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NOTICE S.T.C. N° 82.)
Août )982
MILIEU AQUATIQUE ET VOIES NAVIGABLES
Impact de la navigation intérieure sur les
écosystèmes aquatiques
-=-=­
Auteurs de la Notice
Dessins
J.G. WASSON
M. LARINIER
J. ALLARDI
A. MONNIER
Laboratoire d'Hydroécologie du CEMAGREF
Dans son avant propos à la notice S.T.C. nO 78.3 (Recommandations
provisoires pour la préparation des études d'impact des voies navip,ab1es
sur l'environnement), M. R. TENAUD, Inr-énieur Général des Ponts et Chaussées
au Service Technique Central
de~
Ports Maritimes et des Voies Navigables
annonçait la parution de fiches techniques faisant le point des connaissances
sur les différentes natures d'iplpact.
( 'est dans ce cadre que s'insére la nrésente notice, dont le
texte a étf rédigé, à la
du C.E.M.A.G.R.E.F.
de~andf
du S.T C. par le Laboratoire
d'Hydro~co1ogie
- 2 ­
.
p. 4
.
5
2-1 - Le bHtope •.......•..•....
5
- INTRODUC.'T 1ON
2 - L'ECOSYSTEME POTAMIQUE
2- 1-1 - Cal actères morphodynamicues ..........•••.••........ '
5
2-1-2 - Paramètres physico-chinnques de l'eau ••.............
6
2-2 - La bù cénose •••..••.....•.
6
2-2-1 - Le benthos •••.•...•....
6
(figure 1) •.••.••.
7
2-2-2 - Le plancton ..••........
8
2-2-3 - Les poissons ......•....
8
2-3 - Fonet] onnement de 1 'écosyst ème .....•...••..•••.........
10
(figure 3) •.......
11
2-4 - Les canaux ••.•••..........
12
3 - LES PERTURBATIONS DE L'ECOSYSTt.ME POTAMIQUE •.....•.........
3- 1 - Les cause s de p er turb a t
13
..•.............•.•.........
13
3-2 - La po.llution •..•.•..••.•....-...•.••.......•...•••....•
14
3-2-) - Définition .......................•.....•.........
14
3-2-2 - La pollution organique .................•.........
14
3-2-2- 1 - Les causes ...................•..........•....
14
3- 2 - 2- 2 - Eut r ophie et poIlut ion . . • . . . . • • .. . . . . . . . . . . . .
16
3-2-2-3 - Phénomènes liés à la pollution organique ..•..
16
3-2-3 - La pollution chimique ..........•..••.•..•••......
17
3-2-4 - La pollut ion physique.............. . •........ , ..
19
3-2-4-1 - Pollution par les M.E.S ......••..••..•.....••.
19
3-2-4-,{ - Pollution thermique ..........•••............•.
19
3-2-5 - Conséquences écologiques de la pollution .•....•..
20
( t ab le au 1)...................................
21
3-2-6 - L' autoépuration .•.•.....•..•.•...........•..•... ,
22
ion~
3-3 - Pertlirbations liées à la navigation
3- 3- 1 - Les aménagement s .....
0
..
•••••••••••••••••••••••••••••
24
24
3-'3-2 - La navigation ...•..•.............•.•••.............
25
3-3-3 - L'entretien des voies navigables ......•............
25
3-3-4 - Conséquences écologiques de la navigation ..
26
3-4 - Exemples d'écosystèmes perturbés
o
•••••••
0'
..
26
(figure 4). .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .. ..
27
(figures 1 - 6 - 7 - 8) ...............•.......
28
.(tab leau 2) •..................................
29
- 3 ­
4 - PROPOSITIOl\S EN VUE DE DIMINUER L'IMPACT DE LA NAVIGATION. . . . . .. . . ..
4-1 - Principes
R~duirE-
4-2
g~n~raux
pour la
~rotection
31
du poisson •.... _.. ...•...•
31
l'impact des am~nagE:·ments........•••••.••...• .•.. .••....
32
4-2-1 - Le p rofi 1 en long et le t
rac~.
. . . . • . . • . . . • • .. • • . . . . • . • • • • . • • .
32
..•........•.•.••.••.....•...•.•••..
33
(figure 9)....................... .•••....•..••...•• ••••
34
4-2-3 - Les passes à poissons... •....•••.••..•...••••..•..•.•...••.•
34
Rôle et principe de fonctionnement........................
35
4-2-2 - Le
r rofil
en travers....
diff~rents
types ne passes à poissons.................
35
Le c ho i x d'un t yp e de pas se. . . • • • • . • • • • • • • • . • • . . • . • . . • • . • .
36
D~bit n~cessaire
au fonctionnement d'une passe à poissons.
37
Choix de l'implantation de 1 'entr~e de la passe .• _. .. .•.. .
37
Mise au point d'une passe à poissons ••.•• " •. .. ...• .• •• .• .
38
Les
E.tudes sur modèles
Efficacit~
et
r~cLuits................................
utilit~
Le franchissement des
des
passes •••••••••....••.••••••.•
~cluses
de navigation par les poissons
39
39
40
4-3 - R~duire l'impact des op~rations d'entretien..... ••.••••• ..••••••
41
4- 3- 1 - Le t aucardage. . • • . . • • . .• ..•......•••.••.•••.•..•..•.••••••.•
41
(figure 10)............................................
42
4-3-2 - Curage et dragage......... .. .. . • .. .• • . . • •• • . •• •• •• •• . .• • • • • • • •
42
4-3-3 - La dêfense des berges.. •. .• .. .. •. •••. .• .. •• •• .. •. •. .• •••• .• •••
43
4-4 - R~duire l'impact de la navigation elle-même.......................
44
5 - CONCLUSION.... • • • . .• • • • • • . • • . . • . • . •. . • • . . • . • • • • • . • .. . • . • • • • . .• • • . . • • • •
44
6 - REFEREN CES •.••.••••••••.•....•••.••...•.•..•.••.••.•.••••••••••••••••
46
ANNEXE
48
- figure 2 ••••••..•.••.•..•..••..••.••.••.•••••••••••.•.••••••..•
Les chiffres entre parenthèses dans le texte renvoient aux
r~f~rences.
Ce texte a
b~n~fici~
et VERGON,
ing~nieurs
ing~nieurs
du G.R.E.F., à la Divisiqn Qualit~ des Eaux Pêche et Pisciculture du
C.E.M.A.G.R.E.F.
des remarques et suggestions de M.M. BARBE, LAFONT, MOUTHON,
hydrobiologistes, ainsi que de M.M. TROCHERIE et VERREL,
- 4 ­
Un cOùrs d'eau est fondamer·talement un
l'utilise
pOUl
un
con~u
canal~
écosystème~
même
SI
l'homme
naviguer, produire ce l'€nergie ou €vacuer ses dêchets ;
pour la navigation. constitue aussi un écosystème qUI,
bl~
qu'artificlel. peut pr€senter un lT.térêt êcologique manIfeste.
L"utlllsation des grandes rIvlères et des fleuves pour la navigatlon
entraîne dans ces milleux des pertLrbations biologiques parfols importantes ;
or, le respect de certaines règles pratiques pour l
'amênagement~
l'entretien
et l'exploItation des voies navigables pourrait permettre de mlnimiser les
altêrations
d~s
navIgu~s
cours d'eau
et de conserver dans les canaux un cer­
tain potentie' biologique.
Le prÉsent document a pour but de proposer aux responsables de la
gestion des V(·les navigables
quelLues orientations pratiques susceptIbles
de contribuer à am€liorer la qualIté de ces milieux.
MalS au pr€alable
Il est nécessaire, pour situer les
problèmes~
de
dêcrire brièvement les caractéristIques êcologiques et le fonctionnement des
écosystèmes aquatiques
concern€s~
afin de mettre en €vidence les alt€rations
qU'lIs subIssent et en particulier celles qui sont li€es à la navigation.
- ç -
Les rIvières sont navigables dans leur cours inférieurs appelés
potamoYl.f.>: (9) ce qui correspond à la 2ème catégorie pisc icole (Cyprinidés
dominants) aux zones à Barbeau et à Brême, selon HUET (7) ou encore aux
niveaux typologiques B7 à B9 de VERNEAUX (21).
2-1 - Le biotope
Le b.-<..otope est constltué par l'ensemble des éléments non vivants
de l'écosystème; dans ce cas, il s'agit du lit de la rivière, et de l'eau.
2-1-1 - ç~~~~~~~_~Q~e~Q~y~~q~~~
Un potamon est caractérisé par un lit en pente faible (moins de 1,5 %0)
avec un chenal assez large (plus de 25 m) et profond (pouvant dépasser 3 m) .
Le courant en basses eaux est lent, mais peut s'accélérer sur des hauts fonds.
Ainsi le
6a~~6 lér~ique
(zones calmes) est largement prépondérant sur le
cours d'eau, mais localement des zones plus rapides constituent un 6acief.>
lotique.
Les berges sont généralement en pente douce (sauf à la rive concave
des méandres) et recouvertes d/'une végétation arbustive ou herbacée.
Le lit mineur est très sinueux, et les méandres évoluent en permanence
il comporte de très nombreuses noues ou reculées, des bras morts en commun1­
cation plus ou moins permanente avec le chenal principal, et il est bordé le
plus souvent de zones humides ou régulièrement inondables.
Le fond de la rivière est formé d'un substrat gravelo-sableux relative­
ment stable, avec des blocs, cailloux, pierres ou galets dans les zones
lotiques et localement de la vase dans les reculées et les anses rivulaires.
Le régIme hydrologique est le plus souvent, en clImat tempéré, de type
fluvial océanIque ou plus ou moins continental, avec des hautes eaux hivernales
et printanières
la montée des eaux lors des crues est assez lente.
Dans un tel cours d'eau, les hab-<.:ta;tf.> aquauque.f.> caractérisés par
Les aSSOclat lons différentes de substrats, vitesse de courant, hauteur d'eau
et végétatIon (cf 27) sont bien diversifiés. Ils se modIfient progressivement
au cours des différentes ohases du cycle hydrologique. Le long des berges,
des arbres en déverse, des blocs, des troncs immergés fournissent de nombreuses
caches pour les poissons.
- 6 ­
2-1-2 - P~~~~~~~_r~Y~~~~ ~~~q~~~_~~_~~~~ (cf. 17)
La température, facteur écologique fondamental, dépasse généralement
20°C pendant l.llle période assez longue en été, et peut atteindre 23 à 25
Oc
à 1 'étiage.
La minéralisation est élevée et les teneurs en calcium sont fortes
(50 à 100 mg/ ).
L'oxygénation est bonne et l'amplitude des variations journalières
qui peuvent
s~
produire en été reste limitée.
Des n;trates sont présents à faible dose, mais il n'y a pas d'ions
azotés réduits (N02-, NH4+). Les phosphates restent à l'état de traces (moins
de 0, 1 mg/ 1) .
Enfin. le taux de matières en suspension minérales 'est faible en
période de basses eaux.
Un tel biotope, caractérisé par la diversité et la stabilité des
habitats et 1 absence de facteur écologique fortement limitant permet
l'installation d'une biocénose particulièrement riche et productive.
2-2 - La biocénose
La
b~lJc.éno-6e,
par opposition au biotope, est formée de l'ensemble des
êtres vivants; elle comprend des organismes
p~oducteu~
(végétaux), des
con,&omma.te.u.Jtf.. (animaux) et des décompO-6e.uM (bactéries, champignons).
Dans un potamon coexistent deux communautés distinctes, l'une
ptancto~que
(en pleine eau), l'autre benthique (sur le fond) ; les poissons,
qui font partle du necton (organismes nageurs), exploitent ces deux communautés.
2-2-1 - Le bentho-6
La communauté benthique
(benthos)~présente
toute l'année, est diversi­
fiée en fonction des habitats aquatiques ; on ne trouve pas les mêmes espèces
dans la vase, les graviers ou la vegétation,en facies 1énitique ou 10tique.
La végétation macroscopique (macrophytes) colonise les fonds jusqu'à
environ 3 - 4 m de profondeur en facies 1énitique. La figure 1 décrit les
différents types biologiques rencontrés parmi les végétaux de calme, et la
gamme de profondeursqu'i1s occupent généralement. Divers types d'algues ou
de mousses peuvent aussi s'installer dans des habitats favorables.
