1Les retenues d’eau en rivières présentent un obstacle transversal à l’écoulement. Lorsque celles-ci sont suffisamment importantes, elles créent un plan d’eau en amont qui va engendrer l’apparition d’un nouvel écosystème lentique, au détriment de celui lotique présent. Certaines de ces retenues sont très anciennes et datent de plusieurs centaines d’années (Bartout, 2006, 2015 ; Mathis & Mathis, 2016), quand d’autres, plus récentes, sont souvent plus réduites en superficie. Ces retenues ont été créées pour un usage particulier, comme l’utilisation de la force motrice de l’eau, la pêche, le loisir ou encore la valorisation de terres peu propices à l’agriculture. Or, elles font aujourd’hui l’objet de nombreuses discussions que ce soit la politique sur la continuité écologique, inscrite dans l’Annexe V de la Directive Cadre Européenne sur l’eau de 2000 ou encore la volonté de créer des « bassines » pour retenir l’eau et préserver un modèle agricole. L’effet de la présence de retenues sur cours d’eau est de plus en plus étudié dans le monde scientifique, les études montrent des effets localisés, singuliers (Poff & Hart, 2002 ; Olden & Naiman, 2010 ; Maheu et al., 2016 ; Chandesris et al., 2019) et des recherches sont en cours pour préciser « l’effet cumulé ». Les impacts des retenues sont multivariés (Carluer et al., 2016), dans le cas de cumul les impacts peuvent être hétérotypiques avec des processus additifs ou incrémentables (par paliers). Zaidel et al. (2021) vont même jusqu’à conclure, lors de l’étude de l’impact thermique de 15 retenues, que le réchauffement de la rivière située à l’aval n’est pas une généralité. De plus les suivis scientifiques de travaux de restauration montrent des trajectoires d’évolution de fonctionnement des rivières très plurielles.
2Les conclusions ne sont pas généralisables mais de grandes tendances sont observées et compilées par Carluer et al. (2016). Ainsi, sourcés de cette biblio et d’une étude de cas, nous proposons un complément méthodologique aux programmes de gestion de rivières (également appelés programmes de restauration de la continuité écologique, programmes d’aménagement et d’entretien, plans de restauration, programmes de travaux) afin d’optimiser les gains des travaux de restauration qui seront engagés. Il nous semble important de proposer un indicateur permettant de disposer de données, issues du milieu, homogènes dans le temps et l’espace, complémentaires à l’arpentage des rivières réalisé pour définir le programme de travaux de restauration et exploitables pour hiérarchiser et orienter le gestionnaire. Un programme de travaux hydromorphologiques sur la continuité écologique requiert au préalable une connaissance micro du réseau hydrographique concerné, pour contrebalancer avec l’échelle macro à laquelle sont contraints les programmes de surveillance des agences de l’eau pour répondre aux exigences de la DCE. Il apparaît ici intéressant de proposer aux (futurs) gestionnaires de se doter d’un outil de priorisation simple à mettre en œuvre, peu consommateur en temps et en argent et disposant d’une interprétation fiable. A partir d’un cas concret, le bassin versant de la Zinsel du Nord situé dans le Parc naturel régional des Vosges du Nord, nous proposons d’utiliser la température comme premier paramètre discriminant et hiérarchisant les futurs projets de restauration.
3Ainsi l’indicateur proposé est la température de l’eau, elle est un paramètre intégrateur de multiples facteurs impliqués dans la dégradation des milieux aquatiques. Elle est un des régulateurs majeurs des phénomènes chimiques, biologiques et physiques au sein des milieux aquatiques. A ce titre c’est un marqueur physico-chimique très représentatif du fonctionnement et des altérations des anthropo-hydro-éco-systèmes. C’est un indicateur qui mesure les impacts directs et indirects (induits) des retenues d’eau. Les études sur la thermie ont montré des disparités d’impacts forts selon le volume, la profondeur et la sortie d’eau des ouvrages (Touchart, 2007 ; Maheu et al., 2016 ; Zaidel et al., 2021). En prenant la température comme indicateur principal, nous proposons un moyen simple de prendre en compte la complexité du fonctionnement thermique des hydroécosystèmes (partie I et II). Nous proposons une clef de gestion afin d’améliorer l’efficacité thermique des projets de restauration (partie 3).
