elements d ecologie des eaux continentales

Eléments d’Ecologie des Eaux Continentales
Licence : Sciences de l’Environnement (Dépt. S.N.V., Univ. Batna)
ELEMENTS D’ECOLOGIE DES EAUX
CONTINENTALES
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M. Idriss BOUAM
2013/2014
Eléments d’Ecologie des Eaux Continentales
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Eléments d’écologie des eaux continentales
Il existe une grande diversité d’écosystèmes aquatiques marins et continentaux ;
chacun est structuré selon un ensemble de paramètres physiques, chimiques et biologiques
spécifiques.
1. Introduction à la limnologie
1.1. Historique de la limnologie
Les premiers travaux de limnologie remontent au XVIIe siècle. Cependant, l'étude des
eaux intérieures ne s'est réellement développée qu'à partir de la seconde moitié du XIXe
siècle, et plus encore à partir de la première moitié du XXe siècle avec la création de
nombreux laboratoires de limnologie à travers le monde.
En Europe, le naturaliste suisse François-Alphonse Forel (1841-1912), qui consacra sa vie
à l'étude du lac Léman, joua un rôle essentiel dans l'essor de cette science en créant le terme
de Limnologie et en le définissant comme l'océanographie des lacs (1892). Beaucoup plus
récemment (Dussart 1996) définit la limnologie comme l'étude des eaux superficielles
continentales.
De nos jours, les associations nationales et internationales (SIL) et les revues scientifiques
(Annales de Limnologie, Limnology and Oceanography), regroupent au sein de la Limnologie
l'ensemble des études ayant trait aux eaux continentales.
1.2. Définitions

Limnologie : la science des eaux continentales et des organismes qui y vivent. Au
sens étymologique, la limnologie est la science des lacs (du grec « limnê = lac » et « logos =
science). La limnologie s'intéresse à toutes les eaux intérieures, qu’elles soient douces,
saumâtres ou salées, stagnantes (lacs, étangs,...), courantes (ruisseaux, rivières...) ou
souterraines (nappes, rivières souterraines...) et aux organismes de la flore et de la faune qui y
sont liés ; elle examine l'ensemble des interactions entre les caractéristiques des milieux et ces
organismes.

Potamologie : du grec « potamos = fleuve » et « logos = science », la potamologie
constitue une science particulière qui s’intéresse à l’étude des rivières.
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1.3. Importance des eaux douces dans le monde
Tableau 01. Importance des eaux océaniques et des eaux douces dans le monde
Océans
Eaux continentales
Volume (103 km3)
1 370 000
125
Pourcentage (%)
97,61
0,009
Temps de renouvellement des eaux (ans)
37 000
1-100 (lacs) / 12-20 jours (rivières)
Age (ans)
>109
10-104
1.4. Domaines d’étude de la limnologie
Limnologie
(Eaux continentales)
Lacs, réservoirs, étangs,
fleuves, rivières, ruisseaux,…
Limnologie prédictive
contemporaine
Limnologie physique et
chimique
Paléolimnologie, changements
globaux, écologie numérique
et spatiale, modélisation et
gestion environnementale
Géologie, sédimentologie,
hydrologie, physico-chimie.
Limnologie biologique
Bactérioplancton, boucle
microbienne, phytoplancton,
macrophytes, zooplancton,
benthos, poissons.
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1.5. Milieux d’étude de la limnologie
1.5.1. Milieux lentiques : désignes les écosystèmes « fermés » d’eaux stagnantes ou
eaux calmes piégées dans des dépressions du sol. Ils correspondent aux lacs, mares,
lacs de barrage ou réservoirs et aux étangs.
 Lacs : nappes d’eau libres généralement permanentes et par conséquent régulièrement
renouvelées occupant une vaste superficie. Leur profondeur va de quelques mètres à
plus de 1500 m (Fig. 01).
Figure 01. Photographie d’un lac (lac Léman)

