DOSSIER. Ruisseaux et rivières sur grès

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1 SYCOPARC 38 - DÉCEMBRE 2009 Parc Ruisseaux et rivières sur grès du Parc État de santé des eaux de surfaces Bassins versants de la Moder, de la Sauer et de l Eichel Les cours d eau sur grès au regard des milieux qu ils créent, de la faune et la flore qu ils accueillent... composent l une des richesses les du Parc Naturel Régional. Cette haute valeur patrimoniale est notamment soulignée par la large intégration de ce réseau hydrographique au zonage Natura Le grès, roche sédimentaire 2 formée il y a plus de 200 millions d années, confère à nos rivières des caractéristiques particulières. En effet, la Moder, le Rothbath, la Zinsel du Nord, le Steinbach, la Sauer... possèdent des eaux plus ou moins acides, peu minéralisées, à faible pouvoir tampon qui s écoulent sans grosses variations saisonnières de débit sur des lits mineurs 3 fortement sableux. 1 Natura 2000 constitue la pierre angulaire de la politique de l Union européenne en matière de biodiversité. Par la constitution d un réseau écologique cohérent, Natura 2000 vise la préservation sur le long terme des habitats les plus précieux et des espèces menacées du territoire européen, en intégrant autant que faire se peut les activités socio-économiques. 2 Les roches sédimentaires, formées à la surface de la Terre, sont les roches qui résultent de l'accumulation et du compactage de débris d'origine minérale (dégradation d'autres roches), organique (restes de végétaux ou d'animaux, fossiles), ou de précipitations chimiques. 3 Le lit désigne tout l'espace occupé, en permanence ou temporairement, par un cours d'eau. On distingue le lit majeur du lit mineur, ce dernier étant la zone limitée par les berges. Le lit majeur est l'espace occupé par le cours d'eau en période de crues. 4 Plantations d essences résineuses (Epicéas, Pins...). Du Moyen-Age à nos jours, les cours d eau ont été fortement sollicités et assujettis à la raison économique (aménagement d ouvrages hydrauliques, dérivation, curage, enrésinement 4, retournement des prairies...). Cette histoire n est pas sans conséquence sur la qualité des eaux... En effet, bien qu enviée de la plaine d Alsace au plateau lorrain, la qualité des eaux des ruisseaux et rivières s avère en certains points problématiques. Une étude menée entre 2002 et 2005 par l Université de Metz, sur la demande du SYCOPARC, nous éclaire. I

2 Parc SYCOPARC 38 - DÉCEMBRE 2009 Ruisseaux et rivières sur grès : état de santé des eaux de surfaces I. ETAT DE SANTÉ DE NOS COURS D EAU I.1. SUR LE BASSIN RHIN-MEUSE... Il existe plus de 450 points de mesures de la qualité des cours d eau sur lesquels près de analyses sont effectuées chaque année! Le coût total des réseaux de suivi de la qualité des eaux (de surface et souterraines) est de l ordre de 3,3 millions d euros par an, soit 82 centimes par habitant et par an. Ces suivis constituent le socle de connaissance indispensable à la définition des actions à entreprendre pour sauvegarder les milieux aquatiques et à leur évaluation. I.2. QU EN EST-IL SUR LE TERRITOIRE DU PARC? I.2.1. Les examens stations 5 de mesures prennent le pouls des cours d eau. Elles s intègrent : > au programme de surveillance directive Cadre sur l eau (DCE). Il remplace depuis décembre 2006 le réseau national de bassin (RNB), mis en place en 1987 à la suite de l inventaire national du degré de pollution des eaux programmé par la Loi de 1964 relative au régime et à la répartition des eaux et à la lutte contre leur pollution ou ; > au réseau d intérêt départemental (RID) de suivi de la qualité des cours d eau du Bas-Rhin établi en Ces réseaux sont amenés à évoluer afin de répondre aux objectifs de la directive européenne Cadre sur l eau (DCE) impliquant notamment, le déploiement d un programme de surveillance ambitieux de l état des eaux. LA DCE, KESAKO? La directive Cadre sur l eau du 23 octobre 2000, adoptée par le Conseil et par le Parlement européen, définit un cadre communautaire pour la gestion et la protection des masses d eaux par grand bassin hydrographique au plan européen. Elle