ETUDE DU RESAU HYDRAULIQUE DE LA STATION BIOLOGIQUE DE PAIMPONT Auteurs : BERLEMONT Denis DUCROCQ Mélodie LAUTERS Marion PRIOUL Benoît THINZILAL Florence 08 /04 /2006
Sommaire Résumé... 4 A. INTRODUCTION... 5 B. Matériels et Méthodes...6 1. Choix des stations... 6 2. Indice Biologique Global Normalisé (IBGN)... 6 a) Principe :... 6 b) Paramètres nécessaires :... 7 c) Méthodes... 7 3. Approche écologique... 8 a) Utilisation des traits écologiques (genre)... 8 b) Utilisation des traits écologiques (famille)... 9 4. Mesures Physico-chimiques... 9 a) Choix des méthodes... 9 b) Description des différentes méthodes utilisées :... 10 (1) Les composés azotés... 10 (a) Le nitrite :... 10 (b) Le nitrate... 11 (c) L ammonium :... 11 (2) Les composés phosphates... 11 (3) Conductivité... 12 (4) PHmètrie... 12 (5) Oxygène et Température... 12 (6) Matière en suspension... 12 (a) Première technique... 12 (b) Deuxième technique... 13 (7) Dureté... 13 (8) Courantométrie... 14 (9) Méthode d analyses de la physico-chimie :... 15 C. Résultats et Discussion... 16 1. Résultats... 16 a) IBGN... 16 b) Approche écologique... 16 c) Mesures physico-chimiques... 18 (1) Composés azotés... 18 (2) Composés phosphorés... 19 (3) Conductivité... 19 (4) phmétrie... 20 (5) Oxygène... 20 (6) Matière En Suspension... 21 (7) Dureté... 21 (8) Mesures de débits... 21 (9) Les points spéciaux... 21 (10) Analyse du SEQ eau... 23 2. Discussion... 23 a) IBGN... 23 b) Approche écologique... 23 c) Mesures physicochimiques... 24 (1) Composés azotés... 24 (2) Composés phosphatés... 25-1-
(3) Mesures de débits... 25 (4) Oxygène... 26 (5) La conductivité... 26 d) Les points spéciaux... 27 e) Analyse du SEQ eau... 27 D. Conclusion... 28 Liste des figures : Figure 1: situation géographique de la station biologique de Paimpont... 5 Figure 2: Echantillon de type "Surber"... 7 Figure 3: explication de la courantométrie... 14 Figure 4: mesure du débit en L/s pour chacune des stations... 21 Liste des tableaux Tableau 1: Indice de qualité IBGN... 8 Tableau 2: code couleur de l'analyse de la physico-chimie... 15 Tableau 3: Résultats de la méthode de l'indice Biologique Global Normalisé... 16 Tableau 4: relevé de la conductivité pour chacune des stations... 20-2-
Remerciements Les étudiants du master EBE tiennent à remercier tout particulièrement les étudiants du master Environnement, qui remercient les étudiants de Paris 6, qui remercient les étudiants d EBE. Tout particulièrement nous tenons à remercier les cuisinières pour nous avoir nourri pendant le séjour. Nous remercions également le personnel de la station biologique de Paimpont de nous avoir accueilli. Enfin nous remercions tous nos enseignants : Jean-Christophe Lata, Claire Damesin, Gabriel Cornic, Jean-Michel Dreuillaux et Augusto Zanella. Et pour son intérêt pour le travail du groupe, les pistes de travail qu il nous a donné, ainsi que le temps qu il nous a consacré, nous remercions chaleureusement Damien Banas. -3-
Résumé Dans le cadre d un stage de terrain dans la station biologique de Paimpont, nous avons réalisé une étude de la qualité des cours d eau situés à proximité. L ensemble des zones d intérêt constitue un réseau hydraulique en tête de bassin versant. Nous avons également émis l hypothèse que les étangs pouvaient avoir un impact négatif sur le réseau. Nous avons effectué plusieurs mesures physico-chimiques (nitrates, phosphates, taux de saturation en oxygène, ph, ) interprétées par la méthode Seq-eau. Ainsi qu un IBGN sur les ruisseaux situés avant l étang d en haut ; le cours d eau situés entre les deux étangs et enfin deux points sur la rivière à la sortie de l étang de Chatenay car nous avons repéré un rejet de la station d épuration du site. Les mesures effectuées n ont pas permis de mettre en avant un impact des étangs sur les cours d eau et définissent la qualité générale du réseau hydraulique comme étant moyenne. Nous avons pu également mettre en évidence un léger effet tampon de l étang de Chatenay pour ce qui concerne la concentration en nitrites. Nous avons aussi mesuré une légère pollution aux phosphates et aux nitrites liée au rejet de la station d épuration. Certaines mesures ont été difficiles à interpréter. Il faudrait approfondir l étude par des campagnes plus longues pour obtenir une répétitivité des mesures et plus tardives dans l année permettant d observer des stades larvaires plus avancés. -4-