4Le maître d’ouvrage doit bien définir au préalable les objectifs du suivi thermique. Ce sont ces objectifs qui vont permettre d’établir la distribution des enregistreurs sur le terrain. Nous proposons trois approches : (I) une première focalisée sur les têtes de bassin ; (II) une seconde sur la relation des affluents avec le drain principal ; (III) et une troisième à partir de la définition des valeurs cibles et/ou de référence (cf. § 2.c). En préalable à cette troisième proposition il convient de définir (a) les espèces piscicoles cibles et/ou (b) un bassin versant avec une rivière pouvant servir de référence par rapport à l’objet du suivi.
5Dans la présente étude, la méthodologie sera détaillée pour l’étude de l’impact cumulé des retenues d’eau au sein du bassin versant principal en discriminant les sous-bassins versants suivant l’impact des retenues d’eau sur le réseau hydrographique. La proposition méthodologique suivante fait suite à une étude basée sur l’impact des retenues d’eau en comparant des cours d’eau avec retenues, sans retenues et certains où les retenues ont été supprimées suite à des travaux de restauration (Choffel et al., 2020). Les cours d’eau étudiés sont des rivières de rang de Strahler 1 et 2 et la référence choisie est un tronçon de cours d’eau sans présence de retenues. Nous utilisons la thermie comme indicateur intégrateur de la qualité des eaux et de l’impact des retenues d’eau avec une application à l’hydroécorégion (HER) 74 dans les Vosges du Nord. Il est important, dans un premier temps, d’effectuer un diagnostic des bassins versants étudiés afin de relever l’ensemble des particularités, pressions et impacts étant à l’œuvre actuellement et pouvant faire office de perturbation du signal thermique capté. La présente proposition méthodologique vient compléter les méthodes déjà utilisées et non les substituer.
6Retour d’expérience : l’étude des flux thermiques (les calories) peut être un complément utile pour préciser les impacts des retenues d’eau. Cela demanderait de démultiplier les sites de mesures et de coupler les enregistreurs de températures à des données de débit liquide afin d’obtenir des flux calorifiques. Cette méthode n’est pas développée ici.
7Dans un premier temps nous proposons, à minima, d’équiper les parties amont et aval de l’ensemble des bassins versants étudiés, soit en amont du premier étang et en aval du dernier. Cette méthodologie ne permet pas de comprendre l’impact de chacune des retenues mais donne une information sur l’impact de chaque affluent sur le drain principal ainsi que sur l’impact cumulé à l’échelle de chaque sous-bassin versant. Cette typologie d’installation à large échelle renseigne sur l’ensemble du bassin versant. Les stations amont sont toutes localisées à des « distances à la source » similaires.
8Le préalable à la définition des stations est la sélection d‘un bassin versant dit témoin ou de référence. Le choix du bassin versant doit être représentatif de l’objectif de suivi. Dans le cas de la restauration de la continuité écologique d’étangs, nous distinguons trois choix : (I) un bassin versant de référence sans retenues d’eau et sans pressions confondantes (une référence à haut degré de naturalité) ; (II) un bassin versant sans retenues d’eau mais avec des pressions confondantes représentatives des pressions des autres bassins versants (une référence représentative) ; (III) un bassin versant témoin avec des retenues d’eau mais pour lequel les données de milieu concordent avec les objectifs fixés (par exemple la présence d’un cortège d’espèces piscicoles recherchées ). L’objectif n’est donc pas systématiquement de trouver une station exempte de toute pression anthropique (impossible dans certains cas), mais, le cas échéant, de s’assurer que les pressions subies répondent aux objectifs de gestion. La définition des stations de référence ou témoins peut s’inspirer du Guide pour l’élaboration de suivis d’opérations de restauration hydromorphologique en cours d’eau (Roland-Meynard, et al., 2019).
Figure 1. Schéma simplifié de proposition de définition des stations au sein d’un bassin versant principal et de ses sous-bassins versant
Source : Q. Choffel, 2020.
9Retour d’expérience : certaines références peuvent être trompeuses. En effet des éléments peuvent modifier localement le régime thermique (la présence de source, l’absence de ripisylve, …). Par ailleurs, à échelle plus large, Fullerton et al. (2015) ont réinterrogé le modèle classique de profil thermique longitudinal d’une rivière.