donne la priorité à la protection de l environnement, en demandant de veiller à la non dégradation de la qualité des eaux et d atteindre d ici 2015 un bon état écologique tant pour les eaux souterraines que pour les eaux superficielles, y compris les eaux côtières. I.2.2. Le diagnostic 6... DES COURS D EAU DE BONNE QUALITÉ Le réseau hydrographique se caractérise par un bon état de santé, que l on se penche sur les paramètres physico-chimiques (ammonium, orthophosphates, particules en suspension, ph ), physiques (morphologie des lits mineur, majeur et des berges) ou biologiques (invertébrés aquatiques). QUALITÉ PHYSICO-CHIMIQUE DES EAUX (SEQ EAU 7 - INDICE MACRO-POLLUANTS 8 ) % 7% 11% 38% 44% Bas-Rhin 98 stations 0% 18% 29% 53% Parc partie bas-rhinoise 17 stations Très Bonne Bonne Moyenne Mauvaise Très mauvaise Figure 1 : Distribution des stations de mesures (en %) en fonction de la qualité physico-chimique des eaux (d après Conseil Général du Bas-Rhin, 2008). QUALITÉ BIOLOGIQUE DES EAUX (IBGN 9 ) % 40% 30% 20% % 50% Très Bonne Bonne Moyenne Mauvaise Très mauvaise 0 % Bas-Rhin Parc 50 stations partie bas-rhinoise 10 stations Figure 2 : Distribution des stations de mesures (en %) en fonction de la qualité biologique des eaux (d après Conseil Général du Bas-Rhin, 2008) stations de mesures localisées dans le Bas-Rhin, 4 dans le département de la Moselle. 6 Les données présentées sont issues du rapport «Bilan Réseau d Intérêt Départemental d observation de la qualité des cours d eau du Bas-Rhin» (Conseil Général du Bas-Rhin, 2008). 7 Le SEQ Eau est un système d évaluation de la qualité physico-chimique des cours d eau. Il repose sur l analyse de paramètres physico-chimiques (jusqu à 150), regroupés en 16 indicateurs nommés «altérations» (matières organiques et oxydables, matières azotées hors nitrtes, nitrates, matières phosphorées, température...). 8 L indice macro-polluants définit la qualité chimique de l eau. Il est établi à partir de 11 «altérations» ou paramètres conditionnant l aptitude de l eau à la biologie matières organiques et oxydables, matières azotées (hors nitrates), nitrates, matières phosphorées, particules en suspension, acidification, température L Indice Biologique Global Normalisé (IBGN) est une méthode standardisée visant à déterminer la qualité biologique d'un cours d'eau. Il est déterminé à partir du peuplement des macro-inverté(larves d insectes, vers...) se développant dans les sédiments des rivières. II

3 Le bassin versant 10 de la Moder se caractérise par une nette amélioration de la qualité des principaux cours d eau depuis La «tête» du bassin est bien préservée, mais une dégradation des cours d eau est cependant notable sur les secteurs médians. Sur le territoire du Parc, les bassins versants de la Lauter et de la Sauer arborent une bonne qualité chimique, physique et biologique. Un prix spécial est attribué à la Sauer et ses affluents pour son faible niveau d artificialisation du lit exception faite du Seltzbach très dégradé. Du fait de la préservation de leur environnement, l Eichel et ses affluents affichent une qualité «bonne» à «moyenne». Ces cours d eau sont avec la Sauer, les rivières qui présentent la meilleure qualité hydromorphologique 11 du département bas-rhinois. D une manière générale, la qualité physique (lit mineur, berges, lit majeur) des cours d eau se dégrade au droit des tissus urbains. L état de santé globalement bon des cours d eau des Vosges du Nord, qui résulte de la présence de forêts dans de nombreuses vallées, de la faible urbanisation, du maintien de noyaux agricoles extensifs, ne doit pas faire oublier leur vulnérabilité, les sources de dégradations ponctuelles ou locales, existantes ou potentielles. MAIS LOCALEMENT, DES SITUATIONS INSATISFAISANTES On note, par exemple, sur quelques stations de mesures (Haute Moder, Zinsel du Nord, Zinsel du Sud à Eckartswiller), une qualité écologique moyenne des cours d eau alors que les indicateurs chimiques sont au beau fixe. Cette situation est une conséquence directe de la perturbation des rivières par les activités humaines. Aux points d échantillonnages