Le plus grand lac du monde est le Lac Baikal en Russie, avec une superficie de 31500
km², un volume de 22995 km3 (20% du volume total des eaux douces) et une
profondeur maximale de 1741 m (Fig. 02).
 Autres grands lacs
Tableau 02. Quelques grands lacs du monde
Lac
Continent Surface (km²) Volume (km3) Profondeur max. (m)
Tanganyika
Afrique
32 900
18 900
1471
Malawi
Afrique
22 500
6 140
706
Victoria
Afrique
68 500
2 700
92
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Remarque : les 10 premiers lacs constituent 87,5% du volume et 34% de la surface
des eaux douces dans le monde.
Figure 02. Photographie du lac Baikal
 Mares : nappes d’eau superficielles de faible extension, souvent temporaires
(asséchement estival fréquent), couvrant moins de 5000 m² au maximum, profondes
de moins de deux mètres (Fig. 03).
Figure 03. Photographie d’une mare
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 Lac de barrage (réservoir) : aménagement à la surface du sol accumulant l’eau de
ruissellement d’un cours d’eau (Fig. 04).
Figure 04. Photographie d’un lac de barrage (réservoir)
 Etang : étendue assez importante d’eau stagnante dont la profondeur maximale est de
10 à 15 mètres (Fig. 05).
Figure 05. Photographie d’un étang
1.5.1. Milieux lotiques : désignes les écosystèmes « ouverts » d’eaux courantes, caractérisés
par un écoulement apparent de l’eau, la plupart du temps permanent. Ils correspondent
aux ruisselets, ruisseaux, torrents, rivières et fleuves.
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 Ruisselet : détermine qu’un petit ruisseau à une pente longitudinale forte et de largeur
égale ou inférieure à un mètre (Fig. 06).
Figure 06. Photographie d’un ruisselet
 Ruisseau: petit cours d’eau peu profond, à une largeur supérieure de un mètre et au
débit modéré (jusqu’à 2 m3/s) (Fig. 07).
Figure 07. Photographie d’un ruisseau
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 Torrent: cours d’eau au débit rapide et irrégulier, situé sur une pente plus ou moins
prononcée, sur des terrains accidentés ou en montagne. Les torrents peuvent connaître
des crues très brutales (rapides dans le temps) et très importantes en volume (Fig. 08).
Figure 08. Photographie d’un torrent
 Rivière: cours d’eau qui s’écoule sous l’effet de la gravité dans un chenal naturel en
empruntant une suite de dépressions et qui se jette par une embouchure dans une autre
rivière, un lac ou un fleuve.
 Fleuve: désigne toute rivière, quelle que soit sa puissance, qui atteint un plan d’eau
terminal, un océan, une mer intérieure ou extérieure ou exceptionnellement dans un
désert (cas du fleuve de l’Okavango) (Fig. 09).
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Figure 09. Photographie d’un fleuve
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1ère Partie : Ecologie des systèmes lotiques
1. Généralités
L'écologie des systèmes lotiques est l’étude des interactions biotiques et abiotiques dans les flux d'eaux
courantes continentales. Bien que les milieux lotiques prennent des formes différentes allant du ruisselet au
grand fleuve, ils ont une étude commune du fait qu’ils représentent une écologie unique par
rapport aux autres habitats aquatiques.
Ces caractéristiques se résument ainsi :

Durée de vie longue, à l’échelle géologique parfois.

Écoulement sous l’effet de pente.

Vitesse d’écoulement hétérogène

Faible profondeur, ce qui leur confère une zonation longitudinale

Ecosystèmes ouverts, ayant des apports externes de matière organique et minérale

Un courant assurant le brassage et l’échange de matière

La forêt et la nappe peuvent réguler le débit d’eau, la première étant un consommateur
important et la deuxième en assurant un apport.
2. Facteurs agissants sur les écosystèmes lotiques
2.1. Hydromorphologie
2.1.1. Hiérarchie du réseau hydrographique (indices de Stralher) :
Le réseau hydrographique est un ensemble d’affluents qui se jettent les uns dans les autres
pour former un cours d’eau principal. Chaque cours d’eau obéit à une hiérarchie. Un cours
d’eau n’augmente pas dans la hiérarchie lorsqu’il reçoit un affluent d’ordre inférieur (Fig. 10).
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Figure 10. Evolution de la hiérarchie dans un cours d’eau
La densité du réseau dépends du substrat, on trouve des réseaux dendritiques denses
dans les roches imperméables tandis qu’il est moins dense dans les roches plus ou moins
perméables tel les systèmes karstiques dans les roches calcaires.
Les rangs de 1 à 3 caractérisent les petits cours d’eau, ou têtes de bassin (ruisselets et
ruisseaux). Les rangs de 4 à 8 caractérisent les cours d’eau les plus larges (torrents, rivières et
fleuves). L’indice de Stralher des petits cours d’eau est déterminé à partir d’une carte au
1/25000ème.
Règles de calcul :

Tout cours d’eau sans affluent est d’ordre de 1

Un cours d’eau formé par la confluence de deux cours d’eau d’ordre (X) est d’ordre
(X+1) « 1+1  2 ; 2+2  3 ; 3+3  4,…etc. »

