillance dans le cadre de la mise en œuvre de la Directive cadre européenne sur l'eau (DCE)", explique Jean-Gabriel Wasson, expert en hydroécologie. "En retour, les données recueillies ont permis de mettre au point, un nouvel indice invertébré intégrant à la fois des informations sur la biodiversité et la structure fonctionnelle".
En 2012, face aux nouvelles exigences de la DCE, notamment en termes de détection des impacts liés aux pressions sur l'hydromorphologie des cours d'eau et à la détection des micropolluants, un nouvel indice multimétrique I2M2 a pris le relais de l'IBGN en France.
Tous ces méthodes basées sur l'observation de bioindicateurs ont été mobilisées dans le cadre de la mise en œuvre de la DCE pour établir un état de référence de la qualité des masses d'eau continentales en France, pour suivre cette qualité dans le temps et pour évaluer l'impact d'opérations de restauration écologique. Chaque pays européen ayant sa batterie d'indicateurs, un exercice d'intercalibration des outils a été mise en œuvre de 2005 à 2012.
En parallèle dans les années 1980, un nouveau concept de bioindication apparaît aux États-Unis. Il consiste à évaluer la qualité des milieux à partir de l’analyse des traits fonctionnels des organismes présents. Quelles sont leurs exigences en termes de température, de courant ? Où se reproduisent-ils et où se nourrissent-ils ? Quelle est leur place dans le réseau trophique ? C’est en partant de ces travaux qu'en France par exemple, un nouvel indice poisson, l’IPR (Indice Poisson Rivière) intégrant des métriques fonctionnelles a vu le jour. Couplé à des modèles statistique, l'outil permet de prédire les populations de poissons présentes dans une rivière en l’absence de toute perturbation humaine. Pour répondre aux exigences de la DCE, il a ainsi été possible de caractériser l’état de référence de tout type de cours d’eau en s’affranchissant de l’expertise et des contraintes de la biogéographie.
Les milieux terrestres sont eux aussi concernés par cette évolution, avec l'avènement de techniques de bioindication intégrant de nouveaux concepts issus de l’écologie fonctionnelle dans les années 2000. Pour Jean Jacques Brun, chercheur en écologie du sol, "on est passé d’une indication qui répertorie les populations et les communautés végétales à une indication qui pointe les processus clés assurant leur maintien dans le milieu. Il s’agit par exemple des processus de reproduction et de multiplication, comme la floraison ou la clonalité".
Principes : de la molécule à l'écosystème Le principe de la bioindication, et donc de l'usage de bioindicateurs, se réfère à "la capacité d’organismes ou d’un ensemble d’organismes à révéler par leur présence, leur absence ou leur comportement démographiques les caractéristiques et l’évolution d’un milieu" (Blandin, 1986). Les effets du milieu et de son évolution sur le vivant sont mesurables par le biais de l'observation de divers degrés d'altérations morphologiques, comportementales, tissulaires ou physiologiques (croissance et reproduction), conduisant dans les cas extrêmes à la mort des individus, voire à la disparition d'une population, accès libre., avec parfois des impacts à l'échelle des écosystèmes.
À leur manière, les jardiniers et les agriculteurs ont recours à des techniques simples de bioindication pour établir un diagnostic de leurs parcelles. Ainsi, la présence d’orties ou de lombrics indiquent respectivement des sols riches en nitrates ou en matières organiques.
En effet, chaque espèce ou groupe d'espèces possède un biotope primaire. On sait par exemple que : le mouron des oiseaux pousse plutôt sur des sols équilibrés, alors que l'ambroisie prolifère sur des sols déstructurés ou salés (puisque son biotope primaire est constitué de régions arides où le sol est déstructuré et où le sel remonte souvent) ; la petite oseille (Rumex acetosella) indique des sols très pauvres en argile et en humus, très secs, très peu fertiles alors que la grande oseille (Rumex acetosa) indique des sols équilibrés, très fertilesLes plantes bio-indicatrices. ; les lichens sont des bioindicateurs efficaces de certaines pollutions de l'air en forêt ou en ville. De leur côté, les phytosociologues se sont attachés à décrire et nommer les associations végétales caractéristiques des habitats naturels, offrant un cadre à la bioindication par les végétaux. Faisant le constat qu'il manquait un équivalent pour les plantes alimentaires et médicinales, le botaniste français Gérard Ducerf a entrepris de lister et décrire les plantes bioindicatrices des champs et prairies, pour aider les agriculteurs (ou jardiniers) à évaluer l'état et les caractéristiques de leurs sols, l'histoire de ces sols et leurs besoins et potentialités agroécologiques ; ou encore les conditions de levées de dormance des graines, à partir de l'observation des plantes qui y vivent spontanémentDucerf G, Encyclopédie des plantes bio-indicatrices alimentaires et médicinales (en 3 volumes) ; éditions PROMONATURE ; voir aussi la Vidéo Plantes Bio-Indicatrices - Gérard Ducerf (sur You Tube); mis en ligne le 14 décembre 2018 : Vers de terre Production .