Géraldine LOOT Module 3M7EL7M ECOLOGIE DES EAUX COURANTES loot@cict.fr UPS, Bât 4R3, 1 ier étage, porte 110
I- HYDROLOGIE- CYCLE DE L EAU Atmosphère terrestre Transfert Atmosphère marine Neige et glace Condensation Ruissellement Précipitation Evaporation sol Transpiration végétaux Précipitation Eau de surface Infiltration Lac Ecoulement souterrain Ruissellement Evaporation Eau souterraine Océan 1- Evaporation - Evapotranspiration 2- Condensation 3- Précipitation 4- Transfert 5- Ruissellement 6- Infiltration 7- Ecoulement
II- HYDROMORPHOLOGIE 1- La rivière, un système dynamique SOURCE Profil d équilibre théorique Profil originel Zone d érosion Profil d équilibre Zone de dépôt NIVEAU DE BASE (mer, lac, vallée) Profil longitudinal réel d une rivière Angelier 2000
Le transport des matériaux Charriage des galets Mode de transport des matériaux par charriage
Courbes de Hjulström argiles et silt sable gravier et galets
Écoulement Écoulement laminaire non uniforme uniforme Ligne de courant Écoulement turbulent Ligne de courant Phénomène de turbulence sur la section mouillée d un cours d eau Rouleau en aval d un obstacle Zone d eau morte
2- Morphologie du cours d eau Le profil en long Montagne Pentes fortes Rectiligne Bloc Cascade Chutes Gorges Altitude moyenne Pentes moyennes Tresses, méandres Cailloux Vallée en V Vallée à fond plat Altitude faible Pentes faibles Méandres, anastomoses Sable, limons Plaine, Delta ZONE DE PRODUCTION DES ALLUVIONS ZONE DE TRANSFERT ZONE DE STOCKAGE
Erosion verticale Gorges Vallée en V Vallée en U (glacière)
Le profil en travers
- Rectiligne Les différents tracés ou styles fluviaux -Tresse - Anastomose - Méandres - Bras mort
III- HYDROGEOLOGIE Les différentes forme d eau souterraine Eau interstitielle ou de percolation Eau adsorbée Grain de sable Cristal d argile avec eau absorbée
Le milieu hyporhéique - Aquifère Milieu hyporhéique Non saturé Eaux superficielles Habitats benthiques Nappe phréatique AQUIFERE Saturé Eaux souterraines Couche imperméable Zone de courant Milieu hyporhéique AQUIFERE Eau d infiltration Eau de remontée «upwelling» Gradient hydraulique vertical Hiver Eté Nappe Cours d eau Nappe GHV > 0 Nappe alimente cours d eau GHV < 0 Cours d eau alimente nappe
Nappe d eau souterraine Nappe libre vs. Nappe captive ruissellement Nappe libre imperméable Calcaire Nappe captive Argile imperméable Granit Situation d un piézomètre dans une nappe captive Surface topographique Recharge par les pluies efficaces Pièzométre Epaisseur de la couverture Niveau piézométrique Toit imperméable Nappe libre Nappe captive Substratum imperméable
Puits artésiens L'eau emprisonnée dans une nappe captive est sous pression. Le forage du toit imperméable de la roche réservoir, provoque le jaillissement de l'eau.