Un cours d’eau formé par la confluence de deux cours d’eau d’ordres différents prend
l’ordre du cours d’ordre le plus élevé « 2+1  2 ; 3+2  3 ; 3+4  4,…etc. ».
2.1.2. Profil d’un cours d’eau
2.1.2.1. Profil en longueur (longitudinal)
Il correspond à l’évolution de la pente depuis la source jusqu’à l’embouchure. Alors
suivant les cours d’eau, on peut avoir différents types de profils, et dans tous les cas, il se
produit des régulations qui aboutissent à un phénomène d’équilibre, correspondant à un niveau
où le cours d’eau cesse de creuser son talweg (Fig. 11).
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Figure 11. Schéma représentatif d’un profil longitudinal d’un cours d’eau
L’espace longitudinal et latéral qu’occupe un cours d’eau et ses composantes (chenal
principal et plaine d’inondation) est appelé « corridor du cours d’eau » (Fig. 12) ; la figure
présente aussi les principaux termes utilisés.
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Figure 12. Concept de corridor d’un cours d’eau
 Lit : désigne tout l’espace occupé, en permanence ou temporairement, par un cours
d’eau.
 Talweg : l’endroit le plus profond d’un cours d’eau.
 Berge : c’est la portion de terrain qui limite tout cours d’eau et elle est subdivisée en
deux parties (Fig. 13) « ou » la zone de transition entre le milieu aquatique et le milieu
terrestre.
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Figure 13. Schéma représentatif d’une berge dans un cours d’eau
 Talus : proprement dit, qui n’est qu’occasionnellement en contact avec le courant et
qui est situé au-dessus du niveau moyen des eaux.
 Pied de talus : la zone du talus soumise à l’action quasi permanente du courant et qui
est située sous le niveau moyen des eaux.
 La limite inférieure de la berge est le point le plus bas du pied
2.1.2.2. Profil en travers (transversal)
Le niveau d’eau et l’espace occupé par le cours d’eau varie en fonction de son débit.
Un cours d’eau analysé selon sa coupe transversale (Fig. 14) présente une section principale
occupée par les écoulements normaux (appelé lit mineur) et une plaine d’inondation occupée
lorsque le cours d’eau est en crue.
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Figure 14. Coupe transversale d’un cours d’eau
 Plaine d’inondation : zone de terrain inondée lors du chenal du cours d’eau lorsque le
cours d’eau est en crue.
 Lit mineur : lit du cours d’eau en écoulement normal.
 Lit majeur : lit qu’occupe le cours d’eau lors des crues, incluant les zones inondées.
 Lit d’étiage ou chenal d’étiage : partie du cours d’eau occupé lors des étiages.
 Style fluvial : la forme générale du lit, qui se rattache à des types très différenciés, par
exemple :
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
Rectiligne

Tresse

Bras mort
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2.2. Aspects d’écoulement
2.2.1. Mesure du débit
 Définition : Le débit est la quantité d’eau passant par une section donnée par un temps
donné :
Q (m3/s) = S (m2) x V (m/s)
Q : Débit
S : Section mouillée « Profondeur moyenne (Hm) x Largeur superficielle (L) »
V : Vitesse moyenne d’écoulement.
 Station hydrométrique ou limnimétrique pour la mesure de débit : Ces stations
sont équipées par les services responsables de l’hydraulique. Les données sont
généralement groupées dans des annuaires hydrologiques. L’étude du débit d’hydrologie
fluviale est basée sur les variations de la hauteur de la surface d’eau. Cette hauteur est
mesurée soit par des échelles limnimétriques graduées que l’on place dans des stations
hydrologiquement stable (sans érosion ni sédimentation) soit, automatiquement grâce à un
limnigraphe à flotteur et dont les déplacements sont enregistrées sur un cylindre, fournissant des
données sur toute la journée en continu (Fig. 15).
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Figure 15. Représentation simplifiée d’une station hydrométrique
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 Calcul de vitesse :
Les méthodes de jaugeage des débits des rivières sont nombreuses et variées ;
certaines d'entre elles sont très peu utilisées, d'autres le sont très souvent. Il faut savoir que
plus de 80% des jaugeages sont réalisés aujourd'hui avec un moulinet hydrométrique.
On distinguera :

Les méthodes globales : dans lesquelles « Q » est mesuré directement (méthode
volumétrique, seuils jaugeurs, dilution chimique, électromagnétisme).

Les méthodes complètes : dans lesquelles les trois composantes « Hm, L, V » sont
mesurées séparément (essentiellement moulinet hydrométrique).

Les méthodes incomplètes : dans lesquelles le champ des vitesses est exploré de
façon partielle (ultrasons, bateau mobile, flotteurs).
 Exemple d’une méthode complète :
La vitesse de l’eau est hétérogène au niveau de la section mouillée. Pour mesurer cette vitesse, on utilise
des courantomètres (Fig. 16). On réalise des mesures de vitesse sur des profils rapprochés verticaux (tous
les 20 cm), puis on rapporte les mesures sur la section mouillée et on rejoint les points à
vitesses égales, on réalise ainsi ce qu’on appelle des isotaches.
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Figure 16. Courantomètre
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Chaque débit partiel est un isotache, la somme des isotaches donne le débit total.

