observatoire hommes-milieux vallée du rhône 6...

Observatoire Hommes-MilieuxVallée du Rhône6 septembre 2011Avignon

J.M. Olivier UMR CNRS 5023 - E. Franquet IMEP

Recherches en écologie

La recherche en écologie sur le Rhône estactuellement centrée sur 3 axes :

études des relations « habitats-organismes » àdifférentes échelles spatiales et temporelles

études liées à l’influence des changements globauxsur le fonctionnement du système fluvial

études liées à l’impact des polluants sur lespopulations (macroinvertébrés et poissons)

Relations habitats-organismes

- travaux de base ayant permis l’acquisition de laconnaissance sur les systèmes fluviaux (PIREN « Haut-Rhône » puis PIREN « vallées fluviales » puis travauxpostérieurs (habitat template etc…)).

- analyse de la réponse des organismes à la restaurationphysique des habitats du Rhône : augmentation des débitsréservés et réhabilitation des annexes fluviales

- modélisation de l’habitat physique et thermique du Rhônedans une section non-aménagée (secteur Saut-Brénaz-Jons)afin d’analyser l’impact de la variabilité des facteurshydrologiques et thermiques sur la dynamique d’occupationde l’espace et la dynamique des peuplements de poissons

Analyse des effets de larestauration hydraulique et

écologique du Rhônefin 2013

http://restaurationrhone.univ-lyon1.fr

J.M. Olivier J.M., Lamouroux N.,Castella E., Dolédec S., Mérigoux S.,

Paillex A., Piégay H., Segura S.Forcellini M. Riquier J., Statzner B. …

Lyon

Vienne

Valence

Montélimar

Orange

Arles

Marseille

Méditerranée

Genève

Programme de restaurationhydraulique et écologique du

Rhône

Trois volets :

1/ augmentation du débit réservédans les tronçons court-circuités

2/ réhabilitation des bras latéraux

3/ restauration des axes de viemigratoires

ChautagneBelley

Brégnier-Cordon

Miribel-Jonage

Pierre-Bénite

Péage-de-Roussillon

MontélimarDonzère-Mondragon

Organisation du suivi

Objectifs :

Méthodes :

évaluer l’effet des procédures de restauration (sur le milieu et lespeuplements et in fine sur le fonctionnement du système)

développer des méthodes et des protocoles dédiés à cesobjectifs : stratégies d’échantillonnage, définitionsd’indicateurs et de métriques pertinents, modélisation.

Démarche

Secteurs Types de milieu Poissons Invertebres Vegetation Sedimentation

Chenal X X

Chautagne Lone de la Malourdie X X

Lone du Brotalet X X

Chenal X X

Lone des Luisettes X X X X

Lone Moiroud X X X X

Belley Lone Beard X X X X

Lone Fournier X X X X

Anse de Yenne X X X

Lone de Lucey X X

Chenal X X

Lone de Chantemerle X X X X

Lone des Granges X X X X

Lone Vachon X X X

Bregnier-Cordon Lone des Cerisiers X X

Lone des Molottes X X X X

Lone Mattant X X X

Lone du Ponton X X X X

Lone de la Plaine X X

Canal de Miribel Chenal X X

Chenal X X

Lone de la Table Ronde X X

Pierre-Benite Lone de Ciselande X X

Lone de Jaricot X X

Chenal X X

Lone de la Platiere X X X X

Lone Noye Nord X X X

Peage de Roussillon Lone Noye Sud X

Ilon X X X X

Lone de la Boussarde X

Casiers Arcoules X X

Lone de la Sainte X X X

Chenal X X

Montelimar Lone de la Barcasse X

Lone dela Roussette X X X X

Chenal X X

Lone Grange ecrasee X X X X

Lone de Malatras X X

Lone du Carre X X X X

Donzere-Mondragon Lone de la Republique X X X

Lone Malaubert X X X X

Lone du Bayard X X X X

Lone de Caderousse X X X X

Lone des Joncs X X X X

Thematiques

Suivi chenaux court-circuités

Poissons : 8 secteurs

Invertébrés : 8 secteurs

Suivi des annexes fluviales

Poissons : 24 lônes

Invertébrés : 26 lônes + 8 témoins

Sédimentologie : 32 lônes

Végétation aquatique : 27 lônes

État initial et

suivi post restauration

FR50 est un indice hydraulique lié à la morphologiedu cours d'eau (proportions de radiers/mouilles).Plus sa valeur est élevée, plus il reflète l’idée d’unfleuve vif

REM est lié au niveau de débit par unité de largeur. Plussa valeur est élevée, plus il reflète l’idée d’un fleuvecourant, de façon comparable sur des sites variés. Il estparticulièrement sensible aux changements de débitminimum. Une augmentation de RE augmente la valeurd’habitat relative des espèces typiques d’eau courante(ombre, barbeau, ablette, hotu, toxostome, vandoise).

