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Route de Genève | Le Boiron | C.P. 88 CH - 1131 Tolochenaz | Tél: +41 (0)21 802 20 75 www.maisondelariviere.ch COURS 1: PLANCTON ET VÉGÉTAUX DR JEAN-FRANÇOIS RUBIN, Prof HES et Président de la Fondation Route de Presinge 150 CH – 1254 Jussy | Tél: +41 (0)22 546 68 87 www.hesge.ch/hepia [email protected] Plancton et végétaux Photosynthèse et matière organique Notion de chaîne alimentaire Notion de chaîne alimentaire Bactéries Cyanobactéries, les premiers êtres vivants Stromatolithe - 2 milliards d’années Modification de l’atmosphère terrestre avec le développement de la photosynthèse Plancton Plancton Organisme soumis au déplacement de l ’eau et ne pouvant se déplacer activement que sur de très courtes distances Phytoplancton Organisme végétal avec présence de chlorophylle. Ne se trouve que dans la couche d ’eau supérieure là où la lumière permet la photosynthèse Zooplancton Organisme animal hétérotrophe. Se trouve dans la couche d ’eau supérieure, mais également en dessous Pêche du plancton Exemple de phytoplancton Exemple de phytoplancton Diatomées et police scientifique Ocillatoria rubescens, le sang des Bourguignons Exemple de zooplancton Zooplancton unicellulaire Zooplancton pluricellulaire Dans les conditions favorables, les femelles daphnies donnent naissance sans fécondation à des femelles dès l’âge de 11 jours, tous les 4 à 5 jours. Dans les conditions défavorables, elles donnent naissance aux deux sexes. La fécondation donne des œufs de résistance entourés de chitine qui attendent des conditions favorables pour éclore et donner à nouveau des femelles Evolution du plancton dans le Léman Evolution du plancton dans le Léman Algues Organisme végétal sans support racinaire Rare en eau douce (à part microscopique) Macrophytes Organisme végétal généralement fixé, avec un système vasculaire Très fréquent en eau douce, peu d ’espèces marines Les ceintures végétales Zone de faible profondeur (0 à -1 m) Ces plantes supportent juste d’avoir les pieds dans l’eau. Plusieurs espèces d’oiseaux nichent dans la ceinture de roseaux. On y trouve également de nombreux insectes, comme les libellules qui y vivent jusqu’à leur métamorphose. Certaines écrevisses apprécient également ces couverts végétaux. Zone de faible profondeur (0 à -1 m) Aulne glutineux, Alnus glutinosa (L.) Gaertn. Fréquent le long des rivières, au bord des plans d’eau ou dans les marais, l’aulne glutineux ou verne se reconnaît aisément à l’échancrure terminale de ses feuilles. Saule blanc, Salix alba L. Reconnaissable à ses feuilles argentées et lancéolées, ce saule témoigne d’une inondation régulière du sol. Il est fréquent au bord des grandes rivières et des lacs dans une grande partie de l’Europe Roseau, Phragmites australis (Cav.) Steud. Répandu sur l’ensemble du globe terrestre, le roseau est devenu peu fréquent sur les rives du Léman où il ne forme plus que de grandes étendues en certains points comme aux Grangettes ou à la Pointe à la Bise Faux-roseau, arundinacea L. Phalaris Sosie du roseau, cette plante s’en distingue notamment par la forme de son inflorescence. Elle est fréquente en Suisse où elle forme des colonies sur les sols régulièrement inondés Zone de faible profondeur (0 à -1 m) Massette à larges feuilles, Typha latifolia L. Surtout répandue sur le Plateau suisse, la massette à larges feuilles s’observe ponctuellement sur des sols boueux du pourtour du lac. Son inflorescence caractéristique lui a valu d’être régulièrement utilisée en ornement. Jonc des tonneliers Schoenoplectus lacustris (L.) Uniquement présentes sur le bord des plans d’eau, les tiges longilignes du jonc des tonneliers s’avancent parfois jusqu’à trois mètres de fond. Au front de la roselière, elles sont les plus exposées à la houle. Laîche des marais Carex acutiformis Cette herbe coupante forme de grandes colonies au sein des prairies humides ou sur les bords des plans d’eau dans toute la Suisse. Elle a beaucoup été utilisée comme litière pour le bétail. Iris faux acore