- 7 ­
fiG. 1- DISTRIBUTION
DES MACROPHYTES
POTAMIQuE - TYPES BIOLOGIQuES­
végétau)(
de
émergés
bordure
semi- aquatiques
_Typha
Alisma (planlain)
_ Pt\rag,,"te (roseau)
Sagillaire
_Seirpus (jonc)
Menyanthes
.Carel
,,.s . etc '"
DANS
végétau)(
FI)(es à f~uilles
Flottantes ou
aFfleurantes
_ Nuptial. Nymphea
(nénuphars 1 :
.Spargan1um • etc.
ECOSYSTEME
véqétau)(
immergés
_Myrlopl'lyllum
_ Chara
_ Elodea
.Polamogelon notons 1
- POlamogeton densus
1
_p.
enspus
.Ceratophyllull'l ,etc
TYPES
UN
,1
l'le
Vé9étaux libres
flottants
1
Lemna ( lentilles)
'
HydrocharlS
Utrieularla
BIOLOGIQUES
ele
l'
r
Hélophytes
L-
Pseudohydrophytes
Pleustophytes
HYDROPHYTES
AMPHIPH'l'TES
d'après J. BARBE (2)
Les invertébrés benthiques se répartissent dans le sédiment (endobenthos),
sur le substrat (épibenthos),et dans
~
végétation.
La figure 2 (annexe, p. 48-50 ) représente quelques organismes carac­
téristiques de ces communautés.
-
l.'endobentho~
est composé de v~rs (Oligochètes), de larves d'insectes
(Ephémères fouisseurs, Chironomes) de Mollusques lamellibranches (P~idlum,
Sphae~um, Un~ol
; Oligochètes et Chironomes jouent un rôle important dans la
transformation des sédiments.
-
L'ép~bentho~
comprend des crustacés (Gammares, Ecrevisses) des Gastéro­
podes, et de nombreuses larves d'insectes: Ephémères, Plécoptères, Trichoptères
libres et à fourreau (phryganes), Odonates (Libellules) ...
- 8 ­
- La
6aUYH
phytoplUfe comprend des Oligochètes, de nombreux Mollusques
gastéropodes, des larves d'Insectes (Ephémères, Agrions, petits Chironomes,
Coléoptères),
~t
également des orgffilismes nageurs (Crevettes, Corises,
Coléoptères adultes) qui font partip du necton
mais se tiennent préférentiel­
lement dans la végétation.
Ces différentes communautés ont bien évidemment de nombreuses inter­
relations et s"adaptent aux modifications des habitats.
2-2-2 - l~_P~~~~E~
La communauté planctonique, constit'uée d'organismes de petite taille
dont les possibilités de déplacement autonome sont limitées, ne se développe
généralement qu'en période de basses eaux et lorsque la température dépasse
IDoC; les organismes producteurs sont des algues unicellulaires (Phytoplancton),
les consommateurs des Rotifères, des Protozoaires et des petits Crustacés
(Zooplancton) et les décomposeurs des Bactéries et certaines algues hétérotrophes.
2-2-3 - ~~~_r~~~~~~
A la diversité des biotopes que l'on rencontre dans les milieux potami­
ques non dégradés, se superpose une grande diversité de la faune ichthyologique.
En effet, la plupart des poissons d'eau douce peuvent vivre dans les potamons,
à part
quelques espèces inféodées aux eaux froides, comme le saumon de fontaine
et la truite fario par exemple. De plus on constate que le nombre d'espèces
de poissons présentes le long des cours d'eau augmente de l'amont vers l'aval.
Les zones d'estuaires constituent des zones de transition (zone à flet) (7)
fréquentées par des espèces tolérant de fortes variations de la salinité de l'eau.
La reproduction des poissons requiert en général, pour sa réussite, la
présence d'un substrat adéquat, dans Wle gamme de températureset de vitesses
de courant propre à assurer
une oxygénation correcte de la ponte.
Les modifications saisonnières des habitats dans les potamons font
que la plupart des espèces y trouvent, lors des phases successives du cycle
hydrologique, des conditions favorables pour leur frai. Même les Salmonidés
qui installent en général leur frayères dans les zones supérieures des cours
d'eau, peuvent se reproduire dans les habitats lotiques des milieux potamiques.
Pour leur alimentation, les poissons exploitent en fonction de leur
comportement spécifique, de leur stade de développement et de l'abondance de
la nourriture présente, l'une ou l'autre des communautés planctoniques et
benthiques.
- 9 ­
Ainsi, pour pouvoir se développer,chaque espèce de poisson doit
trouver des zones de ponte, des zones de repos et d'abri et des zones de
nourrissage
la libre circulation entre ces différentes zones est donc
indispensable au maintien de l'espèce.
Ces différentes zones biologiques peuvent être très éloignées
les unes des autres, voire même se situer dans des écosystèmes différents
(fleuve-mer)
les espèces qui effectuent des déplacements cycliques et
orientés entre ces zones sont appelées migratrices. Parmi celles-ci, certaines
se reproduisent en rivière et l'on parle d'espèces potamotoques (ex: saumon,
alose, esturgeon,
lamproi~
, d'autres se reproduisent en mer et sont appelées
thalassotoques (ex: anguille).
Si ces différentes zones blologiques sont très rapprochées et situées
dans le même milieu, on parle d'espèces sédentaires, bien qu'elles puissent
effectuer des déplacements plus ou moins importants à l'intérieur de l'écosys­
tème,pour se
~eproduire
par exemple ( ex : barbeau, hotu, brochet ... ).
Les conditions de reproduction constituent le point le plus sensible
du maintien des espèces dans les écosystèmes potamiques.
Il existe une étroite relation entre les conditions de l'environnement
d'une part, et la nature et le modp de reproduction développé par chaque
espèce d'autre part.
Suivant la nature du substrat choisi pour la ponte, et le comportement
des parents vis-à-vis de leur desct·ndance, nous pouvons regrouper les espèces
de poissons de la façon suivante.
A - Espèces qui ne protègent pas le nid
Al - Substrat ouvert
Al-l Phytophile : ponte dans les végétaux, ex : gardon, brochet,
rotengle, tanche, brème, carassin, carpe, loche
de rivière, loche d'étang, perche
Al-2 Lithophile : ponte sur les pierres: chevaine, vairon, hotu,
barbeau, spirlin, lotte, gremille, vandoise
Al-3 Psammophile
ponte dans le sable
goujon, ablette
Al-4 Pélagophile
ponte en pleine eau
alose finte
A2 - Espèces qui cachent leur ponte
A2-t Lithophile : ponte dans les cailloux-graviers: truite commune,
truite arc-en-ciel, saumon de fontaine, ornbre, apron
-
10 ­
ponte dans les mollusques bivalves (Unionidae)
A2-2 ostracophile
bouvière (cf. fig. 2, n03, annexe p. '48
)
B - Espèces qui protègent la ponte et qui construisent un nid
Bl - Psammophile
nid dans le sable: black bass, sandre.
B2 - Speléophile
nid dans des troncs, sous les pierres: chabot, poisson
chat.
B3 - Phytophile
nid dans la végétation
épinoche.
Suivant les circonstances. une même espèce peut choisir des supports
différents, mais d'une façon générale et inéluctable, la disparition des zones
de pontes entraîne plus ou moins rapidement la disparition des espèces.
Enfin, on peut constituer des groupes écologiques en fonction de la
pé . t,Lode de JtepJtoduction (cf. fig. 10, p. 42
);
- eJr1l automne et en fuveJt : saumon, truite, saumon de fontaine, lotte
- en hiveJt et au début du pJtin~emp6 : ombre, brochet, chabot,
perche, apron
au
pJtin~emp~
et au début de l'été
goujon, hotu, barbeau,
vandoise, sandre
- au dé.but de ,e' été
chevaine, gardon, rotengle, tanche, carpe,
poisson chat, black bass
2-3 - Fonctionnement de l'écosystème
Le fonctionnement d'un écosystème est basé sur un tJtan~6eJtt d'é.neJtgie
sous la forme de matière organique (M.O.) fabriquée par les producteurs, puis
transmise vers des niveaux trophiques supérieurs de consommateurs primaires,
secondaires ou terfiaires, au long des chaînes alimentaires.
Toutefois, la production primaire n'est possible que si les végétaux
trouvent dans le milieu les formes minérales du carbone, de l'azote et du
phosphore indispensables à l'élaboration de la matière vivante.
Une fraction importante de la biomasse végétale n'est cependant pas
utilisée directement par les consommateurs; ainsi dans les écosystèmes d'eau
courante, les végétaux macroscopiques (algues filamenteuses, mousses, plantes
supérieures) ne sont consommés qu'après leur mort, sous la forme de matière
organique
particulaÏre
ou de détritus attaqués par les décomposeurs. Ces
-
11­
derniers jouent donc un rôle fondamental dans le recyclage de la matière
organique à l'intérieur de
excrè~ent
l'écosystè~e.
Enfin, tous les organismes vivants
des sels minéraux qui sont réutilisés par les végétaux.
La fi 5ure 3 visualise d'une façon simplifiée les relations énergétiques
et trophiques dans un écosystème potamique.
l
Apports d"
.cosysl"mC'\ "-rr.,'r.,
ECOSYSTEME
1
foucardog.
POTAMIQUE
1
f.<:IOllon d.s !n'l'Cl.'
-.-..
~.
~
d.rev.
dC's organ.,m.,
(plancton)
0
'0
'0
0
.
.."
t
p"ch., pr.dotlon
Do
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O·
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~
c
•..,
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ft
o
oc
3
3
o
:!
.
;,
Figure 3 - Schéma simplifié d'un écosystème potamique non perturbé.
h~:
énergie lumineuse
MO : matière organique ; SM : sels minéraux ; N : azote
p :
pho~phore
respiration; Q : énergie métabolique dissipée (chaleur).
; C02+Q
Toutes les flèches en trait plein représentent des transferts d'énergie.
L'ent~ée de l'énergie dans l'écosystème se fait par:
l'énergie lumineuse, utilisée par les végétaux selon l'équation
C02 + Sels minéraux + Energie----, M.O. (biomasse végétale)+ 02)1
- les apports de M.O. provenant de
La
~o~e
l'~mont
et des écosystèmes terrestres.
de l'énergie se fait par
l'énergIe métabolique dIssIpée par tous les organismes vivants sous forme
de chaleur, en particulier à l'occasion des processus respiratoires,
-
- la perte de
~atière
12 ­
organique, entraînée vers l'aval (dérive des organismes
et des détritus) ou exportée vers les écosystèmes terrestres (éclosion des
insectes, prédat on, pêche, faucardage).
Dans un écosystème potamique en équilibre, les entrées compensent les
sorties sur un cvcle annuel, et la bi0masse vivante reste à peu près constante .
d'une année à l' futre, avec des variations saisonnières; il n'y a pas non plus
d'accumulation de détritus au niveau ju sédiment, les crues ayant un effet
"nettoyant"
lndi~pensable
au bon fonctionnement du système. Enfin, l'importance
de la communauté planctonique tend à s'accroître de l'amont vers l'aval à
mesure que le caractère lénitique du système s'accentue.
2-4 - Les canaux
Un canal est un biotope artificiel qui diffère sensiblement d'un
potamon par ses :aractères morphodynamiques.
Là pente, et par conséquent le courant, sont nuls ; les berges sont
fréquemment abruptes, et le profil transversal trapézoidal ne permet l'implantation
des végétaux que sur une bande très étroite. Le chenal est rectiligne, sans pro­
longements latéraux ; faute de courant, le substrat est généralement recouvert
de limon ou de vase. Et surtout, le renouvellement de l'eau est très lent, le
débit étant généralement minime .par rapport au volume d'eau d'un bief.
L'habitat est très uniforme; au plus peut-on distinguer les
zones de bordure (substrat grossier suumis au batillage) et le chenal central
(envasé) .
Un canal a donc les caractères d'un milieu stagnant et monotone.
La biocénose est évidemment beaucoup moins riche. Les insectes qui
vivent dans le courant (Plécoptères, certains Ephémères et Trlchoptères par
exemple) sont eX(luS de la communauté benthique. Le nombre d'espèces de poissons
capables de vivre et de se reproduire dans un canal est également assez restreint
seules peuvent subsister les espèces adaptées au milieu stagnant, et encore
l'absence de végétaux pour le frai en réduit souvent le nombre.