Faune du milieu hyporhéique (Stygo = souterrain) Stygobie = qui vit strictement dans les milieux souterrains Stygophile = qui vit préférentiellement dans les milieux souterrains Stygoxène (épigée) = qui vit occasionnellement en milieu souterrain Faune stygobie d origine souterraine Bathynella natans Stenasellus Protée Niphargus
IV- PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUE DE L EAU Température Métabolisme respiratoire Températures létales Activité maximale T C seuil minimale T C seuil maximale Magnuson et al. 1979 400 Polycelis felina Temps moyen de survie (jours) 100 Dugesia gonocephala 10 Crenobia alpina Angelier 2000 10 15 20 25 30 Température
Sels dissous Allan 1995 Conductivité en fonction de la concentration des ions majeurs ph Résistivité (Ωcm²/cm) Alcalinité (mg/lco 3 Ca) Calcium (mg/l) Magnésium (mg/l) Fer (mg/l) Sodium (mg/l) Potassium (mg/l) Silice (mg/l) NO 3 (µg/l) PO 4 (µg/l) Lot 8.5 6665 74.8 27.2 2 260 3.4 1.16 7.3 400 16 Truyère 6.5 20236 18 4.4 1.2 357 2.9 0.8 10.5 310 5 Caractéristiques chimiques des eaux du Lot et de la Truyère Angelier 2000
Altération des roches Silice SiO2 (silice) + 2H2O => H4SiO4 Calcaire, craie, marbre H2O + CO2 => H2CO3 H2CO3 + CO3Ca => Ca (HCO3)2 Ca (HCO3)2 => Ca ++ + 2HCO3 - => Ca ++ + 2H + + 2CO3 -- Reliefs karstiques Parc des causses du Quercy Rivière souterraine de Labouiche (09) Grès : grains sableux + ciment Ciment => silice (peu altération) Ciment => calcaire (bicarbonate et carbonate)
Villeneuve et al. 2005 Cycle 24h : Concentration en oxygène dissous (mg/l), température (T C) et du taux de saturation (%) dans 3 sites d étude de la rivière Saint-Charles (Québec, Canada)
Solubilité de l oxygène en fonction de la température T C 1 5 10 15 20 25 30 [O 2 ] mg/l 12.8 11.3 10.1 9.2 8.4 7.7 7.1 Concentration en oxygène en fonction de la température (1013hPa)
% saturation O 2 minimal chez des espèces de poissons et invertébrés % de saturation O 2 Oncorhynchus mikiss (Truite arc-en-ciel) Cyprinus carpio (Carpe) Perca fluviatilis (Perche) Tinca tinca (Tanche) Baetis alpinus (Ephéméroptères) Rhyacophila oblitera (Trichoptères) Rhitrogena semicolorata (Ephéméroptères) Hydropsyche angustipennis (Trichoptères) Anabolia nervosa (Trichoptères) Ephemerella ignita (Ephémoroptères) Ephemera danica (Ephémoroptères) 31.4 18.3 14.1 5.7 82.5 70.2 35 11 9 7 0.56 Échelle de valeurs de DBO 5 DBO 5 (mg/l d'o 2 ) Eau naturelle pure et vive Rivière légèrement polluée Egout Rejet station d'épuration efficace < 1 1 < c < 3 100 < c < 400 20 < c <40
V- CARACTERES GENERAUX DES RESEAUX HYDROGRAPHIQUES 1- Le bassin versant Bassin versant réel vs. bassin versant topographique D'après Roche - Hydrologie de surface, Ed. Gauthier-Villars, Paris 1963.
2- Intensité de drainage Méthode de Strahler Angelier 2000 Méthode de Shreve Dobson et Frid 2009
3- Typologie Microhabitat Modifié de Malavoi et Souchon 2002
Granulométrie Rochers Blocs Limons Argiles Nom de la classe granulométrique Galets grossiers Galets fins Cailloux grossiers Cailloux fins Graviers grossiers Graviers fins Sables grossiers Sables fins Classes de taille (diamètre en mm perpendiculaire au plus grand axe) > 1024 256 1024 128 256 64 128 32-64 16 32 8 16 2 8 0.5 2 0.0625 0.5 0.0039 0.0625 < 0.0039 Modifié de Malavoi et Souchon 2002 Graviers Cailloux Sables Galets
Zonation amont-aval Amont 1 Erosion 2 Truite 3 Transport Ombre 4 Dépôt Barbeau Brème 5 6 Aval Huet (1949) Illies et Botosaneanu (1963) Strahler (1952)
Zonation écologique de l amont vers l aval a) Rivière Usk (Pays de Galle) b) Rivière Rhône (France) Hildrew et Edington 1979 Distribution longitudinale de larves Hydropsychidés Bravard et al. 1992
4- Régime des eaux Angelier 2000
Hydrogramme de crue Pointe de crue Débit (m3/s) Courbe de crue Courbe de décrue Courbe de tarissement Temps (h) Hyétogramme / Hydrogramme Intensité (mm/h) Débit (m 3 /s) 0 Temps (h)
VI- STRUCTURE TROPHIQUE Les consommateurs invertébrés Broyeurs détritivores Collecteurs filtreurs Asellus aquaticus Simulidae Collecteurs ramasseurs Chironomidae Hydropsychidae Brouteurs Prédateurs stricts Heptageniidae Odonates Baetis Physa Sialis
Les consommateurs invertébrés
Le concept de continuum fluvial (Vannote et al. 1980) P/R <1 P/R >1 P/R <1
Le concept de continuum fluvial (Vannote et al. 1980) Modifiée par Minshall et al. (1985)
VII- PERTURBATIONS 1- Perturbation d origine naturelle Crues Crue de la rivière Têt, Pyrénées Orientales, 2002 Crue de la Seine à Paris en Janvier 1910 Témoin de crues Témoin de crue : zouave du pont de l Alma Témoin de crue