considérés, phénomènes d ensablement, aménagement du lit et eutrophisation ponctuelle des eaux, induisant respectivement l homogénéisation du lit et la prolifération des herbiers aquatiques, diminuent les potentialités biologiques des cours d eau. À noter : les herbiers, à l exclusion des espèces exogènes et hors proliférations, diversifient les milieux et sont potentiellement plus biogènes qu un sable nu. Le bassin versant du Seltzbach présente un état de santé préoccupant avec des indicateurs au rouge (chimie, biologie, morphologie) et ponctuellement des zones refuges. Malgré le raccordement de l ensemble des communes de ce territoire à un dispositif d épuration, la pollution des eaux est marquée. La réduction des apports diffus d origine agricole, industrielle ou thermale, sur l ensemble du bassin versant, est une nécessité pour amorcer une amélioration. En outre, la restauration de ces cours d eau (renaturation du lit, amélioration de la qualité des boisements rivulaires ) apparaît indispensable pour rétablir leur pouvoir autoépurateur et leur qualité écologique. 10 Le bassin versant d un cours d eau définit l espace géographique qui collecte les eaux l alimentant. La ligne de partage des eaux est une ligne de relief de part et d autre de laquelle ruissellent les cours d eau et les eaux de précipitations atmosphériques. Cette ligne constitue la frontière le qui sépare deux bassins versants. 11 L hydromorphologie correspond à la morphologie et à la dynamique des cours d eau, elle se définit par l étude du lit mineur, des berges et du lit majeur. III

4 Parc SYCOPARC 38 - DÉCEMBRE 2009 Ruisseaux et rivières sur grès : état de santé des eaux de surfaces Figure 3 : Distribution des macrophytes en fonction de la charge trophique (ammonium, orthophosphates) des cours d eau. Eaux eutrophes Eaux méso-eutrophes Eaux mésotrophes Eaux oligo-mésotrophes Eaux oligotrophes + TROPHIE DE L EAU Groupement D Callitriche sp. Callitriche hamulata, C. platycarpa Callitriche à angles obtus Callitriche obtusangula Groupement C Absence de P. polygonifolius Renoncule peltée Ranunculus peltatus + Callitriche à crochets Callitriche hamulata, C. platycarpa Groupement B Potamot à feuilles de renouée Potamogeton polygonifolius Renoncule peltée Ranunculus peltatus et/ou Callitriche sp. Callitriche hamulata, C. platycarpa Groupement A Présence potentielle du Rubanier simple Sparganium emersum et du Potamot à feuilles de renouée Potamogeton polygonifolius + DISTANCE À LA SOURCE Dispositif expérimental de suivi de la Renoncule peltée sur le Rothenbach Gabrielle Thiébaut II. UNE ÉTUDE FINE POUR MIEUX COMPRENDRE LES RUISSEAUX ET RIVIÈRES SUR GRÈS Afin d aborder l impact des activités humaines sur le fonctionnement des cours d eau et notamment sur l abondance et la nature des plantes aquatiques, l Université de Metz a suivi 50 stations expérimentales de 2002 à 2005, sur le Steinbach, le Schwarzbach, le Falkensteinbach, la Zinsel du Nord, le Rothbach, la Moder et le Mittelbach. Cette étude a été pilotée par Gabrielle THIEBAUT et Serge MULLER, membres du Conseil scientifique du SYCOPARC. II.1. UNE POIGNEE DE CHIMIE, UNE BONNE DOSE DE PLANTES! Aussi, dans l objectif d évaluer les effets des perturbations sur la biodiversité végétale, l Université de Metz s est penchée sur les macrophytes 12, plus particulièrement sur les plantes aquatiques protégées et sur deux espèces proliférantes : la Renoncule peltée (plante indigène) et l Elodée de Nuttall (espèce originaire d Amérique du Nord, en voie de naturalisation 13 ). Les macrophytes constituent un excellent indicateur de la trophie 14 des cours d eau sur grès. Les études menées par Serge MULLER et Gabrielle THIEBAUT, entre 1990 et 1999, distinguent quatre groupements macrophytiques au sein des cours d eau (Figure 3). Dans le but d évaluer la qualité des eaux, un ensemble de paramètres chimiques et physiques ont été mesurés : ph, conductivité, alcalinité, teneur en chlorures, sulfates, nitrates, nitrites, ammonium, orthophosphates, calcium, magnésium, aluminium total 12 Plante aquatique visible et identifiable à l œil nu (par opposition au phytoplancton et aux algues de petite taille). 13 Les eaux oligo-mésotrophes désignent des eaux faiblement à moyennement chargées en éléments nutritifs. 14 La trophie des eaux correspond à leur charge en éléments nutritifs. IV

