Définition des cours d eau en tête de bassin versant

Réunion CAMA 29 Introduction sur les interventions spécifiques aux têtes de bassin versant ONEMA - Mikaël LE BIHAN le 16 Juin 2015 Définition des cours d eau en tête de bassin versant 2 1

Qu est-ce qu un cours d eau en tête de bassin? Cours d eau de rang de Strahler 1 et 2 à l échelle 1 : 25 000 Classification du réseau hydrographique selon l ordre de Strahler (Environmental Protection Agency, 2009*) Jusqu aux zones de source avec leurs zones humides associées Cours d eau généralement de largeur inférieure à 2 mètres LE BIHAN, 2012 Qu est-ce qu un cours d eau en tête de bassin? crête Rang 0 Rang 1 Rang 2 source Rang 1 Définition des rangs 0 (zones de sources) comme les aires d alimentation directes des cours d eau (Benda et al., 2005*) Attribuer les «vrais numéros» Organisation du réseau hydrographique en tête de bassin (Benda et al., 2005*) LE BIHAN, 2012 2

Qu est-ce qu un cours d eau? Degré d évolution fonctionnelle des éléments du réseau hydrographique selon leurs statuts Degré de permanence des écoulements Degré d évolution hydromorphologique Degré de vie inféodée aux milieux aquatiques Talweg - Talweg marqué - Cours d eau éphémère - Intermittent - Permanent Degré de pressions (occupation du sols, prélèvements ) Degré d artificialisation Fossé de crue - Fossé drainant - Cours d eau artificialisé - Cours d eau enterré LE BIHAN, 2012 La nécessité de travailler sur les têtes de bassin versant Bardon, 2012 70% du linéaire total du réseau hydrographique 6 3

Spécificités en tête de bassin versant 7 Porte d entrée de la matière organique et minérale dans l écosystème «cours d eau» Spitoni, 2012* 4

Fonctionnement basé sur la dégradation du bois et de feuilles mortes Naiman, 1982 ; Kiffney et al., 2000 ; Lecerf, 2005* ; Baudoin, 2007* ; Burrows et al., 2012* Fonctionnement basé sur la dégradation du bois et de feuilles mortes Une équipe de choc spécialisée dans la dégradation!! + + = 95 % de dégradation Champignons Invertébrés Bactéries Baudoin, 2007* 5

N D J F M A M J J A S O N D J Evolution du réseau hydrographique au cours des 4 saisons Plusieurs critères de vulnérabilité Vulnérabilité aux pressions Petit gabarit, intermittence des écoulements Forte probabilité de rencontrer des activités humaines Milieux facilement «aménageables» Définition réglementaire souvent remise en cause Difficulté d accès, cartographie IGN incomplète Intérêt halieutique (nombre d espèces et taille des individus) LE BIHAN, 2009 LE BIHAN, 2009 LE BIHAN, 2012 6

La nécessité de restaurer les milieux Des milieux fragiles Des milieux ayant peu de capacités à se restaurer seuls La restauration souvent nécessaire après dégradation! Synthèse des spécificités des têtes de bassin versant Porte d entrée de la matière organique et minérale Intermittence des écoulements Sensibilité écologique 7

Quels services rendent les petits cours d eau en tête de bassin versant? La biodiversité du bassin versant Espèces endémiques Zones de frayères, refuges Alimentation du bassin versant L hydrologie du bassin versant 60% du volume d eau du bassin versant, Atténuation des crues Atténuation des étiages Bardon, 2012 Schwab, ONEMA, 2009 La qualité de l eau Caractéristiques physico-chimiques Capacités d autoépuration LE BIHAN, 2012 Quel est l état actuel des têtes de bassin versant au niveau national et les enjeux associés? 8

Des milieux aquatiques hérités de plusieurs siècles d aménagements Les premiers travaux d assèchement de zones humides, de recalibrage de cours d eau datent de l antiquité Une accélération à marche forcée de l artificialisation des milieux L exemple des grands barrages (Sherbinin & Lehner, 2012) Un constat similaire sur l accélération de la disparition des zones humides, de la chenalisation des cours d eau, de l enterrement des cours d eau, de la dégradation du bocage La fonctionnalité des milieux aquatiques Haies / Forêts Un peu à la manière des poumons, les haies et les forêts sont le lien entre l atmosphère et le sol. Elles jouent un rôle majeur pour la biodiversité, la régulation des débits, la lutte contre l érosion des sols Milieux humides Sont des espaces sensibles qui tels les reins jouent un rôle de filtration et de régulation du cycle de l eau, ce qui améliore la qualité de l eau et contribue au renouvellement des eaux souterraines. Bande riveraine D une façon semblable à la peau, la bande riveraine assure une protection entre le bassin versant et le cours d eau. Elle permet de retenir non seulement le sol mais aussi une bonne partie des polluants dissous dans l eau de ruissellement. Cours d eau Forment les veines et les artères nécessaires à la circulation de l eau, des sédiments et des organismes vivants. Leur préservation est essentielle au maintien de la qualité de l eau et à la préservation de leur richesse biologique. 9