A. INTRODUCTION La station Biologique de Paimpont, se situe dans la forêt de Paimpont (Brocéliande) à l ouest de Rennes et à 80 km des côtes atlantique et de la Manche. Figure 1: situation géographique de la station biologique de Paimpont Le site regroupant divers milieux tels que : forêts, landes et milieux aquatique, offre de grandes possibilités d études. L étude ici présentée, concerne les milieux aquatiques du site : un réseau hydraulique composé deux ruisseaux (de Noë et de la Grève) tributaires de l étang d en Haut et relié à l étang du Chatenay. Ces deux étangs sont artificiels et servent de réserve d eau en cas d incendie. Photographie 1: station biologique de Paimpont Un étang est un système semi-ouvert, complètement stagnant ou pouvant être alimenté par une rivière. Ce qui permet un certain brassage et un renouvellement de matière du milieu aquatique. Il est souvent caractérisé par sa richesse en matière organique et minérale, azotée et phosphatée. Les étangs de Paimpont sont liés par des cours d eau influencés par le bassin versant. Dès lors, il existe un impact des étangs sur les cours d eau, pouvant être évalué grâce à des méthodes biologiques basées sur la faune benthique(ibgn) et physico-chimiques. -5-
B. Matériels et Méthodes 1. Choix des stations Pour faire l échantillonnage des macro-invertébrés, 5 stations ont été choisies de la façon suivante (Annexe 1) : L étang d en Haut est alimenté en amont par deux tributaires (le ruisseau de la Noë et le ruisseau de la Grève). Les stations 1 et 2 ont donc été placées sur ces ruisseaux afin d évaluer la qualité de l eau entrant dans le site d étude. La station 3 a été placée sur le cours d eau reliant les deux étangs ce qui renseigne à la fois sur la qualité de l eau qui sort de l étang d en Haut et sur celle qui entre dans l étang du Châtenay. La station 4 se situe à l aval de l étang du Châtenay pour évaluer la qualité de l eau de sortie. En aval de la station 4 se trouve une évacuation des eaux usées traitées de la station biologique. De ce fait le choix d une 5 ième station en aval de cette évacuation s imposait afin d en connaître l influence. Les mesures physico-chimiques ont été faites sur les mêmes stations que l échantillonnage des macro-invertébrés mais pas seulement. L ajout de quelques indicatifs apparaît nécessaire : A la sortie de l évacuation des eaux usées traitées noté «rejet». Sur le cours d eau situé entre les deux étangs, deux apports d eau ont été repérés, l un provenant d une prairie et d un ruissellement d un champ en amont. Deux points de mesures ont été réalisé pour chacun : un au point de contact entre l apport et le cours d eau et le second un peu en aval du point de rencontre dans le cours d eau. Ils sont notés respectivement «prairie 1 et 2» et «inconnu 1 et 2». Un point mesure physico-chimique a été fait dans les étang A et B 2. Indice Biologique Global Normalisé (IBGN) L IBGN (Indice Biologique Global Normalisé) est une analyse du peuplement de macro-invertébrés benthiques qui permet d évaluer la qualité biologique d un cours d eau dans l espace ou son évolution au cours du temps et autour d une perturbation (ici étang et rejet). a) Principe : Ces prélèvements effectués sur le terrain permettent d avoir une idée de la qualité biologique de l eau par la présence ou l absence de groupes indicateurs choisis pour leur sensibilité plus ou moins grande aux pollutions diverses et aux modifications naturelles qui peuvent avoir lieu dans un cours d eau. Ce premier paramètre est croisé avec l abondance spécifique de la station (nombre de taxons différents prélevés) qui est un indicateur de la diversité des milieux présents dans la rivière. -6-