Selon BERG :
V < 10cm/s : Vitesse très lente
10 < V < 25cm/s : Vitesse lente
25 < V < 50cm/s : Vitesse moyenne
50 < V < 1 00cm/s : Vitesse rapide
V > 100cm/s : Vitesse très rapide
Le débit brut est le débit moyen annuel exprimé en m3/s. Le débit brut moyen de la rivière de
l’Amazonie est de 180m3/s. Une rivière de la méditerranée a un débit brut approximatif de 5 à
10 m3/s.
2.2.2. Les différents régimes hydrologiques
Le terme de régime hydrologique désigne l’ensemble des variations de l'état et des
caractéristiques d'une formation aquatique, qui se répètent régulièrement dans le temps et
dans l'espace et passent par des variations cycliques, par exemple, saisonnières. On distingue :

Régime glacière : Hautes eaux en été lors de la fonte des glaces, et étiage en hiver.

Régime Nival : Hautes eaux au printemps (fonte de neige) et étiage en hiver.

Régime Pluvial océanique : Hautes eaux périodique due aux précipitations.

Régime pluvio-nival : Hautes eaux en automne par précipitations et au printemps par
fonte de neige, étiage en hiver et en été.
2.3. Courant
Le courant est la caractéristique fondamentale d’un cours d’eau, il dépend de la
longueur du cours d’eau, de sa profondeur et de la rugosité du font. On distingue :

Un courant laminaire : où les couches liquide glissent parallèlement les unes par rapport aux
autres (Fig. 17).

Un courant turbulent : où la masse d’eau se désagrège dans des sens différents (Fig.
18).
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Figure 17. Courant laminaire
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Figure 18. Courant turbulent
2.3.1. Action du courant
Le courant agit principalement sur les deux composants d’un écosystème.

Sur le biotope en influant la nature du substrat du fond comme suit :
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Figure 19. Différentes formes de l’érosion verticale
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
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Sur la biocénose, le courant à une action contre l’eutrophisation en assurant
l’oxygénation des eaux, il permet également l’évacuation des déchets ; l’homogénéité
des paramètres physico-chimiques ainsi qu’une action de sélection selon la force du
courant, permet de distinguer une variété d’espèces :
 Espèces rhéophiles : capables de vivre en plein courant (Fig. 20).
 Espèces lénitophiles : se développant dans les eaux stagnantes ou à courant très faible
(Fig. 21).
 Espèces torrenticoles : pouvant résister à de forts courants (Fig. 22).
Figure 20. Branchiura sowerbyi « espèce rhéophile » Figure 21. Cottus gobio « espèce lénitophile »
Figure 22. Eleutherodactylus barlagnei « espèce torrenticole »
2.4. Caractéristiques physico-chimiques des eaux courantes
2.4.1. Caractéristiques physiques
2.4.1.1. Température
Dans les eaux courantes les amplitudes thermiques sont plus larges qu’en eau
stagnante, les maximas sont de l’ordre de presque 30°C ou légèrment plus, tandis que les
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minimas atteignent 0°C et parfois légèrement négatives.
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2.4.1.1.1. Variation journalière
C’est l’écart thermique sur 24h. Il est très faible en hiver et maximal en été (15 à
16°C), il dépend du réseau hydrographique, à la source par exemple cet écart est souvent
inférieur à 1°C, et dépend également de la grandeur du cours d’eau (important dans les petits
cours d’eau et faible dans les grands).
2.4.1.1.2. Variations saisonnières et annuelles
Elle dépend également du positionnement du cours d’eau dans le réseau, avec des
amplitudes thermiques plus ou moins constantes près de la source et variables en aval (vers la
vallée), avec une tendance à l’augmentation.
La température varie également selon la saison et donc le climat ; en climat
méditerranéen l’eau est froide l’hiver et en début de printemps et chaude en été. En climat
tempéré, l’eau est froide au printemps et en début de l’été mais chaude vers sa fin.
2.4.1.1.3. Action de la température
Sur la biocénose, la variation thermique aboutit à une distribution longitudinale des
espèces, tel le cas des planaires (vers plats aquatiques) (Fig. 23) qui présentent la succession
de zone à Crenobia alpina, Polycelis felina et Dugesia gonocephala depuis l’amont (vers la
montagne) vers l’aval.
Figure 23. Espèce de planaires
2.4.1.2. Lumière
L’importance de la lumière dans un cours d’eau réside en son rôle désinfectant et de
photosynthèse, la lumière du soleil est la première source d’énergie des écosystèmes
terrestres. L’intesité de la lumière est influencée par a densité de forêt, l’existence de falaises,
la largeur et la profondeur du cours d’eau ou encore par la couverture nuageuse.
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2.4.1.3. Turbidité et les matières en suspension (MES)
2.4.1.3.1. Turbidité
La turbidité est une caractéristique optique de l’eau et désigne la teneur d’un fluide en
matières qui le troublent. La turbidité est due à la présence de particules minérales ou
organiques en suspension dans l’eau, ainsi, plus une eau est chargée en biomasse ou en
particules sédimentaires, plus elle est turbide (Fig. 23).
Figure 23. Fleuve Betsiboka (Madagascar) illustrant la turbidité de l’eau
Les conséquences de la turbidité concernent :