Une méconnaissance des impacts des aménagements Plus la recherche progresse, plus les pratiques de gestion sont remises en question Cours d eau Plus de 90 % des cours d eau recalibrés dans certains départements, 75.000 obstacles à la continuité en France Bande riveraine Dégradation de la ripisylve des cours d eau, Un réseau hydrographique annexe (fossés/drains) en contact direct avec les cours d eau Zones humides Depuis 1950, disparition de 50 % des zones humides, Altération de leurs fonctionnalités Bassin versant Accélération des flux d eau, de sédiments et de polluants Des indicateurs de fonctionnement dans le rouge Physico-chimie Biologie Hydromorphologie Hydrologie L Hydromorphologie : un concept novateur! L hydromorphologie décrit les processus et les caractéristiques hydrologiques et géomorphologiques des cours d eau, lacs, estuaires et eaux côtières Le bon état hydromorphologique? Morphologie diversifiée (Berges et fonds non artificialisés, ripisylve fournie et variée ) Continuité écologique (longitudinale, latérale) Régime hydrologique (fluctuant en fonction des saisons) LEROYER, 2009 LEROYER, 2009 LEROYER, 2009 10

Définition du bon état Mauvais état Physico-chimique Hydromorphologique Biologique Bon état Physico-chimique Hydromorphologique Biologique Bardon, 2012 LE BIHAN, 2012 Mauvais état Physico-chimique Hydromorphologique Biologique Définition du bon état Bon état Physico-chimique Hydromorphologique Biologique Ponctuelle Impact limité Ponctuelle Impact limité Faible auto-épuration Faible résilience Bonne auto-épuration Bonne résilience Mauvaisétat écologique Bardon, 2012 Bon état écologique LE BIHAN, 2012 11

Cours d eau d eau à l état naturel Diagnostic Lit mineur : sinuosité marquée, faciès diversifiés, variation des largeurs et des profondeurs du lit, granulométrie diversifiée et différenciée Volet hydromorphologie Bande riveraine : ripisylve équilibrée, zones humides fonctionnelles, variation d ensoleillement, Fonctionnalité : cours d eau en équilibre dynamique (ex : débordement, pente, morphologie, débit ) Grande hétérogénéité des habitats, des espèces et des processus BON ETAT ECOLOGIQUE + SERVICES ECOSYSTEMIQUES DE QUALITE Brookes, 1988* ; Wasson et al., 1998* ; Bardon, 2009* ; Oraison et al., 2011* Cours d eau recalibré et reprofilé Volet hydromorphologie Lit mineur : perte de linéaire, perte de sinuosité, faciès homogènes, homogénéité des largeurs et des profondeurs du lit, granulométrie peu diversifiée, colmatage, augmentation de la pente, risque d érosion Bande riveraine : ripisylve absente ou dégradé, zones humides disparues ou dégradées, fort ensoleillement Fonctionnalité : cours d eau en déséquilibre (processus d érosion des berges et du fonds en marche), fortes difficultés à retrouver les fonctions perdues Homogénéité des habitats, biologie et processus fortement dégradés MAUVAIS ETAT ECOLOGIQUE + SERVICES ECOSYSTEMIQUES LIMITES Brookes, 1988* ; Wasson et al., 1998* ; Bardon, 2009* ; Oraison et al., 2011* 12

Une méconnaissance de l évolution des aménagements : Exemple des travaux hydrauliques Depuis plusieurs décennies, explication des effets néfastes des travaux hydrauliques sur les inondations Débit (m 3 /s) Recalibrage Situation naturelle Augmentation des pics de crues à l aval des travaux Temps (heure) Plusieurs pays (Etats-Unis, Suisse, Allemagne, France ) se tournent vers la restauration des cours d eau afin de contribuer à la lutte contre les inondations Une méconnaissance de l évolution des aménagements : Exemple des travaux hydrauliques A l état naturel, de part leur petit taille et leurs rugosité -> capacité importante de régulation des inondations Une partie de ces cours d eau a perdu ses capacités à réguler les inondations du fait des travaux hydrauliques des dernières décennies ONEMA, 2014 La restauration écologique doit être menée parallèlement à la préservation : Des zones d expansion naturelle des crues (zones inondables, zones humides) Des autres infrastructures naturelles des bassins versants (haies, talus, forêts ) 13