En pratique, FR50 = Q50 / (g 0.5 * H50 1.5 * L50) et REM = QM / (ν * LM) où Q50, H50, L50 sont le débit, la hauteur et la largeurmouillée médians ; g est l’accélération gravitationnelle ; QM et LM sont le débit minimum et la largeur correspondante ; ν est laviscosité dynamique de l’eau.

Réponses aux augmentations des débits réservés

Espèces d’eaux vives Espèces d’eaux courantes

1996-2003 2004 2005 2006 2007

2004 2005 2006 2007

2005 2006 20070

0.09

0.18

0.27

0.36

0.45

0

0.09

0.18

0.27

0.36

0.45

0

0.09

0.18

0.27

0.36

0.45

Chautagne

Belley

Brégnier-Cordon

2008

2008

2008

2009

2009

2009

2010

2010

2010

Haut-Rhône

Proportions d’espèces d’eaux courantes

Pré Post

1995 1996 1998 1999 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

0

10

20

30

40

50

60

70%

Pierre-Bénite

Proportions d’espèces d’eaux courantes

2010

Pré Post

Bilan multisites

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

510

1520

2530

35

% e

spèc

es «

eaux

viv

es»

% e

spèc

es «

eaux

cou

rant

es»

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

1020

3040

50


0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

510

1520

2530

35

% e

spèc

es «

eaux

viv

es»

% e

spèc

es «

eaux

cou

rant

es»

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

1020

3040

50

Pierre-Bénite-avant

MontélimarDonzère

Chautagne-avant

Brégnier-Cordon-avant Chautagne-après

Brégnier-Cordon-après

Pierre-Bénite-après

Belley-après

Belley-avant

Indicateur hydraulique « courant » (REM)Indicateur hydraulique « vivacité » (FR50)

Chautagne-avant

Chautagne-après

Brégnier-Cordon-avant

Brégnier-Cordon-après

Pierre-Bénite-avant

Pierre-Bénite-après

Donzère

Montélimar


Belley-après

Belley-avant

50

25

0

% ChautagnePré-restauration

Post-restauration n+2



Belley

Brégnier-Cordon

Pré-restauration



Pré-restauration


limnophiles intermédiaires rhéophiles ubiquistes indéterminés

50

25

0

%


50

25

0

%


Pourcentages de taxons dans les différentes catégories de préférences hydrauliques dans les 3 RCC de Chautagne, Belley et Brégnier-Cordon au cours descampagnes pré- et post-restauration (d’après Mérigoux 2011, rapport détape du suivi scientifique du programme de restauration hydraulique et écologique du Rhône :un observatoire dynamique de l’état écologique du fleuve, rapport à la Agence de l’Eau RM & C, à la Région Rhône-Alpes et à la CNR).

22 taxons abondants(Pierre Bénite)

y = 1.9219x - 0.0159 R2 = 0.75

Sericostoma

P.luteus

T. fluviatilis

Hydrospyche contubernalis

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 50 100 150 200 250

Discharge (m3.s-1)

Ha

bit

at

va

lue

Modèle statistiqued’habitat: FSTress

Hydropsyche

Prédictions vs observations post-restauration :

Réhabilitation des lônesActuellement23 lônes restaurées sur le Haut-Rhône et 3 à Pierre-Bénite

Plusieurs modalités de restauration• curage des sédiments (fins en général)• ouverture à l’aval• ouverture à l’aval et à l’amont.

Sédimentologie des annexes fluviales (J. Riquier- H. Piégay)

ProblématiquesProblématiques : :

• Quelle est l’espérance de vie d’une lône restaurée ?

- Les annexes restaurées se comblent-elles et à quels rythmes ?

- Des phénomènes de décapage sont-ils effectifs ?

- Ces processus s’exercent-ils dans des secteurs préférentiels ?

- La durée de vie des bras est-elle modifiée par les travaux de restauration ?

• La restauration modifie-t-elle les conditions d’habitat ?

- Les conditions d’habitat sont-elles modifiées par rapport aux conditionsinitiales ?

- Les conditions d’habitat post-restauration sont-elles pérennes ?