la pénétration de la lumière et des ultra-violets dans l’eau, limitant ainsi la
photosynthèse et le développement des populations microbiennes ;

une forte turbidité affecte la couleur de l’eau, son évaporation et sa température donc
sa teneur en oxygène.
La turbidité de l’eau peut être calculée à l’aide d’un turbidimètre (Fig. 24).
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Figure 24. Turbidimètre
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2.4.1.3.2. MES
Les matières en suspension (MES) sont des matières fines minérales ou organiques
insolubles visibles à l’oeil nu, ils contribuent à la turbidité de l’eau.
En effet, les MES et les particules solides transportées dans les cours d’eau
proviennent de l’érosion de la couche superficielle des sols sou l’action dynamique de
l’écoulement des eaux.
Les MES sont à l’origine d’une dégradation de la qualité biologique des cours d’eau :

par la production de sédiments et le colmatage des habitats au fond des cours d’eau ;

par constitution d’une réserve de pollution potentielle dans les sédiments ;

par le colmatage des branchies des poissons.
2.4.2. Caractéristiques chimiques
2.4.2.1. Oxygène dissous
L’oxygène est un gaz peu soluble dans l’eau, ce qui en fait un facteur limitant dans les
écosystèmes aquatiques. La concentration de saturation de l’oxygène est comme suit :

En atmosphère : [O2]=213cm3/L

En eau : [O2]=10cm3/L
La saturation de l’eau en oxygène varie selon la température de l’eau :

A 0°C  14,56 mg/L d’oxygène dissous

A 10°C  11,25 mg/L d’oxygène dissous

A 20°C  9,09 mg/L d’oxygène dissous

A 30°C  7,49 mg/L d’oxygène dissous

A 100°C  0 mg/L d’oxygène dissous
L’oxygène dissous dans l’eau provient soit de l’atmosphère (phénomène physique) soit
par photosynthèse (phénomène biologique).
En montagne, où les températures de l’eau sont faibles, les cours d’eau sont faiblement
peuplés en algues ; l’oxygène dissous est souvent d’origine atmosphérique, on y observe des
teneurs maximales pendant la nuit et minimales en moitié de journée. Tandis qu’en aval, le
développement des organismes photosynthétiques d’une part et l’augmentation des
températures d’autre part font du phénomène biologique de photosynthèse l’apport principal
de ce gaz dans l’eau.
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Selon le besoin des poissons en oxygène, on distingue 4 catégories :

1er groupe : 7 à 11cm3/L (salmonidés,...) (Fig. 25) ;

2ème groupe : 5 à 7 cm3/L (ombre,...) (Fig. 26) ;

3ème groupe : moins de 4 cm3/L (gardon,...) (Fig. 27) ;