b) Paramètres nécessaires : - La macro-faune benthique doit être prélevée sur différents habitats représentatifs de l ensemble du cours d eau, au sein des stations de prélèvements, - L échantillonnage doit être réalisé en débit stabilisé depuis au moins 10 jours, - Cours d eau de moins d un mètre de profondeur, - Débit limité - Turbidité peu élevée c) Méthodes Afin de faciliter l exploitation des résultats, une description précise de la station doit être effectuée : végétation, météorologie, types de berges ainsi qu une cartographie sommaire du site. A l intérieur de chaque station, 8 prélèvements sont définis de façon à être représentatif des différents habitats présents. Il est possible qu il n y ait pas 8 substrats différents, alors les substrats majoritaires sont échantillonnés en plusieurs endroits de la station. Pour chacun des échantillons, il est important de noter le type de substrat et la vitesse d écoulement (Annexe 1). Les substrats les plus biogènes, selon la norme AFNOR, sont prélevés (bryophytes, hydrophytes immergés, litière..). Pour prélever, un filet Surber est utilisé. Ce filet est constitué d un cadre d une surface de 1/20 m² accroché devant un filet avec des mailles de 500 µm. Figure 2: Echantillon de type "Surber" Il est placé ouverture face au courant, puis l utilisateur gratte la surface à l intérieur du cadre ce qui décroche les organismes qui sont ainsi entraînés par le courant dans le filet. Les différents prélèvements sont disposés dans des récipients contenant du formol 10 % puis soigneusement marqués. La détermination des espèces se faisant au laboratoire. Les échantillons sont ensuite nettoyés au laboratoire, sur des tamis de tailles différentes pour faciliter le tri (une colonne de 4mm, 2mm, 500µm). Un tri est effectué entre les gros débris de végétaux, les petits cailloux et les différents organismes identifiés ensuite à l aide de clés de détermination. -7-
Les coquilles ou fourreaux vides ne sont pas comptabilisés. Le groupe faunistique indicateur est considéré uniquement lorsque sont présents au moins 3 ou 10 individus selon les taxons. Ensuite, la variété taxonomique (St) est aussi déterminée à partir de ces mêmes résultats. Cette mesure correspond au nombre total de taxons récoltés pouvant être représentés par un seul individu. La détermination de l indice IBGN d une station se fait à partir d un tableau prenant en ordonné les 9 groupes faunistiques indicateurs et en abscisse 14 classes de variété taxonomique. A partir de ces paramètres, une note sur 20 est attribuée à la station et permet de classer la station selon un code recoupant les notes de qualité des paramètres physicochimiques. Qualité IBGN Bonne 17-20 Acceptable 14 16 Médiocre 11 13 Mauvaise 8 10 Nulle 0-7 Tableau 1: Indice de qualité IBGN Nous avons également calculé une seconde note, la robustesse. Elle correspond à la nouvelle note IBGN si nous supprimons le taxon indicateur le plus polluosensible. De manière générale, le groupe indicateur renseigne sur la qualité chimique de l eau pour les pollutions à dominante organique ; par contre la qualité du milieu peut être corrélé à la diversité faunistique, mais aussi à une analyse physico-chimique. 3. Approche écologique Les échantillons utilisés sont les mêmes que pour les IBGN et suivent donc le même protocole d échantillonnage. Deux méthodes sont ensuite utilisées. a) Utilisation des traits écologiques (genre) Chaque espèce d invertébrés benthiques présente des caractéristiques qui lui sont propres. «Si l on admet que la structure et la dynamique des peuplements dans les systèmes lotiques sont principalement gouverné par des processus autécologiques (Townsend et hildrew, 1994) les relevés faunistiques doivent restituer un ensemble d informations claire sur [ ] les propriétés de l environnement»(tachet, 2003). Nous avons donc voulu étudier 4 traits écologiques décrits dans «Invertébrés d eau douce Systématique, biologie, écologie», Tachet, 2003 (d après des travaux de Usseglio-Polatera, 1991 ; 1994 ; 1997 ;1999 ; Bournaud et al.,1992 ; Chevenet et al.,1994 ; Dolédec et Chessel, 1994 ; Townsend et al., 1997 ; Resh et al., 1994 ;Statzner et al., 1997 ) : -8-