Carte de zones à risque Quartier inondables par une crue centennale à Paris Carte de vigilance nationale www.vigicrues.ecologie.gouv.fr
2- Perturbation d origine anthropique 2-1 Pollution trophique AZOTE : provient pour 1/3 domestique + industriel et 2/3 de l agriculture PHOSPHORE : provient pour 9/10 domestique + industriel et 1/10 de l agriculture Rejet d effluents domestiques Rejets industriels Agriculture: épandage d engrais
Production végétale autochtone Diatomées Phytoplancton Macrophytes: lentilles d eau Algues filamenteuses
Autonettoyage en eau courante Eaux usées polysaprobe α- mésosaprobe ß-mésosaprobe oligoprobe Mat. Org. PO 4 O 2 NH 4 NO 2 NO 3 Champ. Bact. Protozoaires Plantes subaquatiques Algues Tubificidés Chironomus Asellus Benthos d eau non polluée
2-2 Aménagement Ouvrages hydroélectriques dans le monde 38 m Barrage hydroélectrique Pont de Salars (Aveyron, France) Barrage hydroélectrique des trois gorges (Chine)
Chaussées 2 m Chaussée sur le Viaur (France) XIIIème siècle Passe à poisson Moulin Chaussée sur le Célé (France)
Impact des barrages hydroélectriques Marnage: lac de Pareloup Lâcher d eau
Vidange Amont Chaussée sur le Viaur (France) Retenue de Pareloup (France) Aval Aval chaussée sur le Viaur (France)
Fragmentation des rivières Conversion d un habitat initialement continu en une mosaïque d habitats Populations initiales Plusieurs petites populations A1 A2 A1 A2 A3 A4 A3 A4 Aval Amont Modèle pas à pas flux de gènes bidirectionnel «stepping stone model» (Kimura & Weiss 1964) Courant Barrières Patch 1 Patch 2 Patch 3 patch 2 - Taille effective Ne - Dérive génétique - Perte de diversité génétique patch 1 patch 2 patch 3 - Divergence génétique Fst - Isolement par la distance
Démantèlement de barrage Barrage Brives, Charensac Barrage avant démantèlement: été 2003 Démantèlement: septembre 2003 Un an après: Juin 2004
Passe à poissons Passe à poissons sur une chaussée Glissière Poutès Haute-Loire Rivière Columbia
2-4 Pollution toxique Epandage de pesticide au USA Pluie acide Métaux lourds Pollution mercure Guyane Pollution minière
2-5 Déforestation Causes: - Industrie du bois - Augmentation de la surface des terres agricoles Ex: Vietnam Couvert forestier 1943 1975-76 1982
Déforestation Disparition des bois morts dans le cours d eau hétérogénéité spatiale - - Habitats - - - MOPG Détritivores - - - Couvert végétal + Luminosité + Production primaire + Eutrophisation + Risque d anoxie - Nutriments + Biodiversité + + Ruissellement - + Erosion des sols + Envasement Crues - +
2-6 Occupation des sols
1- Indice de saprobie VII- BIOINDICATION
2- IBGN 1- Fixer le cadre au sol ouverture face au courant 2- Frotter délicatement les subtrats situés dans la zone délimitée par le cadre 3-Retourner le filet dans un bac rempli d'eau 4- Dans un flacon fixer au formol 4%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 Chironomidae (1) Asellidae (1) Achètes Oligochètes (1) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 2 Baetidae (1) Caenidae( 1) Elmidae (1) Gammaridae (1) Mollusques 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 3 Limnephilidae (1) Ephemerellidae (1) Hydropsychidae Aphelocheiridae 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 4 Leptoceridae Polycentropodidae Psychomyidae Rhyacophilidae 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 5 Hydroptilidae Heptageniidae Polymitarcidae Potamanthidae 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 16 17 18 19 6 Nemouridae Lepidostomatidae Sericostomatidae Ephemeridae 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 7 Leuctridae Glossosomatidae Beraeidae Goeridae Leptophlébiidae 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 20 8 Capniidae Brachycentridae Odontocéridae Philopotamidae 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 20 20 9 Chloroperlidae Perlidae Perlodidae Taeniopterygidae 3 1 6 4 9 7 12 10 16 13 20 17 24 21 28 25 32 29 36 33 40 37 44 41 49 45 > 50 Σt Gi Taxons indicateurs 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Classe de variété Tableau de détermination
3- IBD
4- Indice poisson Variables env.: Largeur DAS T C modèle Prédiction: Abondance truite Espèces rhéophiles Espèces lithophiles Espèces omnivores Pêche électrique: Abondance truite Espèces rhéophiles Espèces lithophiles Espèces omnivores COMPARAISON Ecart: «Indice Poisson»