Le fonctionnement de l'écosystème se déduit du schéma de la figure 3 en
réduisant considérablement les flèches d'entrée par l'amont et de sortie par
l'aval, le taux de renouvellement de l'eau étant très faible; on passe en fait
d'un système lénitique ouvert à un système stagnant presque fermé. Parallèlement,
l'augmentation du temps de séjour de l'eau permet un plus grand développement
de la communauté planctonique, qui joue alors un rôle très important dans l'éco­
13 ­
système au détriment de la communauté oenthique. Enfin, comme dans tous les
milieux stagnants, il se produit une accumulation plus ou moins rapide de débris
organiques au
niv~au
du sédiment.
III - LES PERTURBATrONS DE L'ECOSYSTEME POTAMIQUE
3-1 - Les causes de perturbations
Si après cette description rapide d'un écosystème potamique naturel en
climat tempéré, on cherche dans la réalité un milieu qui puisse servir
de référence,
force est de constater qu'il n'existe olus en France, et sans doute en Europe,
un grand cours d'eau qui ne soit plus ou moins gravement perturbé.
Cetce dégradation générale des écosystèmes aquatiques est directement
liée au développement économique né de la révolution industrielle. L'impact de
l'homme sur le milieu naturel s'est alùrs accentué sans commune mesure avec le
simple accroissement démographique.
On peut schématiquement rapporter à trois types de causes l'origine
des perturbations subies par les systèmes d'eau courante:
1)
les interventions directes de 1 'homme sur le cours d'eau (aménagement s)
2)
les rejets polluants ponctuels
3)
les rejets diffus et les modifi cat ions de l'occupation des sols du bassin
versant.
*
Des aménagements ponctuels des cours d'eau ont existé depuis le Moyen
A ge (moulins ~ seu· ls), mais- les prem1È' res perturbations sérieuses des grandes
rivières ont été
~ausées
par l'endiguement. Ainsi, par exemple, en 186b, un
Grenoblois se plaint que, à la suite des travaux destinés à prévenir les inonda­
tions
"l'Isère, le Drac et la Romanche .... sont beaucoup moins poissonneux
qu'ils l'étaient anciennement" (in réf.
24
). Par la suite, les aménagements
destinés à la navigation ou à la production d'électricité se sont multipliés, au
point qu'un fleuve comme le Rhône n'emprunte plus, entre Lyon et la mer,
un
seul kilomètre de lit que l'on puisse qualifier de "naturel".
* Les
rejets polluants d'origine domestique ou industrielle se sont
multipliés parallèlement à l'urbanisation et à l'installation du "tout à l'égout"
mais c'est surtout au cours de la période d'industrialisation
et de fotte
croissance économique qui a suivi la dernière guerre que la pollution provoquée
par ces rejets a pris une extension et une ampleur considérables.
*
Enfin, les rejets diffus et les perturbations du bassin versant sont
devenus, au cours des vingt dernières années,une cause importante de dégradation
des cours d'eau; ces phénomènes sont liés à l'urbanisation, mais surtout à la
généralisation des pratiques de l'agriculture intensive.
-
L'imperméabilisation des
14 ­
sols
urbains et le lessivage pat les
pluies de ces surfaces entraînent en effet des perturbations hydrologiques et
des apports polluants (hydrocarbures). Des transformations brutales du mode
d'utilisation des sols agricoles peuvent aussi provoquer des perturbations
sérieuses dans les rivières ; en particulier les nitrates provenant des
épandages d'engrais sont maintenant reconnus comme étant un facteur parfois
important de pollution.
3-2 - La pollution
3-2-1 - Q~6~~~~Q~
On entend par "pollution" : "l'altération d'un écosystème naturel ou
non, ou d'une fraction d'écosystème, sous l'action d'un ou plusieurs agents
polluants de nature variée, produits directement ou indirectement par
l'homme ou à la suite de ses activités."(24).
Mais cette notion d'altération reste elle-même subjective, et souvent
anthropocentrique; ainsi les classes de qualité (lA, lB, II, et III) en usage
dans l'administration sont elles définies en fonction des usages possibles de
l'eau, et dans la pratique, appréciées essentiellement à partir des parwmètres
physico-chimiques. Or il est impossible de définir l'altération d'un écosystème
sur la base des seuls paramètres ,tbl0tiques, et en fonction des besoins de
l'homme. C'est en fait uniquement sur la base de critères biologiques que la
notion de pollution peut être objectivée; ces critères sùnt la nature, la
variété, l'abondance, la productivité, la diversité des communautés vivantes
(cf. 8 ). Ainsi l'état de pollution sera défini essentiellement ~ar rapport à
la biocénose du cours d'eau.
Cependant, en fonction de la nature de la charge polluante, on parlera
de pollution organique, chimique ou physique.
3-2-2 - ~~_eQ~~~~nLQ~g~J1'i.ql:!g
3-2-2-1 - Les causes
----------
On parle de pollution organique pour décrire les effets d'un apport
excédentaire de matière organique particulaire ou soluble, mais on peut aussi
employer ce terme à propos des apports de sels minéraux nutritifs. Dans les
deux cas, les conséquences biologiques sont comparables dans un premier temps,
car celà correspond à une augmentation de l'entrée d'énergie dans l'écosystème
(cf. § 2-3 et fig. 3).
Dans les cas de rejets de matière organique, l'entrée d'énergie est
directe. En effet, la matière organique est en elle-même
un apport énergétique
utilisable par les bactéries, certaines algues, des organismes détritivores
· 15 ­
ou filtreurs ;
~econdairement,
l'act vité bactérienne au sein de l'eau et des
sédiments a pour conséquence la production de déchets métabolIques contenant
des ions azotés et phosphorés.
Les appllrts de sels minéraux provoquent indirectement une augmentation
de l'entrée d'é 11ergie. En effet, les teneurs en nitrates et surtout en phosphates
sont naturellement faibles dans les systèmes aquatiques, ce qui contribue à
limiter le développement des végétaux; un apport de sels minéraux a donc un
effet fertilisant qui stimule la production végétale. Cela entraine une
meilleure utlli5ation du rayonnement solaire, et correspond bien à un apport
énergétique sup1>lémentaire.
Dans un premier temps, ce supplément d'énergie disponible pour l'écosystème
va provoquer un accroissement de la biomasse deI 'ensemble de la biocénose avec
pour corollaire une augmentation du métabolisme et donc de l'énergie dissipée.
On peut donc considérer la pollution organique comme un phénomène
tendant à s'autJentretenir selon le schéma suivant:
charge polluante =
meilleure utilisation
~e l'énergie solaire
matière organique
augmentation de l'entrée
~d'~
. cl ans l'~ecosysteme
~
energle
,,.
Accroissement de la matière
stimulation du
développement des
végétaux.
organique assimilable
t
t
prolifération et mort
accroissement de la
prOductiol œ déchets
massive des organismes
biomasse vivante et du
accroissement des
~ métabolisme global de
la biocénose
l
teneurs en sels
minéraux
.4~
augmentation de la sortie
charge polluante
d'énergie (énergie métabo­
= sels
lique dissipée)
= autoépuration
minéraux
-
16 ­
3-2-2-2 - ~~!E~E~i~_~!_E~!!~!i~~
Si l'apport organique reste faible, il se peut que l'effet observé
n'aille pas au jelà d'une simple augmentation générale de la biomasse vivante,
les communautés restant stables et bien diversifiées. On pourra parler alors
"d'eutrophisati0n" du milieu.
Etymologiquement, "eutrophe" signifie "bien nourri". Dans un système
eutrophe, toute l'énergie disponible est bien utilisée et recyclée: la
productivité est forte, mais il n'y a pas d'accumulation
de déchets.
Ma1S des que les apports dépassent un seuil, correspondant à la
capacité d'assimilation du système, certaines espèces se mettent à proliférer
et l'équilibre de la biocénose est rompu; des "résidus" inutilisés apparaissent
le cycle de l'énergie est perturbé. C'est le début de la pollution organique.
Très schématiquement, on peut comparer l'écosystème eutnophe
à un athlète et la pollution organique à l'obésité. Mais l'eutrophisation
vraie est rare, et ce terme sert fréquemment à masquer d'un voile pudique des
pollutions caractérisées.
3-L-2-3 - ~~~~~~~g~§_li~2_~_!~_E~1!~!!~g_~Eg~~!g~~
Quand le seuil de pollution ~st dépassé, l'accroissement de la
biomasse vivante provoque une augmentation importante de la consommation
d'oxygène.
Pendant la journée, la photosynthèse peut parfois compenser ce phéno­
mène et la prollfération des végétaux provoquer des sursaturations spectacu­
laires; mais Id nuit, le taux d'oxYJ;ène s'abaisse jusqu'à des valeurs critiques.
De plus, les organismes phytoplanctoniques qui prolifèrent ont des cycles vitaux
courts, ce qui signifie qu'ils meurent rapidement et massivement, et leur
décomposition par les bactéries accroit encore la demande en oxygène.
Dans un système équilibré, toute la matière vivante est utilisée par
des consommateurs et les déchets sont recyclés par les décomposeurs. Dans un
système pollué, des résidus inexploités, conséquence des proliférations de
(­
certaines espèces ou des apports organiques, s'accumulent au niveau du sédiment.
Leur transformation en l'absence d'oxygène est assurée par des bactéries
anaérobies qui excrètent des produits plus ou moins toxiques (NH4+, H2S). D'une
manière générale, la présence dans l'eau d'ions incomplètement oxydés est un
- 17 ­
signe manifeste de pollution.
Général~ment,
la pollution due à des apports de sels minéraux ne dépasse
pas ce stade. Mais des rejets excessits de matière organique peuvent aboutir
à des situationg beaucoup plus graves, où la biocénose se réduit à des organismes
décomposeurs (b.-l.ctéries), les producteurs et les consommateurs étant quasiment
éliminés sur des zones plus ou moins longues à l'aval des déversements.
Enfin, dans les cas extrêmes, lorsque l'eau est totalement dépourvue
d'oxygène au niveau du fond, la surface du sédiment devient réductrice; les
changements de structure qui en résu ltent provoquent la mise en solution des
ions contenus dans le sédiment, avec pour conséquence une nouvelle aggravation
de la poIlu tion.
3-2-3 - ~~_e9~~~~_~~q~~
Une pollution chimique est la conséquence d'un apport de produits chimiques
solubles, indésirables ou toxiques.
La palette des molécules chimiques
s~sceptibles
de se retrouver dans
les cours d'eau offre une variété insoupçonnée, meme dans les zones supposées
indemnes. Pratiquement, tous les produits fabriqués ou utilisés par l'homme sont
susceptibles de se retrouver dans les cours d'eau, qu'ils y parviennent par le
lessivage des sols, les égouts, les jéversements accidentels ou "accideIilb.els" ,
les actes de négligence ou de malveillance.
Les effets toxiques immédiats sur la biocénose dépendent à la fois
- de la nature, de la dose et du temps de contact du produit,
- des caractères physico-chimiques de l'eau,
- de la nature, du stade de développement et de l'état physiologique des
espèces présentes.
La pollution toxique aigüe, qui provoque la mort, ou dans le meilleur
des cas la fuite des espèces vivantes, est parfois spectaculaire et facile
à détecter. Plus générale, plus insidieuse, souvent beaucoup plus grave est la
pollution chimique chronique, qui résulte de la présence dans l'eau de produits
plus ou moins toxiques, à des concentrations subléthales, parfois infimes. Les
problèmes dans ce cas viennent du fait que l'eau est fréquemment au sein de
l'écosystème le compartiment dans lequel des concentrations en produits toxiques
sont les plus faibles; en effet, il est habituel que ces produits s'accumulent
dans les sédiments, et soient concentrés par les organismes vivants.
- 18 ­
L'accumulation dans les sédiments est due à l'adsorption des molécules
sur les particu:es organiques et minerales au cours de la sédimentation. Ces
toxiques peuvent ensuite être repris par les bactéries qui, le plus souvent,
les dégradent, mais parfois les transforment en un dérivé plus nocif (cas du
méthylmercure).
Les processus de contamination des êtres vivants sont plus complexes.