- Saprobie : tiré des travaux de Zelinka et Marvan, 1961 et Sladecek, 1973 Les macroinvertébrés sont classés en fonction de leurs polluoresistance à une pollution organique. On distingue ainsi de manière simplifiée des espèces : Xénosaprobe (pas du tout polluorésistante) Oligosaprobe (faiblement polluorésistante) β-mésosaprobe (relativement polluorésistante) α-mésosaprobe (polluorésistante) Polysaprobe (très polluorésistante) - ph : il existe 6 classes variant de <4 à >6. Du fait des mesures de physico chimie, il nous semble intéressant de travailler sur ce trait. - Degré de trophie : 3 classes : Oligotrophe, Mésotrophe et Eutrophe. Ceci reflète des concentrations de phosphore et azote qui sont à l origine de prolifération algale. - Type de nourriture : Ce trait montre les affinités du benthos pour le type de nourriture (végétale, animal, microorganismes, ). Il existe 9 classes. Un système de codage flou (Chevenet et al., 1994 ; Dolédec et statzner, 1994) est mis en face de chaque modalités allant de 0 à 3 (0 aucune affinité, >3 très forte affinité). L utilisation de ce système nécessite une détermination systématique plus précise que l IBGN jusqu au genre. Cela a été fait uniquement pour la station 3. Le système mis en place pour étudier les différents traits à une échelle stationnelle, est celui proposé par H. Tachet (2003) : Une première matrice qui reprend les notes d affinités de chacune des modalités pour chaque trait est créée. Les notes d affinités sont ensuite pondérées par l effectif du taxons étudier. Il faut ensuite additionner toutes les valeurs de la station pour chaque modalité par trait écologique et créer une répartition des différentes modalités sur la station sous forme de pourcentages. Les résultats sont ensuite présentés sous forme d histogrammes avec une répartition de modalité en fonction de leur représentativité dans la station. La moyenne est également calculée, elle est très proche de la médiane et peut être assimiler à la modalité moyenne représentative de la station (principalement pour les traits écologiques continus comme la saprobie, le degré de trophie et le ph). b) Utilisation des traits écologiques (famille) Les traits écologiques des familles peuvent également être étudiés grâce à une généralisation et une certaine approximation en regardant les traits principaux des genres contenus dans les familles. L annexe 6 présente ces traits. Pour l ensemble des stations, la détermination s est effectuée de la famille. Dès lors la méthode peut être utiliser pour chaque station et ainsi comparer les stations entre elles. 4. Mesures Physico-chimiques a) Choix des méthodes Pour analyser correctement l eau d un étang, il faut considérer les deux types de contaminants : les matières dissoutes et les matières en suspension. -9-
Des analyses physico-chimiques permettent de définir l état d un étang à un temps précis, mais elles ne fournissent pas d informations sur la qualité de l étang de façon continue. Ainsi, si l étang ou le cours d eau ont été pollués, quelques jours auparavant, les mesures physicochimiques ne mettront pas en valeur cette pollution. C est pour cette raison qu il est important d utiliser aussi la méthode des indices biologiques globaux normalisés, qui permet, par l analyse et l identification des macro invertébrés présents dans l eau, de définir la qualité de l eau de façon temporelle. Les méthodes physico-chimiques qui auraient du être effectuées pour obtenir des résultats rigoureux sont les suivantes, mesure du ph, de la conductivité, de la température, des composés azotés et phosphatés, du débit, de la Matière En Suspension (MES), des coliformes fécaux et flore totale, de la turbidité, de la concentration en Oxygène, de la Demande Biologique en Oxygène sur 5 jours (DBO 5 ), de la Demande Chimique en Oxygène (DCO), de la couleur, de l odeur, du goût de l eau. (Annexe 2 Principes des méthodes non utilisées dans cette étude.). Par manque de temps et de matériel seules quelques analyses physico-chimiques ont pu être réalisées, pour chacune des stations et des points définis sur le site de Paimpont : le nitrate, le nitrite, l ammonium, les ortho-phosphates, la dureté, le ph, la conductivité, les MES, l oxygène et la température. L ensemble des mesures est effectué sur 3 jours à 17h, excepté pour le dosage des MES réalisé sur 2 jours. S agissant de la mesure du ph, de l oxygène et de la température, d autres valeurs sont relevées : à 14h, sur 2 jours à 7h, sur 1 jour sur l étang de Chatenay en 2 points distincts Les analyses de nitrate, nitrite, ammoniac, ortho phosphate, MES et dureté sont mesurées sur des échantillons prélevés vers 17h puis stocker au réfrigérateur durant 3h. Les mesures de ph, d oxygène et de température sont effectuées directement sur le terrain. b) Description des différentes méthodes utilisées : Principe : Les composés