Iris pseudoacorus L. Fugaces, les fleurs de cet iris jaune s’observent essentiellement sur le Plateau en suisse. C’est une espèce peu fréquente sur les rives du Léman. Zone de moyenne profondeur (-1 à -2 m) Ces plantes présentent généralement des feuilles qui flottent à la surface de l’eau. Plusieurs espèces de poissons, comme les perches et les tanches, pondent leurs œufs sur la végétation. Au mois de mai, si de violentes tempêtes se produisent sur le Léman, les vagues peuvent arracher les plantes et ainsi détruire les œufs qui y sont accrochés. La réussite de la reproduction naturelle des perches dépend donc étroitement des conditions climatiques au moment du frai. Zone de moyenne profondeur (-1 à -2 m) Nénuphar jaune Nuphar lutea (L.) A la différence du nénuphar blanc, les fleurs du nénuphar jaune ne flottent généralement pas à la surface de l'eau mais sont surélevées d'environ 10 cm. Assez fréquent sur le Plateau suisse, il semble avoir disparu du lac Léman. Nénuphar blanc Nymphaea alba L. Pour faire face au manque d'oxygène, le nénuphar blanc emmagasine de l'air dans ses tiges et ses feuilles, comme de nombreux végétaux aquatiques. Symbole des eaux calmes, peu profondes et au niveau stable, il est très rare dans le Léman. Hydrocharis des grenouilles Hydrocharis morsus-ranae L. Cette plante sans racine flotte à la surface des eaux tranquilles. Elle a été observée jadis aux Grangettes sur les bords du Léman. Elle est actuellement très rare en Suisse. Zone profonde (-2 à -10 m) Ces plantes vivent généralement sous l’eau, à part leurs fleurs qui émergent de la surface. On trouve peu d’espèces dans les zones profondes (proches de - 10 m). On observe toutefois parfois des herbiers de characées dans lesquels pondent les brochets. Avec l’amélioration de la qualité de l’eau du Léman, ces herbiers sont en augmentation, ce qui explique de facto l’accroissement des populations de brochets. Zone profonde (-2 à -10 m) Potamot pectiné Potamogeton pectinatus L. Ce potamot est devenu le plus fréquent du Léman consécutivement à l'augmentation de la valeur nutritive des eaux. Il se reconnaît à ses feuilles fines et à sa tige divisée en Y. En hiver, la plante disparaît et survit sous la forme d'un bourgeon appelé hibernacle. Potamot crépu Potamogeton crispus L. Le bord des feuilles ondulé et denté est caractéristique de cette espèce répandue en Suisse mais qui semble avoir régressé dans le Léman depuis un siècle. Pourtant, elle est capable de se multiplier à partir de fragments d'organes emportés par les eaux. Potamot perfolié Potamogeton perfoliatus L. Cette espèce doit son nom à ses feuilles en forme de cœur qui enveloppent nettement la tige. Elles sont ainsi dites " perfoliées". Il s'agit également d'une espèce fréquente dans le Léman. Potamot luisant Potamogeton lucens L. Les grandes feuilles translucides du potamot luisant sont assez fréquemment visibles dans la partie ouest du Léman comme dans une grande partie de la Suisse. Elles indiquent la présence d'eaux riches en matières nutritives. Rôle écologique de la végétation Rôle physico-chimique Production d ’oxygène Rôle biologique Base de la chaîne alimentaire Diversification de l ’habitat Cache pour les animaux, formation d ’ombre, zone tampon Rôle mécanique Protection des berges, lutte contre l ’érosion, mais aussi diminution du gabarit d ’écoulement Rôle écologique de la végétation Rôle écologique de la végétation Rôle écologique de la végétation Rôle écologique de la végétation Impacts en chaîne EXEMPLE DE PROJET DE RECHERCHE APPLIQUÉE Clim-arbres Planter des arbres Pour sauver des poissons… Quel est le problème à résoudre ? Des choix de société… Des modèles prédictifs en grand nombre… Même si les spécialistes ne sont pas d’accord sur l’ampleur du phénomène, l’allure générale n’est pas contestée. Et alors ? Que faire à l’échelle de la Suisse ? Ne pas lutter uniquement contre les causes, mais aussi contre les effets C’est le principe de Clim-arbres Principes de l’étude Effets de la température Réchauffement sur les climatique