Il peut y avoir amplification des concentrations dans les niveaux trophiques
supérieurs par "effet de chaîne alimentaire", mais ce phénomène est rarement
prépondérant daus les écosystèmes aquatiques. En effet, quelque soit le mode
d'entrée du toxJque dans l'organisTIle (alimentation, pénétration par les branchies
ou à travers les téguments), c'est le rapport du taux d'entrée sur le taux de
sortie qui détermine sa concentration finale. Or ce rapport dépend de nombreux
facteurs, tels que par exemple (19) :
- l'espèce, la taille, l'âge de l'individu,
- le taux de lipides dans l'organisme, et la lipophilie du produit,
- le mode de liaison, de dégradation, de transformation du produit à
l'intérieur des cellules,
- le taux d'échange de l'eau entre l'organisme et l'environnement ...
En définissant le facteur de concentration (C.F.) comme le rapport
de la concentration d'un produit dans une espèce vivante sur la concentration
de ce produit dans l'eau, one constate que les C.F. peuvent prendre des valeurs
comprises entre 1 et 10.000 quelque soit la position de l'espèce dans la cha!ne
alimentaire. Enfin, si l'on précise que les différents toxiques peuvent avoir
des effets sYnergiques, on aura une idée de la complexité des phénomènes de
pollution chimique.
Il est impossible de dresser ici un tableau complet des produits polluants
rencontrés dans les eaux douces; la liste ci-dessous mentionne simplement les
principales familles de composés chimiques parmi lesquelles se trouvent les
molécules les plus toxiques
- les métaux lourds sous forme ionisée (Hg, Cd, Ag, Cu, Pb, Zn, Mn, As ... )
- les organochlorés et organohalogénés (nombreux insecticides et
herbicides, pnlychlorobiphényles, ... )
- les organophosphorés (insect icides, divers biocides)
- les organom~talliques (rnéthyl-mercure, nombreux herbicides et fongi­
cides)
-
19 ­
- les composés organiques soufrés,
diverses molécules azotées (cyanides, carbamates, amides, nitrosamines ...
et certains ions CN-, NH4+)'
3-2-4 - ~~_e~~~~~_e~y~~q~~_
Un~ pollution physique est causée par la modification d'une propriété
physique de l'tau, comme la turbidité ou la température, mais aussi la
radioactivité, la tension superficielle, etc ...
3-2-4-1 - ~~!!~!i~~_E~E_!~~_~~~i~!~~_~~_~~~E~~~i~~ (MES)
Les N.E.S. inertes proviennent soit de travaux dans le lit de la
rivière (dragages), soit du lavage de matériaux (extractions de graviers, car­
rières, mines), soit encore de modifications du tracé du cours d'eau ou de
la couverture végétale du bassin versant ayant entraîné des reprises d'érosion
rares sont les
~ours
d'eau qui présentent naturellement une turbidité élevée
en dehors des périodes de crues.
Les M.E.S. minérales ou organiques provoquent en premier lieu une aug­
mentation de la turbidité de l'eau; il s'ensuit une inhibition de la photosyn­
thèse et donc de la production primaire dans l'écosystème, avec toutes les
répercussions imaginables au niveau des consommateurs. Mais les M.E.S. exercent
également une
a~tion
irritante sur les poissons, particulièrement au niveau
des branchies, et gênent considérablement tous les invertébrés qui se nourrissent
en filtrant l'eau. Enfin, la sédimentation de ces M.E. S. entraîne le colmatage
des substrats, ce qui perturbe gravement le développement des invertébrés
épibenthiques.
Pour toutes ces raisons, la présence de matières en suspension
dans les cours d'eau est très néfaste.
3-2-4-2 - ~~!!~!i~~_~È~E~ig~~
Les rejets d'eaux chaudes proviennent principalement des centrales
thermiques et nucléaires.
L'importance biologique et écologique du facteur température est telle
qu'un réchauffement de l'ordre de 1°C peut avoir des effets sensibles sur
certaines espèces ; un écart de 2°C sur la température maximale moyenne en
période chaude est susceptible d'induire des changements notables dans la
biocénose. Les rejets thermiques perturbent aussi le. comportement des poissons
dont les peuplements peuvent être sérieusement affectés.
- 20 ­
Mais les pollutions thermiques ne sont pas imputables uniquement aux
rejets d'eau chaude. Les barrages importants,qui provoquent une stratification
de la température de l'eau stockée, induisent des perturbations plus subtiles
des cycles thermiques à l'aval. Les effets néfastes pour les populations
d'insectes comme pour les poissons
peuvent s'en faire sentir
sur de longues
distances. Ecologiquement parlant, des variations brutales de la température
ou même une température constante, sont aussi peu souhaitables qu'un réchauffement
général du cours d'eau.
3-2-5 - çq~~q~g.~S-g.~_~S-~~~g~ql!:g.~_gg._:f-q_e~~~q~
Très souvent les écosystèmes potamiques subissent simultanément,à des
degrés divers, les trois types de pollution organique, chimique et physique.
Leurs effets combinés sur les communautés vivantes aboutissent à des situations
qui son t ré sumées dans le tab leau l (p.
On assiste globalement à une
21
).
~imp~6i~on de
plus en plus marquée
de la bio~éno~e avec dans un premier temps le remplacement d'espèces sensibles
par d'autres plus résistantes, qui peuvent éventuellement proliférer.
Au niveau des invertébrés benthiques on observe une polluo~~n~ibitité
d<..66éJt~nti~lle d~ gJtoup~~ 6a.uvU.J.>tiqu~~
entiers, qui disparaissent dans un
certain ordre: Plécoptères, Trichoptères à fourreau larvaire, Ephémèr.es ... ,
les organismes détritivores endobenthiques (Oligochètes, Chironomes) sont par
contre globalement les plus résistants.
-Enfin, il faut mettre l'accent sur la ~~n~ibiiité d<..66éJt~nte d~~ d<..v~~
~yp~~
de
~y~tèm~~
aquatiqu~~
vis-à-vis d'une même charge polluante.
Les écosystèmes lotiques, avec des eaux rapides et froides, assimilent
assez peu les charges polluantes organiques qu'ils véhiculent souvent sur de
longues distances. Par contre, les systèmes lénitiques sont plus rapidement
perturbés et présentent une sensibilité particulière à la pollution. Quant
aux systèmes stagnants, ils "piègent" les polluants et par suite la pollution
y revêt un aspect cumulatif très grave ; ce sont les écosystèmes les plus
sensib les.
Cette différenèe de sensibilité est également perceptiDle à l'intérieur
d'un même secteur, où les faciés lénitiques seront plus perturbés
cela entraîne
le déplacement de la faune vers les zones lotiques (changement imposé d'habitat).
- 21 ­
SITUATI ONS
ECOSYSTEHE
NATURE DE LA CHARGE POLLUANTE
'NATl'REL"
DE
REFERENCE
en équ libre énerg{>tique
Com)-lOHt<OI1 (.uautatlv(:
R~dl~~~C ~pél{1{Qul' (S)
(V Abolldfulcr
B.ÜtnaBC (B)
V.(_vr'L~<t{·
[Al
}
PHENOMENES OBSERVES
de la
biocénose
optimales en fonction du degré de trophie
de type
OlIGOTROPHE
ou
EUTROPHE
A et B fait Les ------' A et B élevées
S et D élevées C:)
S et D maximales
IOH~ Hut~ te 1~ ou
ma.t<.[''t~.~
J'l9ful{quC~
~C'll11l'Htl'~ .(b(Q/.l Ou
a~.~ {m-l.L LW te ~
t
_-------t-~--a-p-p...."w 1"" bf"
Soit (rare) J
:::::: Soi'
~(1-;-plu~ ;;;;';;;e-;;-,)" ­
-P;1b':-t d;- f-;;-
po~on
Ap).ll''lO Cf] quallf"<-:tr
C'l(J{ Hfu:tl' cxCt'dallt fa
ca).'ac dl' d' aButl{ fat,{of]
du
Début de plolifération de certains
produC'teurs, décomposeurs et
consommatel;rs saprophiles
•
~!JHl'm,
rc'LLUTlON
O'RG-\NIQ.UE
B : croît, A : croît; S
Appa't-<..U.on de
Il !I.é~ÙÛ.L6"
t.'l.OptuqUe.6
! stable
D : diminue
PILodu.-<.:tb ch-im-Lqy.. C!.l nOt
a.H-i.m-<'lable~ Ou toûquM 1>
POL LUTI ON CHVH2UE
.--- --­
1
~po~~
Disparition de certaines espèces
pol1uosenslbles pouvant être
remplacées par d'autres plus
tolérantes (enfonction du niveau
typologique:
Concentratlon de la faune en
facies lotique
(Pollution organique et physique)
Channement4
d' hab-ita.t6
Di spari t ion de nombreuses espèces
sensibles
ProlifératIon des espèces
polluorésistantes
(Pollution organique uniquement)
 cl B + stables; S : d(.croît
J)
diminue
S~p.t<.Mc.a.t.i.on de plu.4 ~n
p~ ma'Lquée de la.
1
1
1
Ma..ü.è!l.C6 en
+
-<-nelLte6
POLLUTION
~u6pen~-<..Otl
PHYSIQUE
1
t>:
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
--- -----t>
--- --- --t>
b-<'oc.éno~e
Disparition de groupes taxonomiques
entiers (dans l'ordre: Plécoptères,
Trichoptères, Ephéméroptères)
Peuplement de poisson gravement
affecté
B : décroît ; A : décroît ;
D: réduit
S : réduit
1u elques esp&ces de producteurs et de
consommateurs subsistent en facies
loti que
Seuls des décomposeurs très
résistants subsistent en faciés lénitique
-
-
EHet de "baJlJL.ièILe de
poUu.tion"
--- --t>
Biocénose reduite à des organism~s
saprophytes (Bactéries, Champignons,
parfois abondants) avec quelques
décomposeur s (01 igoch~ tes, Ch ironomide s)
Tlta.u!.l ~o!l.maüon totaRe de.
ta.
b-<'oc.éno~e
Seuls subsistent quelques espèces de
microorganismes (Protozoaires, Bactéries,
Champignons. parfois abondants)
Gradient de pollution
CD
'-- ------[>
Ecosystème pouvant être totalement
abiotique
V.wpa!l.-<..tA..on de tou{e. v.ie.
aquat-<.que
Tableau 1 - Situations biologiques observées dans des écosyst~es d'eau çourante pollués
(modifié d'après LAFONT. 1975 et VERNEAUX. 1980).
- 22 ­
Ces trolS principaux phénomènes, simplification des communautés, sensi­
bilité différencielle des groupes faunistiques, sensibilité plus grande des
faciés lénitiques, sont pris en compte par des méthodes biologiques d'apprécia­
tion de la quallté de l'eau telles que les indices biotiques (20 ) ; ces
méthodes~et
surtout les analyses biocénotiques plus complètes, constituent le
moyen le plus s11r pour évaluer le
aquat ique ( 21
y
(
de~ré
réel d'altération d'un système
26).
3-2-0 - h~~Q~e~~~~~
Si un système pollué retrouve après une certaine distance ou un certain
temps un état c1lmparable à celui "d'avant" la poLlution pour tous ses paramètres.J
on peut parler J'autoépuration.
Ce phenomène est essentiellement biologique, bien que des processus
purement physiques puissent intervenl r, comme la di lution, rarement suffisante,
ou la décantatilln,qui ne fait que déplacer le problème de l'eau vers le
sédiment. En cas de pollution chimique, ce sont le plus souvent des bactéries
qui contribuent à l'épuration en dégradant certaines molécules toxiques.
Dans les cours d'eau subissant une pollution organique, l'autoépuration
est assez générale, bien que son importance soit alors très variable selon les
situations.
On aura noté que la pollutlon organique se traduit par un apport
énergétique supplémentaire dans l' éc.)système (cf § 3-2-2-1). Dès lors il
apparait tout naturellement que les processus autoépurateurs sont ceux qui
permettront la sortie de cette énergie autrement que par un entraînement, vers
l'aval de la matière organique (cf f 19. 3 p. 1 l
).
Autrement dit, il s'agit d'exporter de l'énergie vers le milieu terres­
tre, sous forme de matière organique ou de chaleur (cf. § 2-3); en ce sens, c'est
bien toute la biocénose qui participe à l'autoépuration et pas seulement certains
organismes dits "épurateurs". En effE't, tous les êtres vivants respirent et
donc dégagent
de la matière organique en produisant de la chaleur, et les
processus naturels exportant de la matière vivante (éclosions, prédation) ne
sont pas à néglJger.