Dimension latérale : Les zones humides en tête de bassin versant Les cours d eau et les nitrates : rappels Capacité de stocker et transformer une partie de ces apports, ce qui limite leur transport vers l exutoire Giuntoli et al., 2013* 14

Une méconnaissance des impacts des aménagements L exemple des zones humides Rétention des polluants Recyclage de matière organique Dénitrification Zones humides Zones enherbées et/ou boisées 30 m de forêt alluviale sont capables d abattre jusqu à 80% des teneurs en nitrate contenu dans les écoulements superficiels Le coût annuel des dommages causés par l azote est compris entre 70 et 320 milliards d Euros à l échelle européenne, soit plus du double des bénéfices résultant de l utilisation de l azote dans l agriculture européenne (ENA, 2011) Impacts des opérations de chenalisation sur les peuplements piscicoles NIEMI et al., 1990 Temps de récupération d'un peuplement de poissons après perturbation, en pourcentage cumulé de la densité initiale ; nombre de cas étudiés entre parenthèses 15

Comment restaurer? Sur quel compartiments travailler? Le lit mineur et sa bande riveraine Les zones humides Le réseau hydrographique annexe Les haies L occupation des sols (parcellaire et gestion) 16

Définition des objectifs visés par la restauration ou la préservation Nécessité d avoir des objectifs de la restauration clairement identifiés (Muotka, 2002*) Hydrologie Hydromorphologie Expérimentation Physico-chimie Biologie Conciliation des usages Paysager Espèce cible Zone humide Nappe Continuité écologique Auto-épuration Intérêts. Choix de la ou des techniques de restauration les plus adaptées Amélioration de la qualité du suivi AERMC, 2011 Synthèse des 4 grands types «altération/restauration» Hors talweg Rectiligne Recalibré Banalisé 17

Hiérarchisation des interventions de restauration Remettre le cours d eau dans son talweg d origine Priorité aux cours d eau intermittents Redonner de la sinuosité au cours d eau Priorité à tous les cours d eau Redonner un gabarit adapté au cours d eau Priorité aux cours d eau recalibrés de faible puissance Diversifier ou donner la capacité à se diversifier Priorité aux cours d eau ayant peu d éléments de diversification (ex : berges fixées, absence de ripisylve ) Quel espace dédier aux cours d eau en tête de bassin? Les fonctions et services rendus par cet «espace de fonctionnalité» (OFEG, 2001*) (CORPEN, 2008*) Des bandes riveraines de 20 mètres améliorent l état écologique des T2BV sans réduire sensiblement les terres arables (Rheinhardt et al., 1999*) 5 m de bandes riveraines par rive avec une densité de cours d eau de 1 km / km 2 = 1 % du territoire 18

Des résultats prometteurs! Evaluation d opérations de restauration dans l Est de la France Reméandrer et remonter le niveau du lit de 50 cm a permis de remonter le niveau de la nappe de 20 à 30 cm au bout de 2 ans (Baattrup-Peterson et al., 2000) Un indice de sinuosité de 1,9 pour un cours d eau en zone agricole améliore l élimination des nitrates de 91 % (Opdyke et al., 2006 ; in Oraison, 2011*) Elimination des nitrates au printemps : 40 000 km de cours d eau canalisés ou 2900 km de cours d eau à méandres (Opdyke et al., 2006 ; in Oraison, 2011*) Conclusion 19

Résultats : des services écosystémiques non durables et altérés Eau potable Lutte contre les crues Santé publique Agriculture Ressource pour l industrie Biodiversité Refroidissement pour l industrie Pêche Activité forestière Loisirs aquatiques Un coût économique durable pour la collectivité! Des milieux aquatiques pouvant faire face aux évolutions de demain Augmentation de la population Augmentation du besoin alimentaire Augmentation des besoins quantitatifs LE BIHAN, ONEMA, 2011 Augmentation des phénomènes climatiques extrêmes (crues, étiages ) Une ressource limitée, nécessitant une gestion renouvelée! 20

D'une gestion hydraulique des milieux aquatiques à une gestion éco-hydraulique La restauration des nombreux milieux altérés est indispensable pour espérer retrouver d ici 10 à 20 ans des hydrosystèmes fonctionnels Difficultés majeures : contexte socio-politique et foncier et «satisfaction» de l état actuel des cours d eau (paysage rectiligne qui fait «propre ) Développer un argumentaire technique et pédagogique en faveur de la restauration hydromorphologique (AERMC, 2011* ; Oraison et al., 2011* ; ONEMA, 2010*) pour convaincre les partenaires, riverains, propriétaires fonciers, exploitants agricoles du bien fondé de cette démarche D une vision purement hydraulique à une vision éco-hydraulique du fonctionnement des bassins pour permettre la conciliation entre le bon état écologique et les activités humaines Merci de votre attention LEROYER, 2009 21