4ème groupe : 0,5 à 2 cm3/L (carpe,...) (Fig. 28).
Figure 25. Saumon de coho « Oncorhynchus kisutch »
Figure 26. Ombre commun « Thymallus thymallus »
Figure 27. Gardon « Rutilus rutilus »
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Figure 28. Carpe commune « Cyprinus carpio »
2.4.2.2. Carbonates dissoutes
Le CO2 est un gaz beaucoup plus soluble dans l’eau que l’oxygène et ne constitue
donc pas un facteur limitant (Tab. 03). Il est cependant essentiel pour la synthèse de la
matière organique.
Tableau 03. Saturation de l’O2 et du CO2 dans les mêmes températures d’une eau douce
T°
Saturation en O2 Saturation en CO2
0°C
14,56 mg/L
759,47 mg/L
20°C
9,09 mg/L
365,54 mg/L
30°C
7,49 mg/L
260,06 mg/L
En plus de la respiration des organismes et de la dégradation de la matière organique,
le dioxyde de carbone provient également de l’atmosphère, des eaux de pluies acides riches en
CO2 et de la dissolution des carbonates du sol.
La consommation du CO2 se fait par les végétaux et les algues lors du processus de
photosynthèse, mais il est également consommé pour former des coquilles et des carapaces.
2.4.2.3. pH
Le pH des eaux naturelles est généralement compris entre 6,5 et 8,5 ; mais il peut aller
à des valeurs extrêmes jusqu’à 3 (dans le cas de substrat rocheux acide), et jusqu’à 10 (dans le
cas de système karstique à substrat calcaire). A pH inférieur à 5, les conditions de vie
deviennent défavorables.
Le pH de l’eau est mesuré à l’aide d’un pH mètre.
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2.4.2.4. Conductivité
La conductivité d’une substance est définie comme l’habilité ou la puissance à
conduire ou transmettre la chaleur, l’électricité ou le bruit. La conductivité de l’eau est en
fonction de la minéralisation (la salinité) de l’eau, ainsi, la conductivité électrique de l’eau
distillée est de l’ordre de 1µs/cm/cm², tandis que celle de l’eau de mer est de 35000
µs/cm/cm².
La conductivité de l’eau est mesurée à l’aide d’un conductimètre (Fig. 29).
Figure 29. Conductimètre
2.4.2.5. Sels de Calcium et Magnésium
Les sels de Calcium et de Magnésium représentent les éléments clés de la productivité
du milieu aquatique et indiquent la dureté de l’eau ; cette dernière se définie comme un
indicateur de la minéralisation de l’eau.
Dureté totale = Dureté calcique + Dureté magnésienne = [Mg++] + [Ca++]
L’unité de mesure de la dureté de l’eau en Algérie est le degré de dureté de la France
(dF). Les degrés de dureté de l’eau sont classés comme suit :

0 à 7 dF  Eau très douce ;

7 à 15 dF  Eau douce ;

15 à 25 dF  Eau moyennement dure ;

25 à 42 dF  Eau dure ;

> 42 dF  Eau très dure.
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2.4.2.6. Autres sels importants
Il s’agit de l’azote et du phosphore.
L’azote peut être sous forme minérale (NH4 « ammonium », NO3 « nitrate », NO2
« dioxyde d’azote »), ou organique (protéines, acides aminés, urée). Les apports peuvent être
exogènes (eau de pluie, lessivage de la matière organique du sol et fixation de l’azote
atmosphérique ; ou endogènes (décomposition et recyclage de la matière organique de
l’écosystème lui-même).
Le phosphore est le composant principal de l’os, il rentre également dans la
composition de certains lipides du système nerveux (phospholipides) et est la source d’énergie
la plus facilement utilisable par la cellule (ATP). Son élimination par les urines assure
l’équilibre acido-basique de l’organisme. Les apports principaux de phosphore sont le
lessivage des sols agricoles, la dissolution des roches sédimentaires, la décomposition de la
matière organique et les effluents urbains (détergents) ; mais des proportions élevés en
phosphore provoque l’eutrophisation des eaux.
3. Le concept de continuum fluvial
Le concept de continuum fluvial (River Continuum Concept) a été introduit dans les
années 1980 par Vannote, R ; c’est un modèle descriptif longitudinal du fonctionnement
écologique des cours d’eau.
Les communautés biologiques des rivières sont structurées en fonction de l’évolution des
conditions abiotiques de l’amont vers l’aval. La rivière apparait comme un continuum défini
par des transferts longitudinaux permanents et une zonation amont-aval.

Dans sa partie supérieure « crénon » : l’eau, d’une température faible et constante,
provient des hydro-systèmes souterrains ou de la confluence de petits ruisseaux. Souvent
associée à des zones de fortes pentes, l’eau est rapide, claire et fortement oxygénée. Elle est
riche en éléments minéraux mais dépourvue de matière organique ou particulaire fine.

C’est au niveau du « rhithron » : que les communautés commencent à se diversifier.
Cette zone est caractérisée par :
 une forte pente ;
 des courants rapides favorables à une érosion et une faible sédimentation fine.
 L’agitation de l’eau, les turbulences favorisent une bonne oxygénation de l’eau sur
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toute sa profondeur.
 La température moyenne annuelle reste stable et inférieure à 20°C.
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 Les conditions abiotiques favorisent les espèces rhéophiles et sténothermes
(organismes tolérant des variations thermiques de faible amplitude autour des valeurs
moyennes).
 Le lit grossier du cours d’eau offre des refuges pour les organismes qui ne s’exposent
pas directement au courant mais restent dans les zones d’eau morte de la rivière
ménagées par les berges et sous les pierres.
La rivière est peuplée de nombreuses larves d’Hexapodes ; dans les zones calmes
s’installent Crustacés, amphipodes (crustacés de petite taille), Turbellariés (vers plats),
Oligochètes (vers au corps métamérisé), et Mollusques. Les animaux résistent au courant
par des adaptations morphologiques et des structures spécialisées. Dans cette partie, les
salmonidés (truite, saumon), adaptés aux courants et bénéficiant d’une forte oxygénation
de l’eau, sont favorisés.
La stabilité thermique de l’eau traduit la faible pénétration du rayonnement solaire. A
ce niveau, la faible largeur de la rivière permet son recouvrement partiel ou total par les
végétaux des berges. Faible apport de lumière et courants rapides sont défavorables au
développement du phytoplancton. Les plantes supérieures sont quasi absentes mais
certaines mousses et algues sont capables de se fixer sur les cailloux. La source principale
d’apport en matière organique disponible pour les consommateurs primaires correspond
aux particules et débris végétaux (feuilles, branchettes,…).

