L’indice TSI de Carlson - évaluer l’état trophique par un nombre

Base de connaissances · 27 juillet 2026

L’état trophique d’un lac peut se décrire avec des mots (oligo-, méso-, eutrophe) ou par un nombre. C’est à cela que sert le TSI de Carlson (Trophic State Index), proposé par R. E. Carlson en 1977 (Limnology and Oceanography 22(2) : 361-369). Une échelle unique permet de comparer des masses d’eau et de suivre les changements dans le temps.

De quoi il se compose

Le TSI se calcule à partir de trois indicateurs de fertilité étroitement liés :

• la transparence (profondeur du disque de Secchi, SD),
• la chlorophylle-a (Chl) - la biomasse algale,
• le phosphore total (TP).

Chacun d’eux donne une valeur de TSI distincte. L’échelle est ancrée sur la transparence : chaque division par deux de la visibilité du disque de Secchi élève le TSI de 10 points. Un doublement du phosphore total fait de même. Un doublement de la chlorophylle-a élève l’indice d’un peu moins de 7 points : chaque composante a son propre coefficient, ajusté aux données empiriques de Carlson.

Les valeurs des lacs typiques se situent à peu près dans la plage 0-100, mais il s’agit d’une plage pratique et non d’une borne mathématique : les formules sont logarithmiques, si bien qu’une masse d’eau extrêmement fertile peut donner un résultat supérieur à 100.

Les formules (d’après Carlson)

Les relations sont logarithmiques (SD en mètres, Chl et TP en µg/l) :

• TSI(SD) = 60 − 14,41 · ln(SD)
• TSI(Chl) = 30,6 + 9,81 · ln(Chl)
• TSI(TP) = 4,15 + 14,42 · ln(TP)

Comment lire l’échelle

Plus le TSI est élevé, plus la fertilité est grande.

Quel indicateur compte le plus

Si vous disposez des trois, ne les moyennez pas machinalement. Dans l’approche classique de Carlson, le plus proche de la « vérité » sur la production biologique est TSI(Chl) : la chlorophylle mesure directement la biomasse algale, tandis que la transparence et le phosphore sont des mesures indirectes.

La moyenne des trois composantes (le calculateur ne l’affiche que comme valeur auxiliaire, lorsque vous fournissez le jeu complet) n’est pas une évaluation de l’état du lac : NALMS dit expressément que moyenner n’a aucun sens. La moyenne mêlerait la meilleure mesure de la biomasse algale (la chlorophylle) à deux mesures indirectes. L’écart entre les composantes, lui, est une information :

• TSI(SD) nettement supérieur à TSI(Chl) - la transparence est limitée par autre chose que les algues, le plus souvent par des matières minérales en suspension ou des substances humiques ;
• TSI(TP) nettement supérieur à TSI(Chl) - le phosphore est abondant, mais il y a moins d’algues qu’il ne le laisserait attendre ; la production est généralement limitée par un autre facteur (souvent l’azote, le broutage des algues par le zooplancton ou la lumière).

Lire les écarts entre les composantes (dans la littérature : deviation analysis) suggère ce qui limite les algues et la lumière dans le lac. C’est une hypothèse à vérifier, non un diagnostic - et elle n’a de sens que pour des résultats de la même date et du même point, une fois écartée toute erreur de prélèvement ou d’analyse.

À quoi veiller

• La saison et la mesure isolée. Le TSI a du sens calculé sur la période de végétation et sous forme de série ; une lecture unique d’une seule journée décrit la météo, pas l’état de la masse d’eau.
• C’est un outil pour les lacs. Le TSI a été mis au point pour les eaux stagnantes de la zone tempérée. Pour les cours d’eau, les retenues à temps de séjour court et les eaux fortement humiques, on l’applique avec prudence.
• Le TSI n’est pas une classe d’état au sens de la DCE. C’est un indice descriptif distinct, d’origine américaine. Il ne remplace pas les classes d’état écologique utilisées dans l’évaluation des masses d’eau et ne s’y convertit pas : il les complète bien, mais ne peut fonder une évaluation formelle.

🧮 Outil : Calculateur du TSI de Carlson - saisissez la transparence, la chlorophylle-a ou le phosphore total et voyez le résultat de chaque composante séparément, avec sa classe selon le tableau ci-dessus. Sans inscription.

En pratique

Pour le TSI, il vous faut des séries cohérentes de transparence, de chlorophylle-a et de phosphore total - de préférence aux mêmes dates et aux mêmes stations, car ce n’est qu’alors que comparer les composantes a du sens. Dans LimnoLog, vous enregistrez ces trois paramètres, et l’application calcule elle-même TSI(SD), TSI(Chl) et TSI(TP) pour chaque échantillon qui contient la composante concernée, et les trace côte à côte sur un graphique ; elle ne calcule la moyenne (TSI_avg) que lorsque les trois sont présentes. Il suffit d’ajouter ces paramètres calculés au projet. Attention à l’unité : le phosphore total se saisit dans l’application en mg P/l (0,030 mg/l = 30 µg/l) - la conversion en µg/l qu’exige la formule de Carlson est déjà intégrée à la formule du paramètre.