Mais une fractIon importante de l'énergie se trouve sImplement stockée
dans l'ëcosystème pollué sous la forme d'une biomasse d'organIsmes décomposeurs,
et de végétaux qui profitent des sels mInéraux excrétés; or l'autoépuratlon
n'est
c.ompl~te
que si cette bIomasse peut à son tour être aSSimIlée et recyclée
- 23 ­
par des consommateurs, ce qui est rarement le cas.
Le plus souvent, les bactéries, les algues planctoniques et benthiques
et les végétaux qui prolifèrent à la belle saison meurent en masse et cons­
tituent alors une nouvelle charge polluante (on parle parfois de "pollution
différée"). Dans les potamons par exemple, le zooplancton étant peu abondant,
le phytoplan(ton n'est pas consommé et contribue autant à l'entretien du
cycle de pollution (cf. §.3-2-2-1) qu'à l'autoépuration.
On comprend dès lors que ce phénomène ait ses limites. La capacité
réelle d'autoépruation d'un système dépend à la fois de sa capacité à assimi­
ler, utiliser et recycler l'énergie excédentaire, et de ses possibilités pour
en exporter le surplus.
Dans cette optique, il faut distinguer l'épuration de l'eau de
l'autoépurat10n
d'un écosystème; ces deux expressions ne sont pas équiva­
lentes. En effet, pour épurer de L'eau on demande à un système épurateur,
souvent biologique, d'absorber et de concentrer les substances polluantes
contenues dans l'eau; mais généralement, c'est l'homme qui se charge d'éli­
miner mécaniquement la biomasse produite lors de l'épuration. Par contre, pour
s'autoépurer réellement, un écosystème doit par lui-même être capable de re­
cycler cette biomasse pour éviter l'accumulation de résidus. La différence,
on le voit, est importante.
De même, tous les écosyrstèmes n'auront pas des capacités d'autoépura­
tion identiques. Cette capacité est généralement faible dans les systèmes
lotiques, qui se comportent plutôt en "vecteurs de pollution". Dans les eaux
calmes, au contraire, la transformation de la matière organique est plus
active, d'où une plus grande capacité d'autoépuration ; mais il faut distin­
guer ici les patamons et les milieux stagnants. Dans ces derniers, l'énergie
excédentaire qui n'a pu être exportée vers les écosystèmes terrestres
s'accumule inexorablement: celà explique la grande sensibilité de ces
systèmes. Par contre, dans les potamons, les résidus so~t entraînés par le
courant, en particulier à l'occasion des crues hivernales.
En définitive, c'est souvent dans la mer que se termine l'autoépura­
tion,et déjà bien des estuaires, des zones côtières ou des mers fermées comme
la Baltique ou l'Adriatique
voient leur capacité d'assimilation dépassée
et atteignent des seuils de pollution inquiétants.
- 24 ­
De ces considérations, nous pouvons retenir quelques aspects pratiques.
Tout d'abord, les activités humaines qui favorisent le transfert de
matières organiques du milieu aquatique vers le milieu terrestre participent
à l'épuration des écosystèmes: c'est le cas d'un faucardage bien conduit,
d'une exploitation rationnelle de ta pêche et du curage (qui présente par
ailleurs d'autres inconvénients).
Par contre, tout ce qui gêne le développement d'une biocénose diver­
sifiée diminue les possibilités de recyclage de la matière organique et ré­
duit la capaclté d'autoépuration du milieu: c'est le cas des pollutions
physiques et
(~himiques,
Enfin~
et de la pLupart des aménagements.
d'une manière générale, dans un système potamique, plus le
biotope est varié, c'est à dire pruche de son état naturel, plus la biocénose
est diversifiée; en conséquence, l'uniformisation des habitats aquatiques
restreint la capacité d'autoépuration de l'écosystème.
3-3 - Les perturbations engendrées par la navigation
Ces_perturbations sont liées à l'aménagement des rivières pour la
navigation, au passage des bateauxet aux opérations d'entretien des voies
navigables.
3-3-1 - ~~_~~~~~g~~~~~~
L'utilisation d'une rivièr~ comme une voie navigable nécessite des
modifications de son profil en long et en travers, et souvent de son tracé
des barrages isolent des biefs qui sont rectifiés, endigués, recalibrés et
dragués.
Les effets sur le biotope sont multiples: le courant est ralenti,
les habitats lotiques disparaissent, le substrat se modifie à cause d'une
sédimentation accrue, la tendance au colmatage s'accentue. Le chenal
approfondi et élargi ne permet plus l'installation de végétaux tandis que
les communications avec les zones lénitiques peu profondes (bras morts, noues)
et les zones humides rivulaires sont le plus souvent supprimées. L'augmenta­
tion du temps de séjour de l'eau provoque une modification du régime ther­
mique, (échauffement.estival plus accentué) et une baisse des teneurs en
oxygène dissous que l'aération engendrée par les barrages ne compense que
partiellement; dans les zones profondes, on assiste parfois à un début de
- 25 ­
stratification de ces deux paramètres à l'étiage.
Tous ces effets convergent
vers une simplification et une
uni6o~­
6ation de6 habitat6 au détriment des zones lotiques et des zones calmes de
faible profondeur, avec a~~entuation du ~~aetè~e 6tagnant du milieu: à
l'étiag~,
le biotope des rivières canalisées ressemble à celui des canaux
(cf. §.2-4).
3-3-2 - ~~_~~~{g~~~
Le passage des bateaux à moteur provoque certes un brassage de
l'eau qui favorise son oxygénation et son homogénéisation,compensant ainsi
très partiellement l'absence de courant, mais le remous et le batillage
entrainent une érosion des berges et la remise en suspension des M.E.S.
déposées sur le fond et la risberme. Ce phénomène dont l'ampleur dépend de
la nature du substrat, de l'état de la berge, du profil en travers de la
voie navigable et de l'ampleur du remous et du batillage créé par chaque
bateau, provoque une pollution
Cette perturbation directement
tue le plus
~ouvent
très nette par les M.E.S. (cf. § 3-2-4-1).
li~e
à l'importance du trafic fluvial, consti­
un problème majeur.
Le batillage a aussi un effet traumatisant pour la faune aquatique
dans les zones de bordure ; les pontes des insectes ou le frai des poissons
peuvent être endommagés et les alevins projetés sur la berge.
Enfin, il faut évoquer la possibilité de pollution par les hydrocar­
bures qui, en formant un film
à la surface de l'eau, ralentissent les
échanges gazeux avec l'air et gênent l'éclosion des insectes.
3-3-3 - ~~~~~~~~_~~~_~q{~~_~~~{g~~~~~
Les opérations de curage, dragage, faucardage, peuvent évidemment
causer des dommages importants dans les mi lieux aquatiques. Ces perturbations
sont liées
- à la destruction temporaire ou permanente d'un habitat aquatique
(végétation, sédiment) et de la faune qui lui est associée,et à l'uniformisa­
tion du biotope consécutive à ces travaux
à la mise 'n suspension de particules fines, entrainant une pollution
par les MES très gel
~te
;
- à la mise en suspension ou en solution de particules ou de molécules
organiques incomplètement oxydées qui peuvent, en consommant brutalement
-
26 ­
tout .l'oxygène dissous, provoquer la mort des poissons
- à la mise en solution éventuelle de molécules toxiques accumulées
dans le sédiment.
Tous
ces effets sont gravement accentués si les travaux nécessitent
un chômage qui provoque une réduction irnpwrtante du volume d'eau, voi re la
mise à sec d'une partie du bief.
3-3-4 - çe~~~q~~~~~~-~~q{Qg~q~~~_~~_~~_~~~~g~Q~
Globalement, la transformation d'un potamon en voie navigable se
traduit par une dégradation de l'écosystème.
La d1sparition des facies lotiques et la réduction des zones calmes
de faible pr()fondeur colonisées par les végétaux, deux habitats très productifs
et deux types de frayères recherchées, se combinent à l'effet de pollution
par les M.E.S. pour
entraîner une simplification de la biocénose, une
transformation des peuplements, une réduction de la biomasse.
La cdpacité d'autoépuration du milieu est réduite, tandis que
l'accentuatidn du caractère stagnant induit une prédominance du métabolisme
planctonique et une sensibilité
accru~
à la pollution.
Ces phénomènes sont particulièrement
évid~nts
au niveau des popula­
tions de poissons.
Les espèces qui disparaissent les premières sont les espèces migra­
trices amphi biotiques, pour qui la canalisation et les constructions de bar­
rages constituent autant d'obstacles à la migration; mais les poissons non
migrateurs sont également menacés. Les. espèces liées aux habitats lotiques
(vandoise, spirlin, toxostome, barbeau, hotu) sont éliminées au profit
d'espèces d'eau calme, polluorésistantes et capables de consommer du plancton
(gardon, ablette, chevaine, brème). Même le brochet, espèce phytophile,
peut être menacé du fait d'aménagements bloquant l'accès à ses frayères
(herbiers, prairies inondées et zones humides rivulaires
de plus en plus
rares) .
3-4- Exemples d'écosystèmes perturbés
On
trouvera ci-dessous quelques exemples d'observations effectuées
sur des canaux et des rivières naviguées, lors d'études réalisées par la
Division Qualité des Eaux du C.E.M.A.G.R.E.F.
La figure 4 permet de comparer l'évolution des teneurs en sels miné­
raux dans le Doubs avant sa confluence avec la Saône (station 5, non naviguée)
- 27 ­
et dans la Saône entre Châlon et fournus. Le Doubs montre une évolution
normale des teneurs pour un potamon moyennement pollué: les nitrates (N03-)
sont fortement consommés par la végétation pendant les mois d'été. Dans la
Saône, les teneurs plus élevées en phosphates et nitrates, et surtout en
NH4+
pendant l'été montrent que les phénomènes biologiques sont fortement
perturbés. Cette situation est due aux effets combinés d'une pollution orga..;.
nique et d'une pollution par les M.E.S. imputable aux effets du batillage,
aux dragages et à certains aménagements.
FIG. 4- _\(ARIATION DES TENEURS EN SELS
MINERAUX DANS LA SAONE ET DANS LE DOUBS
11
NOj
mg"
'0
01
02
03 04
05
06 01
Il
NH4
mg/L
~
,,/. -
- " ..... '"'- - "
.1/,:....
,
l
~ ~~~./
.......I ..... '
11
'l'
"~'~,~__
"
0,8
...
,../"\,\
"
~~~~--~I'
1
" '
......
...........
O,t.
1978
ct' après WASSON, 1980 (25)
1979
1
'iL
"\
'1 '.\
,,_#1'
1
\l
1
OOUBs-SitSI
-
"
.,
1
_/''',
12
1
.. ..
1
.......
5
10
/, NO]
1·..... ~.~
" l "1
1
10
09
1
1
1
"
01' l,'
',', .........
0,2
08
1SAONE -su.1
0,8
0,6
5
12
p 04--­
1
•
---.NH,
o,s
- 28­
FIG.S _ RELATION CH LOROPHYLLE A ... NAVIGAT10N
MOYENNE DES 3 MOIS D'ETE
Nbntde
Chi A
9 /1
/mois
bateaux
3
15
20
10
10
5
a
0-
1
Bourgogne
1
~
1
1
Orchamps
Mam<l Saone
1
1
voujeaucourt­
Cenl"re
FIG. 6 _ RELATION CH LOROPHYLLE A NAVrGATION
ENSEMBLE DES DONNEES
Chi A
4g Il
o
o
./
/
1
À
/
--
.....
0
1
Morne Saône
o
voujau court] Canal du
Â
Orchamps
Rhône au Rhin
\
0
00
0\
o
\
\
0
1
Bou r'90gncz
At.
\
1
1
•
\.
1
/
Centre
1
1
10
1
1
À
1
,
1
\
\
0
\
\
\
\
0
\.
Â
A
0
,---",..
1
o
0/
/
./
0
200
D'après BARBE, 1982 (3)
250
Nb~
de bahtaux
dans le mois
-28 bis-
FI G .. 1 _ CO MPARAISON DES MOYENNES DES TENEURS
EN MES ET CHL A
100-
moyenne MES m
mg/I
40
MES
30
4-0-
20
20-
10
Bourgogne
1
Centre
•
1
vouJoucour..
Orchamps
1
1".
Morne Saone
FIG
8 _VARIATION DES TENEURS EN CHLOROPHYLLE A
POUR LES 5 CANAUX
EN FONCTION DE LA TEMPERATURE
Chi A (~9/1»
20
10
S
10
o
20
1S
O2n tf"Wl
Ci)
D'après BARBE,1982 (3)
Orchamps
• Bourgogne
1::.