5 Groupement A, faciès à Potamot à feuilles de Renouée Groupement A, faciès à Rubanier simple Groupement B, formation à Potamot à feuille de Renouée et Callitriche II.2. UNE QUALITE DES EAUX MOINS SATISFAISANTE QU ELLE N Y PARAIT... À la lumière des méthodes standardisées, utilisées par l Agence de l Eau et le Conseil Général du Bas-Rhin pour qualifier la qualité des eaux, les rivières et ruisseaux se caractérisent par un bon état de santé. Les travaux de l Université de Metz mettent en évidence la nécessité de pondérer ces résultats. Les cours d eau sur grès, au vu de leur situation en tête de bassin versant, de la nature du substrat, de l environnement largement forestier, devraient globalement affichés des teneurs en phosphates et en ammonium inférieures à celles constatées. Aussi, Gabrielle THIEBAUT propose un référentiel de la qualité du réseau hydrographique, propre aux Vosges du Nord (Tableau I) (Figure 5). Tableau 1 : Classe de qualité des eaux selon les indices du SEQ Eau et le référentiel établi par l Université de Metz pour les cours d eau Se reporter à la figure 5 Classe de qualité des eaux Ammonium (NH4 + ) en µg/l Orthophosphates (PPO43-) en µg/l Niveau trophique Très bonne Bonne Moyenne Médiocre Mauvaise SEQ Eau < < < < 5000 > 5000 Grille Univ. Metz < < < <100 > 100 SEQ Eau < < < < 2000 > 2000 Grille Univ. Metz < < < < 120 > 120 Grille Univ. Metz Oligotrophe Oligo-mésotrophe Mésotrophe Méso-eutrophe à hypertrophe Hypertrophe V

6 Parc SYCOPARC 38 - DÉCEMBRE 2009 Ruisseaux et rivières sur grès : état de santé des eaux de surfaces Figure 4 : Evolution des teneurs en azote ammoniacal, orthophosphates, aluminium total et sulfates entre 1995 et 2005 Écart type Erreur type Moyenne NH4 + en µg/l Ammonium NH PO4 3- en µg/l Orthophosphates PP AL en µg/l Aluminium Total AL SO4 2- en µg/l Sulfates SO II.3. QUELLES EVOLUTIONS EN 10 ANS? Les données collectées entre 2002 et 2005 ont été comparées aux résultats d une étude menée en 1995 (THIEBAUT ET MULLER, 1995a et 1995b). II.3.1. Une amélioration qualitative des eaux... mais des points noirs persistants... Il apparaît que la qualité chimique des eaux s est améliorée entre 1995 et 2005 : (1) les teneurs en azote ammoniacal, orthophosphates, aluminium total et sulfates ont diminué (Figure 4), (2) le ph des eaux a légèrement augmenté, indiquant une augmentation du pouvoir tampon des rivières. Les quantités de nitrates et de chlorures se révèlent stables. En revanche, les points noirs, identifiés en 1995, persistent, la situation devenant particulièrement préoccupante lors des années d étiage prononcé comme en Notons, par exemple, que le niveau trophique de Mittelbach, de la Moder et du Steinbach demeure trop élevé. II.3.2. Des plantes protégées en régression Trois espèces ont décliné sur le territoire du Parc suite à la dégradation de leur habitat. Deux stations de Myriophylle à feuilles alternes et de Potamot des Alpes, espèces rares, protégées à l échelle e, ont disparu. L Oenanthe fluviatile, très sensible à la pollution des eaux, a vu son abondance diminuée. Signalons qu elle régresse fortement depuis 50 ans en plaine d Alsace. En revanche, les populations de Potamot à feuilles de renouée se maintiennent, celles de Calla des marais sont en expansion. II.4. ÉCLAIRAGE SUR LES PROLIFERATIONS VEGETALES Les proliférations végétales (Renoncule peltée, Elodée de Nuttall) affectent certains cours d eau des Vosges du Nord. Traduisant une eutrophisation des cours d eau, c est-à-dire un enrichissement des eaux en minéraux, elles induisent des modifications de l écoulement des eaux, favorisent la sédimentation et modifient les interactions biotiques. Le pouvoir proliférant de la Renoncule peltée (espèce indigène) et l Elodée de Nuttall (espèce introduite) s explique par leur large amplitude écologique, leur vitesse de croissance élevée, l efficacité de leur reproduction végétative et de dispersion (par fragmentation), et leur grande plasticité. Toutes deux sont capables de s adapter aux modifications de leur environnement et mettent en place des stratégies adaptatives efficaces. L arrachage manuel limite le développement des herbiers de Renoncule peltée et d Elodée de Nuttall sur une année mais ne permet pas leur disparition. En outre, dans le cas d herbiers dominés par la Renoncule peltée, l arrachage de celle-ci semble favoriser la colonisation rapide du VI