poissons Déplacement de l’habitat des poissons Obstacles à la migration Espèce cible Truite, Salmo trutta Exigences écologiques Taux de croissance maximum entre Croissance cesse au dessous de Croissance cesse au-delà de 13 - 14°C 3 - 4 °C 19 - 20°C Température létale (après 7 jours) 25 ± 0.5°C Température létale ultime (après 10 min) 30 ± 0.4°C MRP mortelle au-delà de 15°C Dans Hari et al. 2006 Importance du cordon boisé Exemple d’application pratique possible La Venoge …. Comment évolue la température en Suisse ? Evolution durant le 20ème siècle Rebetez et Reinhard 2008 Quelles conséquences pour les rivières ? Quels niveaux d’étude ? Les sources de données et les niveaux d’analyses 1. Niveau Suisse 2. Niveau régional Canton de Vaud et environs 3. Niveau bassin versant Boiron de Morges 4. Niveau secteur test Froideville Principe adopté Comprendre les choses à une petite échelle pour ensuite les extrapoler à l’unité suivante Quelles conséquences pour les rivières ? Evolution à l’échelle d’un secteur test Modèle dynamique de température Secteur Test Amont Boiron de Morges Différentes méthodes de mesures Loggers standard Fibre optique Stations météo Stream temperature response to three riparian vegetation scenarios by use of a distributed temperature validated model Roth et al., 2010: Environmental Science and Technology 44(6) 2072-2078 Régime thermique durant un jour standard Régime thermique le jour le plus chaud Simulation en fonction de la nature des berges Si tout ouvert Max: 17.6°C Si macrophytes Max: 16.6°C Cas réel Max: 15.7°C Si forêt Max: 14.3°C La forêt éviterait un réchauffement de 3.3°C Les macrophytes éviteraient un réchauffement de 2.3°C Effet de la végétation La forêt tamponne l’amplitude de la variation thermique journalière 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 30.0 20.0 10.0 Forest border Air temperature (T°C) 40.0 Open area Forest 0.0 -30 -20 -10 0 10 20 Distance from the forest border La forêt induit un refroidissement de l’air durant le jour et un réchauffement durant la nuit. 30 Effet sur la concentration en oxygène 9.60 y = -0.2181x + 12.907 R² = 0.8755 Daily minimal O2 concentration (mg/l) 9.40 9.20 9.00 8.80 8.60 8.40 15.0 16.0 17.0 18.0 19.0 20.0 Daily maximum water temperature (°C) 21.0 Température et concentration en O2 sont intimement liés Scenario type for 2050 Air temperature increase using linear model T°C Estimated water temperature increase T°C Water O2 concentration decrease at midday mg/l Water O2 concentration decrease at midnight mg/l optimistic medium pessismistic 1.0 2.5 5.0 0.6 1.6 3.2 -0.1 -0.2 -0.4 -0.1 -0.3 -0.7 Suivi été 2010 Effet d’un tronçon canalisé 19.09.2010 00:00 5 30.08.2010 00:00 10.08.2010 00:00 21.07.2010 00:00 01.07.2010 00:00 11.06.2010 00:00 22.05.2010 00:00 Bassin de la Venoge 25 20 15 10 Venoge source Venoge Eclépens Venoge Cossonay Venoge emb 0 Bassin de la Venoge Effet d’un tronçon canalisé 0.3°C / km 0.1°C / km Bassin de la Venoge Effet d’un tronçon canalisé Station Source Eclépens Cossonay Embouchure T° en été Delta journalier Moyenne Min Max Delta Moyenne Min Max 11.3 ± 1.9 7.5 17.0 9.4 2.5 ± 1.0 0.6 5.2 14.3 ± 2.0 9.5 18.4 9.0 1.5 ± 0.6 0.4 4.3 15.7 ± 2.6 9.6 22.9 13.3 2.8 ± 1.4 0.6 6.7 17.6 ± 2.3 12.0 22.2 10.3 1.0 ± 0.5 0.2 4.7 Plus on descend plus la T° moyenne augmente Les variations saisonnières et journalières sont les plus fortes en aval du tronçon canalisé Bassin du Nozon Effet d’un tronçon canalisé Accroissement: 0.1°C / km Accroissement: 0.7°C / km Quelles conséquences pour les rivières ? Application du modèle Response variable Curve function (Water temperature) (Model coefficients, Envir. predictors) G(Y) = slope + (α1∙x1 + α2∙x2 + … + αn∙xn) last_glm1 = (2.275) + ([tair10] * 0.7341) + ([tforet10] * 0.3063) + ([pente10] * -0.1505) + ([larg10] * -0.1063) + ([surfbv10] * 0.000000004245) + ([qforet10_Resample] * 1.355) Choix des essences: expériences en labo Choix des essences: expériences en culture Concept d’aménagements Guide pratique pour l’ensemble des cantons suisses