At.
Température ·C
y= 3 .. 86 x + 4-3,19
o voujoucourt" @
Canaux
2S
®
@
Mome Soôn(l
®
y=11 .. 5 )( + 67.66
y = 6,4- x + 31,4-1
y =0,62 x + 19.. 00
y
=0, 78 x + 11, S1
- 29 ­
Les figures 5 et 6 illustrent une relation entre les teneurs en chlo­
rophylle~,
qui réflètent l'abondance du phytoplancton, et le trafic fluvial
(nombre de bateaux/mois) pour des canaux peu fréquentés. La production
primaire dim1nue fortement quand le trafic dépasse un certain seuil et la
nature limoneuse du substrat intervient aussi très défavorablement pour
le canal de Bourgogne. La figure 7 montre que cet effet inhibiteur de la
navigation est lié à l'augmentation des taux de MES minérales. Enfin, la
figure 8 mdntre que sur les 5 canaux étudiés, les plus navigués (4 et 5) sont
les plus perturbés: en effet, l'absence de corrélation positive entre la
teneur en chlorophylle et la température est un phénomène tout à fait anormal
qU1 témoigne d'une inhibition de la photosYnthèse par les MES.
Le tableau II indique la composition de la faune benthique dans
deux stations naviguées de la Saône à l'aval de Châlon. Le peuplement est
très~auvre
et sa densité très faible: pour une station normale, avec les
méthodes employées, le nombre de groupes faunistiques devrait être supérieur
à 40 et la densité supérieure à 6.000 individus/m2 . On constate aussi une
nette dominance des organismes endobenthiques (chironomes et oligochètes)
"Stations
Groupes faunistiques
13 km aval Chalon
amont Tournus
(%)
(%)
Chironomes
45,0
69,3
Oligochètes
46,3
12,5
Ganunares
5,7
9,8
Aselles
0,8
0,9
Ephémères
CentILoptilum
CaenL!>
3,4
0,5
Corises
0,5
l ,0
Nb total de G. F.
Nb indi vidus/m2
18
envi ron 2.500
L4
environ 1.600
Tableau II - composition du benthos dans un cours d'eau navigué
et pollué : la Saône (2-4 Juin 1980)
Rapport CEMAGREF en préparation. (4)
- 30 ­
et des détritivores (gammares, aselles) alors que les insectes épibenthiques
(éphémères) sont rares. Une telle communauté est très symptomatique d'une
pollution organique et d'une perturbation par les MES. Pour les végétaux
aquatiques, dans ces deux stations, les observations sont aussi défavorables:
les zones de bordure jusqu'à 80 cm de profondeur sont pratiquement dépourvues
de végétation immergée à cause de la remise en suspension permanente des
limons par l'effet du batillage.
Pour les peuplements
de poissons, la situation est généralement
très mauvaise.
Actuellement, des échantillonnages effectués avec la même technique
dans des secteurs navigués ou canalisés et des secteurs à écoulement libre
se traduisent par une très forte réduction de la diversité spécifique dans
les secteurs aménagés.
Ce phénomène s'accomplit pratiquement touj ours selon le même schéma
disparition progressive des jeunes classes d'âges, vieillissement de la
population puis extinction.
Les espèces migratrices sont particulièrement menacées.
Ainsi, sur le Rhône, avant la création du barrage de Donzère, la
migration de l'alose était signalée jusqu'à Auxonne (bassin de la Saône) et
jusqu'au canal de Savières(bassin du Rhône) ( 6). Actuellement, alors que
l'aménagement du Rhône à l'aval de Lyon est terminé, la migration de l'alose
est pratiquement bloquée au niveau du barrage de Beaucaire.
Mais la situation de beaucoup d'espèces sédentaires n'est guère plus
brillante; généralement, les peuplements se trouvent réduits à quelques
espèces particulièrement peu exigeantes et résistantes aux phénomènes généraux
de pollution (ex: gardon, brême, ablette, sandre, rotengle), mais pouvant
alors atteindre de fortes densités.
A titre d'exemple, dans la Saône, on recensait 30 espèces de poissons
en 1948
en 1978 on
n'en~ouvait
plus que 21.
Les espèces migratrices, mais aussi le vairon, le chabot, la loche,
la suiffe et la lamproie de Planer ont disparu autant à cause de la
pollution que des perturbations liées à la navigation sur la Saône et le
Rhône ( 5).
Sur les 21 espèces restantes, des échantillonnages effectués en été
dans deux secteurs situés entre Chalon et Tournus montrent que le peuplement
n'en compte plus alors que 7 ou 8, les plus polluorésistantes étant largement
dominantes (gardon, ablette, chevaine).
Aux diverses perturbations du milieu, viennent s'ajouter pour les
- 31 ­
poissons
les effets dramatiques d'une maladie parasitaire, la Bucéphalose
larvaire
le cycle de développement de ce parasite nécessite la présence
simultanée de populations de moules d'eau douce et de sandre. Or le développe­
ment de la moule est favorisé par le ralentissement du courant, la présence
d'un plancton abondant et de substrats stables (blocs, maçonneries) tandis
que le sandre tend à supplanter la perche dans les eaux profondes et troubles.
On voit que les perturbations liées à la navigation favorisent le développement
de ces deux espèces et donc du parasite. En 1978, dans la Sanne à l'aval de
Châlon, 80 % des poissons étaient atteints par cette maladie.
Ces quelques exemples illustrent bien l'état de dégradation prononcée
que peut atteindre un système potamique comme la Saône qui se rangeait naguère
parmi les plus belles rivières de France ; pourtant la pollution organique
reste modérée, et le trafic
fluvial
500 bateaux par mois en Juillet-Aâut
y est relativement modeste (environ
1979).
Ces constatations ne portent pas précisément à l'optimisme en
ce qui concerne l'évolution future de la qualité écologique des voies
navigables.
IV - PROPOSITONS EN VUE DE DIMINUER L'IMPACT DE LA NAVIGATION
Les chapitres 2 et 3 ont été consacrés à la description du fonction­
nement et des perturbations des écosystèmes potamiques. Il convient
maintenant de proposer des solutions concrètes pour diminuer l'impact de la
navigation fluviale sur le milieu aquatique.
Certains aspects particuliers des problèmes relatifs à la protection
du poisson seront évoqués dans ce chapitre. Aussi est-il bon de rappeler
quelques principes fondamentaux en la matière.
4-1 - Principes généraux pour la protection du poisson
La vie embryonnaire et larvaire constitue pour les poissons la
période critique durant laquelle se produisent les plus fortes mortalités
celles-ci peuvent avoir des causes naturelles (prédation, crues) mais il est
tout à fait exceptionnel qu'un évènement naturel entraîne la disparition d'une
espèce dans une rivière. C'est donc bien contre les perturbations causées
par l'homme qu'il convient de protéger les poissons.
D'une manière générale, cette protection implique obligatoirement
le respect, pour toutes les espèces, des zones biologiques de reproduction,
d'abri et de nourrissage, ainsi que la libre communication entre ces zones.
- 32 ­
Bien évidemment, il faut que l'écosystème lui-même soit biologiquement équi­
libré, ce qui suppose une "bonne qualité" de l'eau; mais cette bonne
qualité ne peut suffire au maintien d'un peuplement normal de poissons si
l'habitat est dégradé.
La protection des poissons implique donc d'abord le maintien de la
valeur écologique des systèmes qu'ils peuplent.
4-2 - Réduire l'impact des aménagements
On peut résumer en une seule phrase le principe écologique fondamental
que devraient respecter les projets d'aménagements: il faut conseryer, et si
possible favoriser la diversité des habitats aquatiques. Ce principe devrait
être appliqué à la conception du
tracé, et du profil en long et en travers
de la voie navigable (cf.23 ).
4-2-1 - ~~_e~Qn~_g~_{Q~g_~_{g_~~~~
A priori, il semble impossible de concilier les exigences de la
navigation qU1 réclame des biefs rectilignes à niveau constant, avec l'optimum
écologique des milieux potamiques qui demande la variété des habitats, c'est­
à-dire une alternance de zones rapides et calmes dans un lit S1nueux.
Aussi la seule solution à préconiser est-elle la construction de
voies navigables indépendantes des cours d'eau, en laissant évidemment en
permanence dans le chenal naturel un débit suffisant pour assurer le maintien
de conditions écologiques satisfaisantes. Les régimes et les volumes de ces
débits réservés doivent être déterminés cas par cas.
Ces canaux latéraux ne sont pas totalement dépourvus d'inconvénients
dans la mesure où ils ,contribuent à alimenter en plancton la rivière qu'ils
longent (c'est le cas du canal du Rhône au Rhin pour le Doubs, par exemple).
Mais ces effets sont moins néfastes que l'utilisation directe de la rivière
comme voie navigable.
Si la solution du canal latéral n'est pas réalisable, il est alors
souhaitable d'augmenter la longueur des biefs, ce qui rejoint l'une des
préoccupations actuelles des services de navigation. Cependant, si celà doit
conduire à remplacer des petits barrages aisément franchissables par des
obstacles insurmontables pour les poissons, il est indispensable de prévoir
dès la conception de nouveaux ouvrages la réalisation de passes à poissons
efficaces. Mais par contre, on ne saurait trop recommander d'éviter les
- 33 ­
rectifications poussées, comme les recoupements de méandres qui conduisent
toujours à un appauvrissement du milieu. Il serait urgent de mettre à l'étude
des convois déformables mieux adaptés à nos cours d'eau.
Lorsque l'on envisage d'utiliser une rivière existante pour la
transformer en voie navigable, une remarque qui devrait être de simple bon
sens s'impose: celle de la nécessité de limiter la taille des bateaux en
fonction de la dimension du cours d'eau, plutôt que d'adapter le cours d'eau
aux dimensions des bateaux. Cette deuxième solution,. qui est actuellement
le plus souvent retenue, conduit à détruire un cours d'eau en le transformant
en canal, avec toutes les conséquences déjà signalées. On peut trouver dans
d'autres domaines quelques exemples probants pour illustrer les graves
conséquences d'un
t~pe
de raisonnement similaire. Ainsi a-t-on voulu dans
certaines régions adapter le paysage agricole à la taille des plus grosses
machines, en supprimant à l'occasion du remembrement la plupart des haies,
talus, boqueteaux, etc ... qui en empêchaient l'utilisation. Les effets néga­
tifs de ces pratiques sur l'hydrologie de surface, la qualité des eaux,
l'écologie des systèmes cultivés, et même les rendements et les coûts de
l'agriculture, ont depuis été m1S en évidence, et les leçons ont été tirées.
Il serait souhaitable que les responsables de l'aménagement des cours d'eau
tiennent compte de telles expériences en les transposant dans leur domaine.
Enfin, à côté de la voie navigable, il est toujours souhaitable de
laisser des libres communications vers l'aval, et si possible vers l'amont,
entre le
chenal principal et les diverses reculées, noues ou bras morts, et
également les zones humides rivulaires et tous les affluents, même de petite
dimension.
On peut conseiller également de conserver et même de créer des
contre-fossés parallèles à la voie d'eau qui collectent sur d'assez longues
distances des eaux de drainage ou de ruissellement très souvent polluées ;
le rôle épurateur de ces fossés est généralement important, et ils. "soulagent"
ainsi le système principal.
4-2-2 - ~~_e~Q6~~_~~_~~~~~~~
Le profil trapé"zoidal est biologiquement le plus défavorable. C'est
pourquoi il est indispensable de laisser de chaque côté du chenal central
des banquettes rivulaires peu profondes qui seront colonisées par une végé­
tation émergée et immergée. il est donc conseillé de limiter le creusement du
chenal, tant en largeur qu'en profondeur, au minimum nécessaire à la sécurité
- 34 ­
de la navigation. Il est regrettable que dans de nombreux canaux une largeur
insuffisante ne permette pas l'installation des risbermes.
Dans l'optique de l'aménagement écologiquement optimal d'une voie
navigable, il serait excellent de ménager, entre la berge et le chenal, un
haut-fond garni d'obstacles destinés à briser l'énergie des vagues créées par
le passage des bateaux. Ces obstacles pourraient être une ceinture de phané­
rogames émergées (roseaux, joncs) éventuellement renforcée de blocs ou de
pieux disposes en quinconce.
Un profil en travers "écologique" pour une voie navigable pourITait
donc ressembler au schéma de la fig. 9 ci-dessous.