Diagnostic du fonctionnement etde la durée de vie potentielle des

zones humides (Bornette etAmoros)

Modélisation de l’évolution de la diversité en macrophytes dans lesannexes : 3 indicateurs calculés à partir des profils écologiques de 34espèces de macrophytes

% espèces typiques du fleuve

% taxons à dérive comportementale

% taxons se déplaçant à la surface du substrat

% taxons > 1 génération par an / taxons < 1 génération par an

% prédateurs / autres groupes trophiques

% collecteurs filtreurs / autres collecteurs

% broyeurs / collecteurs

Caractéristiques biologiques et écologiquesdes taxons

% d’individu appartenant à des espèces non-indigènes

Nombre d’espèces à statut de protection ou de vulnérabilité documenté

Richesse spécifique des mollusques gastéropodes

Richesse spécifique des taxons EPT

Richesse taxonomique totale

Richesse taxonomique etstatut des espèces

MétriquesIndicateursMacro-invertébrés

Lônes

Anisus vorticulus(E. castella)

Réhabilitation des lônes

d = 1

1er axe ACP = intégrateur de la connectivité latérale

CONNECTIVITÉ LATÉRALE 36 sites (Paillex 2010)

connectéspartiellementdéconnectés

déconnectés

ln_div_sub

ln_om

veg_sub

cond

NH4.N

Diversité

substrat

Matière

organique

Recouvrement

végétation

Conductivité

N-NH3

Relation connectivité latérale – composition faunistique

Communautéslénitophiles

Communautésrhéophiles

Com

posi

tion

taxo

nom

ique

1er

axe

AFC

Connectivité latérale

LotiqueLentique

d = 0.5

POST

PRE

TEMc TEMs

Diversité des communautés d’invertébrés aquatiques dans les secteurs de Belley et Brégnier-Cordon (40 sites au total). Chaque point est un site à une date donnée(pré- ou post-restauration). La distance entre deux points est une mesure de leur dissimilarité. (TEMs : 12sites témoins (non restaurés) déconnectés du Rhône(stagnants = lentiques) ; TEMc : 4 sites témoins (non restaurés) connectés au Rhône (courants = lotiques) ; PRE : 20 sites avant leur restauration (2003 - 2005) ;POST : les mêmes après leur restauration à t+2 (2007-2008) (plus 4 sites nouvellement créés par la restauration). Interprétation : 1) Les témoins stagnants etcourants définissent les conditions extrêmes (courantes et stagnantes) des communautés d’invertébrés aquatiques dans la zone alluviale, 2) A t+2, la restaurationinduit un déplacement global des communautés vers des types plus lotiques (mouvement vers la gauche de PRE vers POST), 3) A t+2, la restauration induit unediversification des communautés à l’échelle de la zone alluviale (augmentation de la taille de l’ellipse rouge - POST par rapport à la bleue - PRE = augmentation dela diversité faunistique entre sites). Deux ans après restauration, la faune des invertébrés aquatiques traduit 1) une évolution vers des conditions plus lotiques /connectées au Rhône, 2) une diversification des conditions à l’échelle des secteurs (Belley + Brégnier). Source : E. Castella, Université de Genève, Institut Forel.

Effectif total

% 0+

Proportion delitho-phytophileset phytophiles

1erax

ede

l’AC

Pin

ter-l

ônes

1erax

ede

l’AC

Pin

ter-l

ônes

-2.6

4.2

0

Ponton

Molottes

Brotalet

Chantemerle

Cerisiers

Malourdie

Anse de Yenne

Luisettes

Granges

Vachon

Mattant

Béard

Fournier

Moiroud

-0.1

0.6

0

Abondance des espèces cibles (rotengle, tanche, bouvière, brochet)Espèces cibles

Abondance relative des espèces phytophiles et lithophytophilesIndicateur d’eaux stagnantes

Abondance relative des espècesRichesse spécifique piscicole

Lônes

MétriquesIndicateursPoissons

Réhabilitation des lônes

Modélisation de l’habitat physique et thermique du Rhône dansune section non-aménagée: projet Bugey 2D, resp. H. Capra(Cemagref Lyon), fin 2012

• modélisations hydrauliques et thermiques sur un secteur de 35 km (entre Sault-Brénaz et Jons)

• simulation de l’histoire d’habitat (hydrauliques te thermiques) des 27 dernièresannées pour évaluer la part de la disponibilité en ‘habitat-température’ dans lastructuration des peuplements

• modélisation des préférences d’habitats de certaines espèces de poissons,couplage avec une étude in situ des préférences d’habitats des poissons (pistageet enregistrement par hydrophones des caractéristiques d’habitat (profondeur-température)

• Développement d’un modèle de dynamique des peuplements spatialisé (variablesclefs indépendantes : conditions hydrodynamiques et thermiques).