7 Figure 5 : Evolution de la qualité des eaux entre 1995 et 2005 selon le référentiel par l Université de Metz pour les cours d eau (Données G. Thiébaut) Se reporter au Tableau 1 milieu par l Elodée de Nuttall L arrachage de l Elodée de Nuttall ne permet pas, quant à elle, l installation de nouvelles espèces macrophytiques du fait de l ensablement du lit induit par les élodées. Au vu de ces résultats, la généralisation de l arrachage manuel, mode de gestion consommateur en moyens humains et en temps, apparaît délicate. Or, les caractéristiques de la Renoncule peltée et de l Elodée de Nuttall comme celle du milieu récepteur soit des cours d eau vont dans le sens d une expansion de ces deux espèces comme c est déjà le cas sur la Moselle amont III. PERSPECTIVES Les réseaux nationaux et départementaux de suivi de la qualité des cours d eau, de même que l étude menée par l Université de Metz soulignent le potentiel évolutif des cours d eau, potentiel conséquent sur certains secteurs. À l échelle du Parc, il apparaît fondamental de poursuivre et d améliorer l acquisition des connaissances sur les hydrosystèmes, par la mise en place d un suivi pertinent précis, pluridisciplinaire (chimie, hydromorphologie, invertébrés, macrophytes, poissons ) et durable. Seul ce type de monitoring permettra de bien comprendre la réponse des cours d eau et des communautés biologiques aux perturbations, de mesurer la vulnérabilité de la ressource en eau et des écosystèmesécosystèmes aquatiques aux conditions hydro-climatiques, d évaluer les tendances sur le long terme, d orienter et d évaluer les opérations 15 visant à restaurer la qualité écologique des cours d eau. Calla des marais 15 Des actions de renaturation des cours d eau ont été mises en œuvre sur le territoire du Parc, principalement dans le cadre de la politique Natura 2000 et de l Interreg IIIA «Optimisation du rôle de la forêt dans la protection des petits cours d eau et des zones humides» piloté par l Office National des Forêts (cf. Dossier SYCOPARC 36 janvier 2009) VII

8 Parc SYCOPARC 38 - DÉCEMBRE 2009 Ruisseaux et rivières sur grès : état de santé des eaux de surfaces Contact Marie L Hospitalier Chargée de mission Natura 2000, SYCOPARC m.lhospitalier@parc-vosges-nord.fr Tél / Fax Maison du Parc-château / BP LA PETITE PIERRE Bibliographie CONSEIL GENERAL DU BAS-RHIN (2008) Bilan Réseau d Intérêt Départemental d observation de la qualité des cours d eau du Bas-Rhin Conseil Général du Bas-Rhin 56 p + annexes. ECODEVE (2006) Campagne Qualité physique des affluents du Seltzbach Agence de l eau Rhin-Meuse et Conseil Général du Bas-Rhin 43 p. G. THIEBAUT (2006) Suivi biologique par les macrophytes aquatiques de la qualité des cours d eau Laboratoire Biodiversité et Fonctionnement des écosystèmes, Université Paul-Verlaine de Metz 51 p. OFFICE NATIONAL DES FORÊTS (2004) Campagne Qualité physique du Seltzbach Agence de l eau Rhin-Meuse 19 p. En savoir plus Documents relatifs aux cours d eau sur grès, publiés par le SYCOPARC : Rubrique : Télécharger/Ressources documentaires > «Les Minis-Mémos du Parc» : Numéro 3 - les cours d'eau sur grès, une originalité écologique > «Découvrez les habitats et les espèces de la directive habitat (Natura 2000)» : Les cours d'eau Portail de données sur l eau Agence de l Eau Rhin-Meuse : Observatoire de l eau Agence de l Eau Rhin-Meuse : Observatoire de l eau Département du Bas-rhin : Rubrique : Les actions/l Environnement/L Observatoire départemental de l eau Flore électronique Tela Botanica, pour mettre un «visage» sur le nom d une plante : Dossier réalisé en novembre DR / SYCOPARC Crédits photos : G. Thiébaut, Y. Meyer, SYCOPARC VIII