FIG. 9 _ PROFIL TRANSVERSAL ECOLOGI@UEMENT SOUHAITABLE
POUR UNE VOrE NAVIGABLE
vegetaux
émergés
arbustes
( Helophytes)
0-1-----.....---------------­
haut fond
défense de berge
brise vague·
enrochement et
plantations
avec
profondeur
en m
_
chene 1 na"I<.;I0 ble
blocs ou pieu.
A
._
zone
berge
littorale
Le problème très complexe du franchissement des ouvrages par les
poissons a fait l'objet de la part des spécialistes du
études trèsdétaillées que les
serv~ces
CE~~GREF
de plusieurs
confrontés à ce problème pourront
consulter avec profit (voir réf. 11,12,13,14,15). Un document de synthèse desti­
né aux utilisateurs potentiels est en préparation (16).
* Rédigé
par M. LARINIER
- 35 ­
Rôle
et~incipe
de fonctionnement
L'utLlisation toujours croissante des ressources en eau, que ce soit
pour la production d'énergie électrique, la navigation,l'irrigation, l'alimen­
tation en eau des agglomérations ùu le tourisme,ont entraîné la construction
tout au long des cours d'eau de nombreux barrages et prises d'eau. Or on ne
peut conserver une certaine richesse halieutique dans un cours d'eau qu'en
sauvegardant,tout au moins partiellement, la reproduction des espèces en
milieu naturel. Lors de la présence d'obstacles sur un cours d'eau, il peut
devenir nécessaire de procurer un passage aux géniteurs afin de leur permettre
le libre accès aux zones de reproduction, qu'il s'agisse d'espèces migratrices
(comme le saumon, la truite de mer, l'alose ou la lamproie) ou d'espèces
généralement considérées comme sédentaires (comme le barbeau, le chevaine,
le brochet, la truite), mais qui effectuent cependant des déplacements à la
période du frai.
On
donne le nom de "passes", "d'échelles", ou plus généralement de
"dispositifs de franchissement" aux systèmes permettant aux poissons de
franchir ces obstacles.
Leur principe consiste à
atti~e~
les migrateurs en un point déterminé
du cours d'eau à l'aval de l'obstacle et à les
incite~,
voire à les obliger
à passer en amont en leur ouvrant une voie d'eau ou en les piégeant dans une
cuve et en déversant celle-ci en amont. Les vitesses et les hauteurs de chute
dans la passe doivent rester compatibles avec les capacités de nage et de saut
de l'espèce concernée. Il convient aussi de prendre en considération d'autres
paramètres, comme la turbulence, L'éclairement, le bruit, etc ... qui
peuvent influer considérablement sur le comportement du poisson. Il est
beaucoup plus délicat de concevoir des ouvrages de franchissement efficaces
pour certaines espèces particulièrement exigeantes, comme l'alose, que pour
d'autres, comme les salmonidés en général.
Les différents types de passes à poissons
Il existe dans le monde une très grande variété de types de passes
qu'il est cependant possible de regrouper en quelques catégories.
Le premier type de passe qui vient à l'esprit est la passe dite
"rustique", qui consiste à re lier biefs amont et aval par un chenal creUG;§
dans l'une des rives, chenal à faible pente (quelques %) et dont le fond et
les paroiG
sont garnis de rugosités ou d'obstacles imitant en quelque sorte
un ruisseau naturel.
- 36 ­
Le type de passe qui a été le plus souvent utilisé est incontestable­
ment la passe à bassins successifs,dont le principe consiste à diviser ,la
hauteur à franchir en plusieurs petites chutes formant une série de bassins
communiquant entre eux par des déversoirs - minces ou épais - des
ori~ices
ou
des fentes verticales. Les bassins jouent un double rôle: zones de repos
éventuelles pour les poissons, ils assurent également une dissipation conve­
nable de l'énergie de l'eau transitant dans la passe. Il est donc important
de dimensionner correctement les bassins ; la dénivellation entre deux
bassins successifs est à déterminer en fonction des espèces migratrices
considérées.
Dans les échelles à ralentisseurs - ou "Deni 1" , du nom de leur
inventeur - sont disposés sur le fond et/ou sur les parois d'un canal à forte
pente (jusqu'à 25 %) des déflecteurs ou des ailettes destinées à réduire les
vitesses moyennes de l'écoulement.
Les études expérimentales menées par le CEMAGREF à la pisciculture
de Pont Crouzet (Tarn) ont permis de sélectionner
et déterminer les caracté­
ristiques hydrauliques d'un certain nombre de ralentisseurs de formes très
simples susceptibles de s'adapter aux conditions rencontrées sur la plupart
des obstacles.
L'écluse à poissons (ou écluse "Borland") fonctionne suivant un
principe voisin de celui d'une écluse de navigation: les migrateurs sont
piégés dans un sas puis éclusés comme le serait un bateau.
D'autres dispositifs consistent à piéger les migrateurs dans une cuve
puis à les transporter à l'amont, soit par voie d'eau (s'il existe une
écluse de navigation), soit par ascenseur ou funiculaire, soit encore tout
simplement par camion.
Le choix d'un type de passe
Existe-t-il un type de passe plus efficace
que les autres, ou bien
une passe-type pour un obstacle de caractéristiques données? C'est la
question que se pose tout aménageur
confronté à ce problème.
En fait, le nombre de facteurs (d'ordre hydrobiologique, hydrologique,
topographique, hydraulique, voire sédimentologique) intervenant dans la
conception d'un dispositif de franchissement est
tel
que rechercher toute
forme de classification rigide est utopique, voire dangereuse car susceptible
- 37 ­
d'entraîner de grossières erreurs.
Il n'existe pas de type de passe plus efficace que tous les autres.
L'expérience montre que de nombreuses passes à bassins, à ralentisseurs, de
même que des ascenseurs ou des écluses Borland se sont également révélés
efficaces - ou inefficaces. Le point le plus délicat dans la conception d'un
dispositif de franchissement est en effet moins le choix du type de passe ­
il existera souvent plusieurs solutions susceptibles de donner satisfaction ­
que la nécessité d'attirer tous les migrateurs vers son entrée le plus rapi­
dement possible lorsqu'ils arrivent sur l'obstacle. L'attractivité est liée
à la situation de l'entrée, et aux conditions hydrodynamiques (débits,
vitesses, lignes de courants) au voisinage de cette entrée qui ne doit être
masquée ni par des écoulements provenant des turbines ou des ouvrages
évacuateurs, ni par des zones de recirculation.
Débit nécessaire au fonctionnement d'une passe à poissons
Le dispositif de franchissement doit être à l'échelle du cours d'eau.
En particulier, le débit à l'entrée du ou des dispositifs de franchissement
doit être à l'échelle des débits du cours d'eau en période de migration
(de l'ordre de 1 à 5 %).
Il est cependant possible de ne faire transiter
qu'une partie du débit par la passe: le débit supplémentaire nécessaire
à l'attraction est alors injecté à basse pression dans le tronçon aval de la
passe ou à l'entrée même du dispositif. Cela présente un double avantage:
outre un gén1e civil moins important, il devient possible de réduire sensible­
ment les pertes en eau ou en production électrique : ce débit complémentaire
peut être fourni soit par pompage à partir du bief aval, soit par turbinage
à partir du bief amont au travers de petites turbines auxiliaires spécialement
installées.
Choix de l'implantation de l'entrée de la passe
De façon très schématique. il existe deux cas très différents
- pour un barrage existant - ou un obstacle naturel comme un rapide - il
est possible d'observer et de noter le comportement des migrateurs, c'est à
dire leur route de migration, leurs zones de stabulation ou les points du
barrage où s'effectuent les tentatives de franchissement. Ces indications
- 38 ­
permettront de choisir la situation de l'entrée de la passe en toute
connaissance.
- Dans Le cas d'un ouvrage en projet, on ne peut faire que des hypothèses
sur le comportement du poisson et seule l'expérience du projeteur rentre en
ligne de compte: il faudra consentir des débits d'attraction plus importants
que dans le cas précédent pour attirer le poisson vers l'entrée du dispositif,
quitte à modifier la configuration de l'aménagement de façon à permettre un
meilleur guidage des migrateurs. On pourra être amené à prévoir plusieurs
entrées, voire plusieurs dispositifs de franchissements différents. Dans le
cas d'un aménagement hydroélectrique, ou même d'une simple écluse, comportant
un barrage de retenue équipé d'ouvrages évacuateurs et d'un canal de dériva­
tion court circuitant le cours d'eau et sur lequel est implanté l'écluse ou
l'usine, le migrateur peut se présenter soit du côté du canal, au pied des
turbines ou de l'écluse, soit du côté du barrage lorsque celui-ci déverse:
il conviendr2 donc d'envisager deux dispositifs de franchissement botalement
indépendants, chacun comportant éventuellement plusieurs entrées.­
Le comportement du migrateur n'est pas le seul facteur à considérer
dans le choix de l'implantation de la passe: il convient de prendre en compte
l'exposition de la passe aux crues, sa protection contre les corps flottants
et son accessibilité de façon à assurer sa surveillance, son contrôle et son
entretien. Une passe à poissons est un ouvrage hydraulique, au même titre
qu'une prise d'eau, et il est nécessaire d'assurer son entretien, si fastidieux
soit-il, faute de quoi elle ne pourra jouer convenablement son rôle.
Mise au point d'une passe à pOIssons
La mise au point d'un dispositif de franchissement efficace est
souvent longue et dure généralement plusieurs années après sa construction.
L'expérience a montré, en France autant qu'à l'étranger, qu'il était rare
que le fonctionnement d'une passe soit jugé vraiment satisfaisant et non
perfectible. La mise au point d'une passe peut durer plusieurs années, voire
plusieurs dizaines d'années, après sa première mise en opération. Il est donc
important de prévoir lors de la conception un système le plus souple possible
qui permette un certain nombre de réglages ou de modifications.
- 39 ­
Dans le coût global d'un dispositif de franchissement, il est
également indispensable de prévoir, en plus des coûts de réalisation,
d'entretien et de contrôle, des coûts correspondants à la mise au point
du dispositif. Ces coûts peuvent représenter une fraction non négligeable
de l'investissement initial.
Etudes sur modèles rêduits
Les essais sur modèles réduits sont fréquemment utilisés en hydraulique
car ils permettent de résoudre des problèmes - dimensionnement ou disposition
d'ouvrages - trop complexes pour pouvoir être approchés par voie théorique.
Le domaine des passes à poissons ne fait pas exception et le recours aux
essais sut 'modèles a beaucoup apporté à la technique des ouvrages de
franchis semen t.
Les modèles utilisés peuvent être classés en deux catégories
- d'une part les modèles de passe proprement dits, destinés soit à mettre
au point et à déterminer les caractéristiques hydrauliques d'un "tyne de
passe particulier, soit à s'assurer qu'il n'existe pas de conditions hydro­
dynamiques trop sévères pour le poisson dans une passe particulière,dans
toute ia plage de variation des niveaux amont et aval en période de migration.
- d'autre part, les modèles utilisés pour l'optimisation des conditions
d'attrait et d'entrée de la passe, incluant l'entrée de la passe ainsi qu'une
partie du lit du cours d'eau à l'aval de l'obstacle.
Efficacité et utilité des passes
L'efficacité d'une passe est rarement totale: la multiplication
des obstacles sur un même cours d'eau peut réduire notablement le nombre
de migrateurs parvenant sur les frayères ou tout au moins peut entraîner
des retards dommageables dans les migrations.
L'implantation d'un barrage se traduisant par le rehaussement du
niveau des eaux à l'amont et la modification du régime des eaux (réductions
de débits sur certains biefs, fonctionnement par éclusées) altère l'habitat
aquatique en diminuant la
qualité et la superficie des frayères ou des zones
de grossissements, en modifiant les conditions thermiques, voire chimiques
des eaux. Outre le passage vers l'amont, il est nécessaire d'assurer le passage
- 40 ­
des poissons vers l'aval (aussi bien des adultes que des jeunes pour les
espèces potamotoques), ce qui ne se fait pas sans;; dommage lorsque les poissons
sont entraînés par les turbines et certains ouvrages évacuateurs, ou se
trouvent piégés dans les prises d'eau d'installation de pompage. La traversée
des lacs de retenue peut entraîner aussi des retards critiques sur les
migrations, que ce soit vers l'aval ou vers l'amont.