À partir du « potamon » : la pente faible ralentit les courants et limite les
phénomènes érosifs. L’eau présente un écoulement laminaire sur un fond alternant
progressivement graviers, sables, puis sédiments fins. La rivière s’élargit, la pénétration de
l’énergie solaire échauffe une eau plus calme (température estivale pouvant dépasser 20°C).
La lumière permet la croissance de communautés phytoplanctoniques abondantes et
diversifiées. Mousses et algues filamenteuses sont accompagnées d’une végétation enracinée
dans le fond de la rivière. Ces supports permettent le développement important du periphyton
(mélange complexe d’algues, de cyanobactéries, de microbes hétérotrophes et dedétritus). Les
peuplements animaux s’enrichissent. Plus bas, la profondeur augmente, l’agitation et les
turbulences sont réduites, la température augmente. Ces facteurs contribuent à une baisse de
l’oxygène dissous qui peut être partiellement compensée par la production d’oxygène des
turbidité des eaux, enrichies en matière particulaire organique et minérale ; les cyprinidés
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fortes activités photosynthétiques diurnes des végétaux. En revanche, plus en aval, la forte
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(barbeaux, vandoises, chevesnes, gardons...), capables de supporter des teneurs réduites en
oxygène, dominent. Dans la partie terminale, l’eau est chargée en matière organique et
particules fines provenant de l’ensemble du système amont. Les eaux très turbides empêchent
la pénétration profonde de la lumière et par conséquent, le développement des végétaux
benthiques. L’abondance croissante de poissons tels le flet, poisson plat exploitant le benthos,
annonce le passage progressif des eaux douces aux eaux saumâtres puis marines.
Figure 30. Schéma représentatif du concept de continuum fluvial
4. Dynamique des nutriments dans un cours d’eau
4.1. La production primaire
Elle est la base du fonctionnement énergétique des écosystèmes. Elle correspond à la
synthèse de matière organique à partir des éléments minéraux et d’une source d’énergie. Pour
au moins 99 % de la biomasse produite dans la biosphère, la production primaire est assurée
photosynthèse conduit à la formation de maillons carbones (-HCOH-) qui, associes a d’autres
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par les organismes photoautotrophes (producteurs primaires) via la photosynthèse. La
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éléments (azote, phosphore…), forment les molécules de la matière organique (protéines,
acides nucléiques…). Le niveau de production par les organismes photosynthétiques
aquatiques est déterminé par la variabilité dans l’espace et le temps de trois facteurs physicochimiques : disponibilité en dioxyde de carbone, apport d’éléments minéraux et disponibilité
en lumière. Le dioxyde de carbone n’est jamais limitant. En revanche, la disponibilité en
énergie lumineuse dépend principalement de la profondeur de l’eau, de sa turbidité (charge en
particules en suspension) mais également de l’interception du rayonnement par les végétaux
eux-mêmes (effet d’ombre). Les quantités en éléments minéraux (azote, phosphore, fer...)
peuvent être limitantes. Les écosystèmes aquatiques continentaux sont rarement carences du
fait principalement des apports transversaux. Dans les systèmes lotiques, les producteurs
primaires sont variés : cyanobactéries, microalgues planctoniques ou benthiques,
macroalgues, mousses et phanérogames (plante ayant des organes de reproduction apparents)
hydrophytes.
4.2. Production secondaire
La biomasse végétale produite est consommée par un ensemble d’organismes
herbivores ou omnivores : les consommateurs primaires. Ils sont à l’origine d’une nouvelle
production de matière : la production secondaire (biomasse animale).
La production secondaire est consommée par des consommateurs secondaires,
carnivores ou omnivores, pour former une nouvelle production de matière. Chaque niveau de
production et/ou de consommation correspond à un rang ou niveau trophique. D’un rang
producteur à un rang consommateur, tout ce qui est disponible n’est pas nécessairement utilisé
et une partie seulement de la production d’un rang est exploitée par le rang supérieur. De la
même manière, une partie seulement de ce qui est consommé est réellement assimilée. Enfin,
une fraction de ce qui est assimilé est allouée aux dépenses énergétiques, l’autre servant à la
production d’une nouvelle matière disponible pour les rangs trophiques supérieurs. Par