azotés, phosphatés et la matière en suspension sont mesurés par spectrophotométrie par un procédé d absorption et d émission de rayonnement électromagnétique des molécules. En fonction du composé, l appareil, la longueur d onde et le réactif sont modifiés (la spécification des appareils : Annexe 5). Conseil d utilisation : Avant chaque mesure, refaire le zéro de l appareil avec l échantillon à analyser, et après chaque manipulation, nettoyer correctement à l eau distillée pour éviter une coloration de la verrerie. (1) Les composés azotés Remarque : Il est important de mettre les échantillons prélevés le plus rapidement au froid (4 C), pour maintenir l équilibre entre les composés azotés et éviter les réactions de nitrification et dénitrification. (a) Le nitrite : Matériel : Analyseur Nitrites HI 93707 à microprocesseur (HANNA instruments) -10-
Méthode : 10 ml d eau à analyser dans la cuvette sont placées dans l appareil, le zéro est réalisé. Le récipient est ensuite retiré et le réactif introduit. Après avoir agité délicatement dans le but d accélérer la dissolution, la cuvette est remise en place et la lecture peut s effectuer au bout de 45 secondes. En multipliant par 3,3 les résultats obtenus (la concentration d azote nitrique en mg/l), la concentration en nitrite est définie. (b) Le nitrate Principe : La mesure des nitrates (NO3), met en avant la présence de déchets biologiques dans l eau ou de ruissellement riche en engrais en comparant au taux naturels dans le milieu aquatique étudié. Matériel : Analyseur d ions spécifique NITRATE HI 93728 Méthode : 10 ml d eau à analyser dans la cuvette sont placées dans l appareil, le zéro est réalisé. Le récipient est ensuite retiré et le réactif introduit. La solution est immédiatement et très vigoureusement secouée pendant 10 secondes de haut en bas, puis doucement en retournant la cuvette pendant 50 secondes sans provoquer de bulles d air. La lecture est mise en route automatiquement après 4,5 min d attente. En multipliant par 4,3 les résultats obtenus (la concentration d azote nitreux en mg/l), la concentration en nitrate est définie. (c) L ammonium : Matériel : - Analyseur d ions spécifique NITRATE HI 93728 Méthode : 10 ml de solution à analyser dans la cuvette sont placées dans l appareil, le zéro est réalisé. Le récipient est retiré et 4 gouttes du réactif du 93700A-0 sont introduites. La solution est secouée pendant 10 secondes de haut en bas, puis 4 gouttes du réactif 93700B-0 sont ajoutées. La cuve est agitée pendant 10 secondes afin d homogénéiser son contenu, puis placée dans l appareil. La lecture est mise en route automatiquement après 3,3 min d attente. En multipliant par 1,214 les résultats obtenus (la concentration d azote ammoniacale en mg/l), la concentration en ammonium est définie. (2) Les composés phosphates Matériel : - DREL/2010 Spectrophotomètre - Réactif : PhosphoVer 3 Méthode : Le spectrophotomètre est réglé pour mesurer les composés phosphates (programme 490), à une longueur d onde de 890 nm. Deux fractions de l échantillon à analyser sont placées dans des cuves de spectrométrie de 10 ml. Le zéro est mesuré avec l une des deux cuves. Le réactif PhosphoVer 3 est ajouté à la deuxième cuve qui est agitée pendant 2 minutes afin de dissoudre le produit. Une fois le temps écoulé, la cuve est placée dans le spectrophotomètre -11-
puis la mesure est réalisée. L appareil donne trois mesures simultanément : P (phosphore), PO 3-4 (phosphate), P 2 O 5 (phosphore assimilable), exprimées en mg/l. (3) Conductivité Principe : La mesure de la conductivité permet de mesurer de la capacité de l'eau à transmettre un courant électrique. La conductivité, exprimée en Siemens est directement proportionnelle à la quantité de sels (ions) dissous dans l'eau. Matériel : - LF 315 / SET Conductimètre (0-199,9µS/cm) - KLE Cellule de conductivité Méthode : La sonde est trempée dans la solution à analyser, les mesures sont effectuées sous le mode µs/cm, permettant d avoir une précision au dixième. Les mesures sont multipliées par le facteur 1,116 pour avoir une température de référence de 20 C. (4) PHmètrie Principe : La mesure du ph, permet de définir l'acidité ou l'alcalinité du milieu aquatique étudié. Matériel : - PH Testr 10, 20, 30 10BNC, Spear OAKLON - Papier ph 2.0-9,0 (MACHEREY-NAGEL) Méthode : La sonde est orientée face au courant dans la rivière et verticalement dans les étangs, le ph est relevé après stabilisation. (5) Oxygène et Température Matériel : - LDO TM HQ10 Portable Oxygène dissout/ph Mètre (Cat. No. 51825-00) Méthode : La sonde est orientée face au courant dans la rivière et verticalement dans les étangs. Le pourcentage d oxygène dissout et la température sont relevés après stabilisation. (6) Matière en suspension (a) Première technique Principe : La mesure de la matière totale dissoute représente l'ensemble des résidus (sels et minéraux), pesés après évaporation de l'eau. Cette mesure donne des informations sur l activité biologique du milieu aquatique. L eau est d abords prélevée puis filtrée, les résidus sont ensuite séchés puis pesés -12-
Matériel : - 1 L d eau à analyser - Pompe à vide - Papier filtre pour analyses sans cendre diamètre 45 mm PROLABO, poids max. des cendres d un filtre : 0,03 mg - Balance Denver Instrument Compagny Model 100A (Précision 0,1 mg) - Etuve Elektro Hellios (0-105 C) V = 220 W = 700 - Four Thermolyne 1400 Furnace (0 1200 C) Méthode : - le filtre à cendre vierge est pesé - 1 L d eau à analyser est filtré sur un filtre sans cendre à l aide d une pompe à vide - Le filtre à cendre est pesé, puis déposé dans l étuve 8h à 105 C avec un filtre témoin vide - Les filtres sont pesés, les mesures indiquent le poids de la MES + le poids du filtre - Le filtre est positionné dans un bêcher, le tout est pesé. - L ensemble est mis au four durant 12h, puis pesé - Les mesures indiquent les poids des cendres du filtre + le poids du bêcher + la matière minérale (MM) - MES MM = MO (Matière Organique) présente dans 1 L (b) Deuxième technique Principe : La mesure de la turbidité (la transparence de l'eau) est calculée en fonction de la proportion de lumière bloquée par l'eau trouble. Cette manipulation informe sur la quantité de matière en suspension. Matériel : - Echantillon à analyser - DREL/2010 Spectrophotomètre Méthode : Le spectrophotomètre est réglé pour mesurer la matière en suspension (programme 630), avec une longueur d onde de 810 nm. Le zéro a été effectué avant chaque mesure à partir d une cuve de 25 ml d eau distillée. La solution à analyser a été secouée vigoureusement remplaçant ainsi l action du mixeur. Ensuite elle a été introduite successivement dans un bécher puis dans la cuve du spectromètre très rapidement pour éviter la décantation des solides. La mesure a été alors effectuée en mg/l. (7) Dureté Matériel : - Analyseur d ion dureté HI 93735 Principe : -13-
La réaction entre le calcium de magnésium et les réactifs provoque une coloration rouge violet de l échantillon, qui permet de lire le résultat par spectrophotométrie. Méthode : 0,5 ml d eau à analyser est introduit dans la cuvette, ensuite le premier réactif (HI 93735-LR) est ajouté jusqu au trait des 10 ml, puis deux gouttes du second (HI 93735B). Après avoir agité doucement, la cuvette est ensuite placée dans l appareil et le zéro est réalisé. Puis le récipient retiré, le troisième réactif du (HI 93735 C) est introduit. La cuvette est agitée doucement puis placé dans l appareil. La lecture a été mise en route automatiquement, la dureté totale est exprimée en mg/l. (8) Courantométrie Un courantomètre est composé une tige munie d une hélice qui tourne en fonction de la vitesse du courant (ou par un système électromagnétique à la place de l hélice). Le modèle employé est le courantomètre Neyrtec Alstrom à hélice 6 pales utilisable pour les vitesses de 5cm.s -1 à 3m.s -1. L appareil nous donne le nombre de tour sur une minute (N) qui est ensuite converti en seconde (n). Grâce à la formule donnée par la notice de l appareil, le nombre de tours d hélice est converti en vitesse de courant. V=0,0028+0,2273*n Lorsque la profondeur est inférieure ou égale à 25 cm, une seule mesure de vitesse est faite ; par contre si la profondeur est supérieure à 25 cm, la valeur utilisée par le calcul du débit est la moyenne de trois valeurs de vitesse de courant obtenues à différentes profondeurs (Vm). Un débit (Q) est un volume d eau qui traverse une section transversale d un cours d eau par unité de temps (m 3.s -1 ). Q= V*h*d Avec h : hauteur d eau au niveau de la mesure d : largeur de la section Le cours d eau est divisé en 3 sections où le débit est considéré comme homogène au sein de chaque section. Le débit total est calculé en faisant l addition des débits des différentes sections. Q tot =Q 1 +Q 2 +Q 3 Figure 3: explication de la courantométrie -14-