Le maintien ou la restaurationd'une population équilibrée de
migrateurs peut exiger d'autres mesures que la construction de dispositifs
de franchissement, comme l'augmentation des débits réservés, la réduction
des marnages provoqués par les éclusées des retenues hydroélectriques,
l'aménagement de zones de frayères, le guidage des poissons au niveau des
prises d'eau et des ouvrages de franchissement et le recours éventuel à des
piscicultures de soutien.
Le franchissement des écluses de navigation par les poissons
Les écluses de navigation peuvent permettre le passage de
poissons migrateurs. Il est évident que leur efficacité dépend dans une grande
mesure, comme les dispositifs de franchissement plus classiques, de leur
attractivité: l'expérience soviétique a montré qu'il était indispensable
de créer un courant d'attrait dans le chenal d'approche aval de l'écluse,
courant dont la vitesse doit être du même ordre de grandeur que celle
existant dans le cours d'eau. Parallèlement, certaines écluses de navigation ­
en particulier sur le tiers aval du Rhône - semblent peu efficaces, en
partie à cause de la faiblesse des vitesses et des débits d'attraction.
Sauf dans le cas où l'écluse est bien située, atractive et modifiée
de façon à faciliter le passage des poissons migrateurs (par exemple
~ar
le
maintien d'un courant d'attrait significatif par les vannes de remplissage,
portes aval ouvertes) une écluse de navigation ne peut généralement se
substituer à un dispositif de franchissement : elle sera susceptible
d'assurer des passages de certains migrateurs, ma1S de façon plus
que systématique.
accidentelle
- 41 ­
4-3 - Réduire
l'~rnpact
des opérations d'entretien
Ce problème est abordé dans le chapitre II,
§
2-2 de la notice STC 79. J
concernant l'enttetien des voies navigables et les problèmes d'environnement.
Ce chapitre est fort bien traité et les conseils qui y sont donnés
sont tout à fait judicieux. Aussi les paragraphes suivants ne sont là que pour
apporter quelques commentaires et des compléments d'informations à cette
notice (18).
4-3-J - ~g_6~~~~~g~
Un faucardage mécanique avec récupération des végétaux coupés,
effectué à la fin de la période de végétation, peut être une opération tout
à fait bénéfique, participant à l'épuration du milieu aquatique.
Il est toutefois préférable, pour ne pas perturber les frayères
et conserver le plus longtemps possible à la végétation son rôle important
d'habitat aquatique, de ne pas commencer le faucardage avant le mois d'août
et si possible d'attendre l'automne. Jusqu'à la fin du mois de juillet, il
est souhaitable de ne couper que le minimum nécessaire aux besoins de la
navigation (cf. fig. 10).
Le rôle épurateur d'un faucardage bien conduit étant évident, il
parait raisonnable de suggérer que son surcoût éventuel puisse
être pris
en charge au moins partiellement par des organismes financiers chargés de
la protection de l'eau.
Par contre, le faucardage chimique cumule tous les inconvénients
possibles d'un point de vue écologique: destruction des végétaux sur toute
la surface de la voie navigable, avec accumulation
sur place des détritus
et action toxique sur la faune aquatique, c'est-à-dire pollution organique
et chimique avec risque de contamination des prédateurs terrestres et
de l'homme. L'utilisation de telles méthodes à grande échelle est à déconseiller
vivement. Même l'argument économique d'un moindre coût pourrait devenir caduc
si l'on cherchait à valoriser la biomasse des végétaux aquatiques récupérés
par faucardage mécanique (compost. méthanisation, ... ).
Enfin, les risques mentionnés à propos du faucardage biologique
sont bien réels, et l'interdiction qui frappe l'introduction d'espèces nouvelles
dans des eaux non closes est tout à fait justifiée ; de nombreux exemples
d'expériences malencontreuses sont là pour en témoigner.
-42 ­
pel riode favorab le
au)( opéra tions
de Foucardoge
"
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pour les drogagQs
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A
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FlG.1Q _REPARTlTION ANNUELLE DE L'EPOÇi)UE
DE REPRODUClïON DES DIFFERENTES ESPECES DE POISSONS
D'après ARRIGNON:. 1970 (1)
Le coût de ces interventions et les perturbations qu'elles entraînent
sont tels que l'intérêt général, économique et écologique:. suggère de les
espacer au maximum. Aussi toutes les solutions préventives qui contribuent
à ralentir l'envasement sont-elles à favoriser
c'est le cas du faucardage
avec récupération des végétaux, d'une protection efficace des berges et de
toute action visant à empêcher des déversements polluants et la production
de M. E. S.
Quand des travaux de curage ou dragage sont réellement indispensa­
bles, certaines précautions peuvent en minimiser l'impact; il faut par
exemple
- respecter le plus possible les zones rivulaires, les risbermes,
en limitant l'intervention au chenal navigué et à l'extraction du volume
minimal assurant la sêcurité de la navigation;
- choisir la période la moins défavorable, c'est à dire grosso-modo
du 15 septembre au 1er mars, afin de ne pas perturber le frai des poissons et
le dêveloppement
biologique optimal durant les mois d'été (cf. fig.
10);
en outre, en milieu fluvial, on bénéficie de l'effet nettoyant des crues
hivenla]es qui minimise l'impact de la pollution par les MES;
- 43 ­
- si la lotte, qui fraye en décembre, est présente sur le secteur
il faut éviter de perturber ses frayères à cette période~
"
- en dehors de cette période automne-hiver, les interventions ne
devraient être que très ponctuelles et de courte durée, autant à cause de
l'effet destructeur direct des travaux que de l'impottante pollution par les
M. E. S. qu' ils en traînent immanquab lement.
Quant aux chômages, ils sont souvent l'occasion de mortalités importantes
de poissons par suite du manque d'oxygène en fin de vidange du bief.
~lssi
est-il très souhaitable de programmer, en liaison avec les fédérations locales,
des pêches de sauveta.ge qui permettront de limiter ces mortalités. Il semble
qu'après la remise en eau des biefs, la recolonisation par les poissons soit
assez rapide.
4-3-3 - ~~_~~n~~~_g~~_Q~~g~~
L'érosion de la berge par le batillage est l'une des principales causes
de pollution par les M.E. S. dans les voies navigables; aussi la protection des
berges aura toujours des conséquences positives sur la qualité globale du
système aquatique et ne peut être que très reconunandée. En milieU fluvial
navigué, on peut, dans bien des cas, considérer cette défense des berges
d'abord comme une action de lutte contre la pollution. Cette réalité devrait
être largement prise en compte dans la colonne "bénéfice" du bilan financier
de ces travaux.
Parmi les différents systèmes de défense de berges, les palplanches
métalliques constituent de loin le moins écologique,
lement colonisée$ par les végétaux, et
carel~ssont
très diffici­
forment une barrière difficilement
franchissable entre milieu aquatique et milieu terrestre. Leur aspect inesthé­
tique et leur rôle de piège mortel pour le gros gibier sont également bien
connus. Pour toutes ces raisons, les palpJJanches ne peuvent être reconunand€es
Par contre, la plupart des procédés présentés dans la notice STC 79-1
(18, p.
10-15) paraissent tout à fait valables. Toutefois, il faut donner la
préférence à ceux
qui permettent le développement de la végétation, et plus
encore à ceux qui combinent enrochement et plantation. En effet, le développe­
ment d'une végétation arbustive sur la berge elle-même contribue à protéger
le milieu aquatique d'une fréquentation trop importante, tout en fournissant
des abris et des lieux de nidification pour tous les invertébrés, et surtout
- 44 ­
les oiseaux, qui vivent à la frontière du milieu aquatique et du milieu terres­
tre. De plus, les branches qui déversent au-dessus de l'eau forment pour les
poissons des abris et des caches fort appréciés.
D'une manière générale, tant que celà ne représente pas un risque pour
la navigation ni pour la stabilité de la berge, il est très souhaitable de
laisser se développer une végétation buissonnante ou arbustive sur la berge
elle-même, au moins partiellement.
On
peut, par exemple, ne débroussailler
complètement qu'une des deux rives, ou bien faire alterner des zones dégagées
et des
zones couvertes de végétation; celles-ci devront alors être suffisam­
ment longues d'un seul tenant pour jouer efficacement leur rôle d'abri
(une centaine de mètres au minimum). Rien n'empêche par la suite, pour éviter
un développement trop important des arbustes, de permuter régulièrement les
emplacements des zones dégagées et des zones buissonnantes.
Ces considérations sont d'ailleurs également valables pour la bande
comprise entre le chemin de service et la limite du domaine public. Des
buissons, élagués de temps à autre. ne pourront que diversifier l'habitat et
le paysage.
4-4 - Réduire l'impact de la navigation elle-même
Il est sans doute techniquement possible de réduire les perturbations
purement mécaniques (remous, batillage) provoquées par le passage des bateaux,
et l'on peut espérer que la recherche du rendement énergétique optimal dans
les transports fluviaux
ira également dans ce sens. En attendant cette
éché­
.e.a
fLègie­
ance sans dout e loin taine, on peut déj à
mentati..on c.onr.efU1a.nt fu
vLte~~e.
de).}
ve~UefL au ~tJUc;t fLe~pec;t de
embCVLc.ation~.
Mais quoiqu'il en soit, la
solution de ce problème passera toujours par la protection des berges.
v - CONCLUSION
La navigation apparait à l 'heure actuelle comme un facteur important
parmi les causes de la dégradation biologique de certains grands cours d'eau
celà est à imputer autant aux aménagements nécessaires qu'aux opérations
d'entretien et aux perturbations engendrées par le passage des embarcations mo­
torisées. De même, les canaux, qui
bien qu'artificiels
peuvent présenter un
réel intérêt écologique, ont souvent un fonctionnement biologique fortement
-
45 ­
restreint ou perturbé du fait des mêmes causes.
La prise de conscience de cet état de fait par les responsables à
tous les niveaux de l'aménagement et de l'entretien des voies navigables
constitue la première étape, indispensable, d'un processus
visant à restaurer
une certaine "valeur écologique" de ces mi lieux aquatiques : ce document
devrait pOUVOl r y contribuer.
L'étape suivante consistera en la mise en application progressive
des quelques recommandations qui sont proposées; celles-ci sont très générales,
et il est bien évident que chaque responsable concerné reste juge sur le
terrain de la manière de les appliquer.
Certaines mesures ne nécessitent aucun investissement financier, alors
que d'autres supposent au contraire des aménagements budgétaires qui peuvent
s'avérer contraignants. Mais dans ce cas, il est souhaitable de prendre en
compte toute la Ifpl us ' value", diffi cilement quantifiable d'un point de vue
économique, que représente à long terme le maintien ou la restauration de la
qualité de ces écosystèmes aquatiques ; ces milieux sont des éléments essentiels
de notre patrimoine naturel, et leur rôle social, en tant qu'espace récréatif,
lra certainement croissant.
Enfin, il faut souligner l'importance de la concertation nécessaire
entre toutes les parties concernées par la qualité des milieux d'eau douce,
qu'il s'agisse des utilisateurs ou de. ceux qui ont la charge de veiller à leur
protection. Aussi est-il souhaitable que toutes les remarques, critiques et
suggestions à propos de ce texte puissent être rassemblées afin de fournir
la base de nouvelles propositions, et de recommandations progressivement mieux
adaptées aux problèmes concrets. La Division Qualité des Eaux Pêche et
Pisciculture du CEMAGREF reste dans cette optique disponible pour toute
collaboration ultérieure.
.. 4-6 ­
- Rt.FERENCES ­
ARRIGNON (J.).1970.- AménageIrlent
p"~BcicoTe
des eaux intériew"es. S.E.D.E.T.E.C.
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WASSON (J.G.). 1981.- Méthodes biologiques d'appréciation de la qualité des
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Ecologie Appliquée - Indicateurs biologiqu?s et
Tecrrniques d'Etudes. C.R. Journées d'Etudes de l'Assoc. Fr. Ing.
Ecolog. Grenoble. Nov. 1980. p. 92-109.
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des Invertébrés benthiques dans les cours d'eau. C.E.M.A.G.R.E.F.
Div. QuaI. Eaux Pêche et Pise. Etude nOl. 18 p. + annexes.
- 4-8 ­
AG 2_Ç>UELtpUES INVERTEBRES BENTHlpUES DES POTAMONS
2cm
5mm
,
J~
1
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2 cm
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