conséquent, entre la production d’un rang et du rang supérieur intervient une perte importante
de matière (et donc d’énergie). En général, on peut considérer qu’un dixième seulement de la
matière d’un rang producteur est réellement transformé en nouvelle matière par le rang
supérieur.
4.3. Décomposeurs
La matière non-exploitée (les restes), non-assimilée (déchets digestifs) et les éléments
excrétés (déchets métaboliques) seront exploités par un autre compartiment biologique, les
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décomposeurs. Ces décomposeurs permettent la minéralisation de la matière organique,
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rendant à nouveau disponibles les éléments minéraux (azote, phosphore…) pour les
producteurs primaires.
A
chaque
niveau,
plusieurs
espèces
végétales
(producteurs)
et
animales
(consommateurs et/ou producteurs) interviennent. Dans un même écosystème, plusieurs voies
ou chaines alimentaires sont réalisées, formant un réseau alimentaire ou réseau trophique.
Figure 31. Schéma représentatif d’une chaîne trophique dans un cours d’eau
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5. Stratégies adaptatives des êtres vivants colonisant les milieux lotiques
La vie dans les eaux courantes crée des situations particulières en raison de la nature
même de l'eau courante, fluide et en constant mouvement. Par exemple, les insectes doivent
demeurer dans leur habitat et ne pas être entraînés par le courant, sauf délibérément. Ils ont
donc développé toutes sortes de stratégies et d'adaptations pour se fixer près des rives, sous
les pierres, parmi les plantes,...etc. Mais la vie dans les eaux courantes n'a pas que des
inconvénients, c'est l'assurance pour les insectes de trouver en permanence de l'oxygène
dissous, qu'ils peuvent extraire du milieu au moyen de branchies ou de plastrons soyeux
spécialisés. Plus que les eaux stagnantes, les eaux courantes sont souvent des milieux
pérennes, assurant à leurs habitants de l’eau en permanence. Les débits des cours d’eau
varient cependant de façon considérable tout au long de l’année, en particulier en plaine,
soumettant ainsi les insectes à des difficultés temporaires.
Les formes d’adaptation des peuplements animales peuvent se manifester comme suit :
•
Forme du corps : le corps a généralement une forme plus aplatie.
•
Respiration : la respiration des organismes est généralement branchiale ce qui permet
aux organismes d’éviter de remonter à la surface.
•
Appendices : Les pattes sont souvent munies de divers appendices qui leurs
permettent de se fixer au substrat. Ces appendices peuvent être des ventouses, des crochets,…
Exemple : les Coléoptères des eaux courantes
Tout comme dans les milieux à eaux stagnantes, les Coléoptères sont des composants
majeurs de la faune des eaux courantes. Leurs adaptations morphologiques à ces milieux sont
remarquables, à tel point que la plupart des familles ont des représentants dans les eaux
courantes. Une famille, celle des Elmidae, est pratiquement spécialisée et adaptée à la vie
dans les torrents et les rivières. Ses représentants vivent agrippés aux plantes aquatiques
(EImis, Limnius,...etc.) ou aux pierres du fond (Stenelmis). Une espèce, Macronychus
quadrituberculatus (Fig. 32), a un développement caricatural de ses longues pattes à griffes
très robustes qui lui permettent de bien s’agripper face au courant. Ses déplacements sont
lente, elle ne nage pas du tout, mais s’agrippe énergiquement au substrat et aux plantes. Sa
nourriture est faite d’algues microscopiques et de débris végétaux de petite taille. L’adulte n’a
revêtement de très fines soies retenant une mince couche d’air, le plastron respiratoire, grâce
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pas besoin de revenir à la surface pour respirer, car il est couvert sur sa face inférieure d’un
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auquel les échanges gazeux s’effectuent entre l’insecte et l’eau. L’oxygène est capté grâce aux
soies, qui sont en relation avec le système trachéal. Lorsque le taux d’oxygène diminue dans
la bulle ventrale, il est immédiatement compensé par l’arrivée d’oxygène dissous. Le dioxyde
de carbone produit par l’insecte se dissout dans l’eau. Les Elmidae se laissent fréquemment
entraîner par le courant, en particulier pendant la nuit, fournissant ainsi une quantité
importante de proies aux poissons insectivores, dans les rivières à truites.
Figure 32. Macronychus quadrituberculatus
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