Changement global

une étude pilotée par EDF « étude thermique phase 4 »qui fait suite aux trois premières du nom, commencées il y aplus de 10 ans, labellisée « Plan Rhône »

une étude sur la localisation et la quantification deséchanges nappe-fleuve en utilisant de descripteurshydrogéologiques, floristiques et faunistiques (invertébrésinterstitiels), P. Marmonier, D. Graillot, C. Piscart, G.Bornette

Etude thermique phase 4 (EDF),Cemagref Aix, Lyon, ARALEP, UMR CNRS 5023

comprend 5 lots dont 4 sont des actions de recherche

- répartition des espèces sur le linéaire du Rhône etles parties aval des affluents (avec un aspect historique)

- Croissance et survie des jeunes poissons sur l’axerhodanien : implication du contexte hydroclimatique et desprocessus de densité dépendance (Cemagref d’Aix)

- Dynamique temporelle des espèces d’invertébrésinvasives et recherche des caractéristiques biologiques(traits) des espèces thermophiles (ARALEP)

- analyse de l’influence de la variabilité hydrologique etthermique sur la phénologie de la reproduction et lacroissance des poissons cyprinidés dans deux contextesthermiques différents (le vieux Rhône de Péage deRoussillon et le vieux –Rhône de Baix-le-Logis-Neuf, séparéspar la confluence entre Rhône et Isère, l’Isère étantconsidéré comme un affluent froid du Rhône)

- objectif : rechercher quelles sont les conditionsthermiques et hydrologiques responsables desfluctuations inter-annuelles d’effectifs de juvéniles del’année des différentes espèces présentes,- échantillonnages : effectués avec un pas de tempsserré compatible avec les objectifs de l’étude, surdeux années (2010-2011) climatiquement contrastées,(UMR CNRS 5023, Cemagref Aix)

- projet Bugey 2D (Cemagref Lyon)

Localisation et quantification des échanges nappe-fleuve

programme réalisé dans l'accord-cadre Agence-ZABR

Cadre scientifique : effets des changements globaux surla dynamique hydrologique des grandes fleuves et deleurs connexions avec les aquifères latéraux.

Attendus : aide à la gestion des ressources en eau,aussi bien d'un point de vue qualitatif que quantitatif (e.g.protection des nappes, durabilité des annexes fluviales...)

Perspectives : rédaction d'un cahier technique pour unpassage de relais à des bureaux d'étude, application àd'autres fleuves français (Rhin, Seine et Loire) dans lecadre d'un programme ONEMA.

Impact des polluants sur les populations(macroinvertébrés et poissons)

étude « PCB » du Rhône (M. Desmet, M. Babut, H.Persat)

étude du lien entre qualité du génome des gamèteset reproduction comme un élément explicatif du déclindes populations de hotus dans le bassin du Rhône (A.Devaux, J.M. Olivier, S. Bony, Accord cadre ZABR-Ag. De l’Eau)

étude de l’influence de la toxicité du sédiment surles peuplements de macroinvertébrés benthiquesdans les vieux-Rhône et les annexes fluviales (E.Castella, Institut Forel, Genève)

Conclusions

intérêts des études dans un contexte régional et national,importance dans le contexte international (D.C.E., Loi sur l’eau,restauration des cours d’eau, prise en compte des sciencessociales, approche intégrée…)

les thématiques prennent en compte les principalespréoccupations écologiques actuelles : approche synergique dufonctionnement des fleuves qui s’inscrit sur le moyen et le longterme (habitat, changement global, écotoxicologie, espècesexogènes…)

un contexte rhodanien favorable : un bassin très diversifié, desproblématiques variées, un pool scientifique important, desopérateurs puissants à l’écoute (CNR, EDF, Ag. De l’Eau, RRA…),des suivis pérennes (suivi des CNPE, observatoires ZABR…).

Perspectives

les résultats actuels nous incitent fortement à affiner noshypothèses et nos recherches à l’échelle des populations

la nécessaire prise en compte des espèces exogènes dans lefonctionnement du système conduit à envisager des démarchescouplées d’observations de terrain et d’expérimentation en milieucontrôlé (analyse de la part relative des contraintes physico-chimiques et des interactions biotiques)

il existe des points faibles dans les recherches actuelles : exl’étude des flux de nutriments et le rôle des différentscompartiments dans les processus de transferts d’énergie(annexes fluviales par exemple)… ouvert à la discussion

recherches sur les grands migrateurs ???

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