Les mesures de débits ont été réalisées le lundi 3 avril 06 après un week-end très pluvieux. Afin de confirmer la valeur de la station 3, une autre mesure a été réalisée mercredi 5 avril 06, en fin de journée. Pour la station «rejet», la méthode «du sceau» a été employée ; c est à dire : le temps que met un sceau gradué pour se remplir. (9) Méthode d analyses de la physico-chimie : Les résultats Physico-chimiques sont mis en relation les uns avec les autres. Ils sont analysés en partie à l aide du SEQ Eau (Système d Evaluation de la Qualité de l Eau). Cette méthode est utilisée par les agences de l eau pour définir la qualité de l eau selon différents paramètres physico-chimiques et selon son usage (Aptitude à la biologie, à la potabilité, aux loisirs, à l aquaculture, à l abreuvage et à l irrigation). Le SEQ Eau se présente sous forme de grille d évaluation (Annexe 3 Classe d aptitude) ou d un logiciel et utilise un code couleur, permettant d interpréter les données récoltées directement. Dans cette étude, il est utilisé de façon incomplète à partir des mesures effectuées. BLEU VERT JAUNE ORANGE ROUGE Très bonne Bonne qualité Qualité Qualité Mauvaise qualité moyenne médiocre Qualité Tableau 2: code couleur de l'analyse de la physico-chimie -15-
C. Résultats et Discussion 1. Résultats a) IBGN La liste faunistique se trouve en annexe 6 avec une analyse de quelques traits biologiques des familles. On trouvera également en annexe 1 la cartographie simple des stations. Station 1 Station 2 Station2 Station 3 Station 4 Station 5 Variété taxonomique 10 18 18 11 14 18 Classe de variété 4 6 6 4 5 6 Taxon indicateur Nemouridae Perlodidae Nemouridae Nemouridae Nemouridae Nemouridae Groupe Indicateur 6 9 6 6 6 6 Note /20 8 14 10 8 9 10 Robustesse 6 10 8 6 6 8 Tableau 3: Résultats de la méthode de l'indice Biologique Global Normalisé Nb : la station 2 est représentée 2 fois en raison d une incertitude sur l identification des Perlodidae. Les résultats des IBGN sont moyennés autour de la valeur 9/20 sur toutes les stations. Cette valeur est calculée à partir de la somme de la note sur le nombre de station, mais ne tient pas compte de la station 2 ayant la valeur 14. Ce tableau indique qu au fil du cours d eau, la qualité de l IBGN s améliore. La variabilité des notes sont la conséquence de variations dans la classe de variété et donc de la variété taxonomique, cependant, il est important de noter que les taxons indicateurs sont des Nemouridae. b) Approche écologique Seul les résultats pour les traits saprobie et type de nourriture sont présenté et exploité, par manque de temps et parce qu ils sont les plus intéressants dans le cadre de notre étude. La figure en page suivante présente les résultats de la saprobie et du type de nourriture consommé par le macrobenthos. On peut noter la présence d une espèce d odonate qui est protégée en Ile-de-France : Cordulegaster (cela révèle également une erreur dans le livre de H. Tachet qui nous la présente comme très sensible en France. Source : J-L Domanget, président de la société française d odonatologie, SFO). -16-
Station 3 N Affinités Affinités pondérées 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Diptères Chironomidae Tanypodinae 12 1 3 3 2 12 36 36 24 Orthocladinae 5 2 3 3 1 10 15 15 5 Chiromini 5 1 3 3 2 5 15 15 10 Simuliidae Simuliini 70 1 2 3 1 70 140 210 70 Tabanidae 1 2 3 2 2 3 2 Trichoptères Limnephilidae Melampophylax 7 2 3 1 14 21 7 Polycentropodidae 1 Lepidostomidae 2 Plécoptères Nemouridae Nemoura 24 1 2 1 24 48 24 Capnidae Capnia 1 1 3 2 1 3 2 Odonates Cordulegasteridae Cordulogaster 2 1 3 3 2 6 6 Mégaloptères Scialidae Scialis 1 3 3 3 3 Crustacés Asellidae Asellus 1 2 3 1 2 3 1 Conclusion Avec une moyenne à 2, 54, on peut noter que cette station est β-mésosaprobe. Ce qui correspond au même résultat qu'avec l'ibgn. Lorsque l'on intègre l'écart type de manière à connaître la répartition de nos affinités, on trouve une erreur de 0,95. Nous somme donc dans une station variant entre les modalité 2 et 3 : Oligosaprobe/Béta-mésosaprobe Σ 133 276 323 122 11 865 Moyenne Ecart type % 15,38 31,91 37,34 14,10 1,27 100,00 2,54 0,956746263 TRAIT ECOLOGIQUE : Saprobie Σ % 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Distribution des fréquences des differentes modalités pour la SAPROBIE médiane 1 2 3 4 5 Modalités Surface correspondant à la médiane +/- l'écart type. Modalité Valeur saprobique 1 Xénosaprobe 2 Oligosaprobe 3 Béta mésosaprobe 4 Alpha mésosaprobe 5 Polysaprobe Station 3 N Affinités Affinités pondérées 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 6 7 8 Diptères Chironomidae Tanypodinae 12 1 1 1 3 5 12 12 12 36 60 Orthocladinae 5 2 4 1 1 10 4 5 5 Chiromini 5 5 2 2 1 1 25 10 10 5 5 Simuliidae Simuliini 70 3 1 1 210 70 70 Tabanidae 1 1 1 5 1 1 5 Trichoptères Limnephilidae Melampophylax 7 3 2 3 21 14 21 Polycentropodidae 1 Lepidostomidae 2 Plécoptères Nemouridae Nemoura 24 1 2 1 24 48 24 Capnidae Capnia 1 1 2 2 1 2 2 Odonates Cordulegasteridae Cordulogaster 2 5 10 Mégaloptères Scialidae Scialis 1 1 1 1 1 5 1 1 1 1 5 Crustacés Asellidae Asellus 1 1 3 1 1 1 3 1 1 % 40,00 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 Distribution des fréquences des différentes modalités pour l'alimentation médiane 2 3 4 5 6 7 8 Modalités Conclusion Pour ce trait, le calcul de l'écart type et de la moyenne n'ont pas nécessairement de sens car, les modalité ne sont pas continues et n'ont pas de relation graduelle comme avec la saprobie. On remarque que les nourritures préférées sont des débris < 1mm puis des mycrophytes vivants. Nous avons donc des taxons plutôt phytophages et quelques taxons qui sont prédateur. nb : les modalités 1 et 9 ont été supprimer car il n'y a pas de valeurs. Σ Σ 273 86 137 39 13 117 85 750 Moyenne 4,17 Alimentation % 36,40 11,47 18,27 5,20 1,73 15,60 11,33 100 Ecart type TRAIT ECOLOGIQUE : Type de nourriture Modalité 1 Sédiments fin+microorganismes 2 Débris <1 mm 3 Débris végétaux >1 mm 4 Microphytes vivants 5 Macrophytes vivants 6 Animaux morts >1 mm 7 Microinvertébrés vivants 8 Macroinvertébrés vivants 9 Vertébrés -17-
c) Mesures physico-chimiques (1) Composés azotés NH 4 +, NO 2 -, 0 2 (moyennes) 0,80 100 saturation en % 0,70 98 0,60 0,50 96 NH4+ mg/l 0,40 94 NO2- oxygène 0,30 92 0,20 0,10 90 0,00 88 Station 1 Station 2 Etang A Station 3 Etang B Station 4 Rejet Station 5 Graphique 1: Teneur moyenne en NH + 4, NO - 2, NO - 3 et 0 2 pour chaque station NB : les valeurs indiquées sont les moyennes des prélèvements sur les 2 jours de manipulation. L écart entre les données collectées pour chaque station et la courte période d étude impliquent que les teneurs en NO - 3 ne sont pas exploitables. C est pour cela que seules les teneurs en NH + 4 et NO - 2 sont étudiées. Les teneurs en NO - 2 oscillent entre 0,033 à 0,11 mg/l avec un minimum à la station 4 et 2 pics pour la station 5 (0,11 mg/l) et étang B (0,088 mg/l). Les teneurs en NH + 4 varient entre 0,3 (station rejet) et 0, 6 mg/l (station 3). Les teneurs en 0 2 sont comprises entre 93,4 (étang B) et 97,8 (station 4). Les courbes des teneurs moyennes en NH + 4 et NO - 2 se suivent. Les teneurs en NH + 4 et NO - 2 augmentent de la station 1 jusqu à l étang B, puis diminue à la station 4. S agissant de la teneur en NO - 2, elle croît ensuite progressivement jusqu à la station 5. Tandis que pour la teneur en NH + 4 baisse encore au rejet puis remonte. Les plus faibles taux de saturation en O 2 sont mesurés aux 2 étangs tandis que les plus forts sont dans les stations situées directement en aval des étangs. Enfin, la courbe des taux de saturation en O 2 est inversement corrélée avec les teneurs en NH + 4 et NO - 2, excepté pour la station 3. -18-
(2) Composés phosphorés Concentration de phosphates (moyennes) mg/l 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00-0.10-0.20 Station 1 Station 2 Etang A Station 3 Etang B Station 4 Rejet Station 5 Le taux de phosphate est stable dans l ensemble de la zone étudiée. On remarque cependant que les stations 2 et 5 présentent un pic de concentration, respectivement à 0.36 mg/l et 0.58 mg/l. (3) Conductivité Température (moyennes) 12 11.5 11 C 10.5 10 9.5 9 Station 1 Station 2 Etang A Station 3 Etang B Station 4 Rejet Station 5 Graphique 2: suivit de la température pour chacune des stations -19-