Synthèse bibliographique AERMC, 2011, Restaurer et préserver les cours d eau, restauration hydromorphologique et territoires, Concevoir pour négocier, guide technique sdage, 108 pages. AESN, 2007, Manuel de restauration hydromorphologique des cours d eau, AESN/BIOTECH, 64 pages. BAATTRUP-PEDERSON A., RIIS T., HANSEN H.O. & FRIBERG N., 2000, Restoration of a Danish headwater stream : short-term changes in plant species abundance and composition, Aquatic conservation: marine and freshwater ecosystems, 10, 13-23. BARDON, 2009, Restauration hydromorphologique des petits cours d eau de plaine : synthèse, comparaison et choix des techniques à appliquer, Rapport de stage, ONEMA, Faculté des Sciences Fondamentales et aplliquées Université de Poitier, 49 pages. BRAMARD M., 2012, Formation sur la restauration des petits cours d eau de plaine, supports de présentation. BROOKES A., 1988, Rivers channelization, Perspectives for environmental management, Wiley interscience, 326 pages. DEGIORGI, 2009, Bilan et enseignements tirés de quelques expériences de restauration de cours d eau apicaux en Franche-Comté, Support de présentation, Université de Franche-Comté, 26 pages. FDPPMA56, 2006, La rivière du Langonnet : un exemple de réhabilitation concertée, Rapport technique, 34 pages. FONDATION DE LA FAUNE DU QUÉBEC et UNION DES PRODUCTEURS AGRICOLES, 2011, Manuel d accompagnement pour la mise en valeur de la biodiversité des cours d eau en milieu agricole, 122 pages. LE BIHAN, 2012, Réunion d information sur les têtes de bassin versant : connaissance, méthodes, outils et perspectives, Support de présentation, 185 pages. LEFEUVRE, Colloque zones humides, octobre 1994. LE LAY Y.F. & PIEGAY H., 2007, "Le bois mort dans les paysages fluviaux français : éléments pour une gestion renouvelée", L Espace géographique, 1, 51-64. LIFE, 2009, Colloque de restitution du Programme LIFE «Ruisseaux de têtes de bassin et faune patrimoniale associées», Dijon, 9-11 juin 2009. MALAVOI J.R., ADAM P., DEBIAIS N., 2007, Manuel de restauration hydromorphologique des cours d eau, Agence de l eau Eau Seine Normandie, 64 pages. MALAVOI, 2011, Formation ONEMA sur l hydromorphologie des cours d eau, Supports de présentation, 1014 pages. NAVARRO L., PERESS J. & MALAVOI J.R., 2012, Aide à la définition d une étude de suivi recommandations pour des opérations de restauration de l hydromorphologie des cours d eau, AERMC/ONEMA/IRSTEA, 48 pages. NIEMI G.J., DEVORE P., DETENBECK N., TAYLOR D., LIMA A., PASTOR J., YOUNT J.D. & NAIMAN R.J., 1990, Overview of case studies on recovery of aquatic systems from disturbance, Environmental Management, 14 : 571-587. ONEMA, 2010, La restauration hydromorphologique des cours d eau, recueil d expériences sur l hydromorphologie, ONEMA / Agence de l eau. OPDYKE M.R., DAVID M.B. & RHOADS B.L., 2006, Influence of geomorphological variability in channel characteristics on sediment denitrification in agricultural streams, Journal of Environmental Quality, 35 (6), 2103-2112. Synthèse bibliographique ORAISON F., SOUCHON Y. & LOOY K.V., 2011, Restaurer l hydromorphologie des cours d eau et mieux maîtriser les nutriments : une voie commune?, Synthèse bibliographique, ONEMA/CEMAGREF, 34 pages. SHERBIVIN A.D., LEHNER B. et al., 2012, World dams since 1800, Université du Colorado, disponible sur http://blogs.afp.com/geopolitics/?post/2012/06/18/heaven-our-canvas%2c-earth-our-clay (consulté le 24 mai 2013), film, 29 secondes. SCHHUYT & BRANDER, 2004, The economic values of the world s wetlands, living waters. Conserving the source of life, WWF International, Gland. WASSON J.G., MALAVOI J.R., MARIDET L., SOUCHON Y. & PAULIN L., 1998, Impacts écologiques de la chenalisation des rivières, Editions Cemagref, 14, 158 pages. cours d eau et mieux maîtriser les nutriments : une voie commune?, Synthèse bibliographique, ONEMA/CEMAGREF, 34 pages. 22