10L’analyse des données thermiques peut se référer à des connaissances sur le cycle de vie de l’hydro-écosystème. Ces données peuvent se baser sur les exigences thermiques des espèces piscicoles, planctoniques, des macroinvertébrés ou de toute autre espèce faunistique ou floristique dont la température a un impact sur sa présence, sa vie et son évolution.
11Les poissons sont des espèces poïkilothermes, leur température corporelle dépend directement de celle de leur environnement, soit l’eau. Leur bon développement et leur survie ne sont possibles qu’à l’intérieur de seuils thermiques. Au-delà de ces seuils, la température va influencer le métabolisme du poisson, sa reproduction, les taux d’ingestion et de digestion ou encore leurs déplacements (Tissot et Souchon, 2011). Au-delà des seuils létaux, le taux de survie du poisson peut être réduit à quelques heures si celui-ci est dépassé. Ces seuils létaux varient en fonction des espèces, certaines ayant des tolérances thermiques plus réduites. Sur les cours d’eau étudiés, les espèces cibles peuvent être utilisées afin de connaître leur capacité de déplacement et de survie. La truite fario est largement utilisée comme référence sous nos latitudes (seuil létal à environ 24°C, Eaton et al., 1995). Les salmonidés (truite, ombre, saumon…) sont parmi les espèces les plus sensibles aux températures élevées de l’ichtyofaune métropolitaine, la littérature scientifique s’accordant sur l’idée qu’une exposition répétée à des températures supérieures à 20°C étant pénalisante pour la survie des poissons, singulièrement les juvéniles. L’exposition à ces températures élevées dans le milieu naturel entraîne stress, arrêt de la croissance et un affaiblissement progressif des salmonidés. Il est rare de constater des mortalités massives de salmonidés à cause de la température, pour cette raison, l’effet de ce facteur passe souvent inaperçu. L’élévation du régime thermique des rivières a des conséquences plus durables, rendant les salmonidés plus sensibles aux parasites, aux prédateurs mais aussi les rendant moins compétitifs face aux cyprinidés, espèces mieux adaptées aux températures élevées. Il appartient au gestionnaire de bien définir la zone piscicole dans laquelle l’étude se déroule (Crénon, rhitrhon, potamon). Un autre indicateur de bonne qualité des eaux, la moule perlière, peut être utilisée comme espèce cible. Sa température de confort oscille entre 0 et 23°C, tandis que son seuil létal est estimé à 28°C (Bauer, 1988 ; Moorkens, 2000). Ces éléments vont composer ce que nous appelons les valeurs cibles.
Figure 2. Exemple de différences de régimes thermiques au sein d’un étang de profondeur de 2m. On peut observer avec une profondeur plus importante de plus faibles températures et un lissage progressif du signal avec une disparition du rythme nycthéméral
Réalisation : Q. Choffel, 2020
12La morphologie de l’étang que nous définissons ici par sa superficie et sa profondeur, soit son volume, est un élément majeur d’impact sur le cours d’eau à l’aval (Maheu et al., 2016, Choffel, 2019). Plus le volume est important plus l’impact est important.
Figure 3. Exemple de zones d’influences d’un grand étang selon la saisonnalité
Réalisation : Q. Choffel, 2019
13Retour d’expérience : nous proposons de créer une typologie des étangs suivant 3 axes principaux : (1) en fonction de leur volume (à défaut la surface ou la profondeur), (2) en fonction du type de sortie d’eau (surface, fond, mi-fond, mixte - (cf. § suivant)) et (3) en fonction de leur alimentation. Pour ce dernier, Bellot et al. (2017) propose un logigramme pour affiner le type de retenue selon les caractéristiques et son mode de gestion. En reprenant ce logigramme et en subdivisant chaque code par (1) et (2) nous obtenons un logigramme le plus fin pour anticiper les impacts par retenue. De ce fait, nous proposons d’effectuer des typologies de retenues d’eau suivant un croisement entre la typologie des retenues (23 types) créées par l’(ESCO)1 et la taille de la partie lentique engendrée par la retenue en deux groupes relatifs sur le bassin versant étudié : dissocier les retenues avec une inertie calorifique importante des petites retenues.
14Le deuxième élément majeur dans l’impact thermique des retenues sur les cours d’eau à l’aval est la profondeur de sortie d’eau (Webb et Walling, 1992, Maheu et al., 2016). Les étangs à moine, à sortie d’eau mixte, à vanne de fond ou à déversoir ont des impacts variés sur le milieu lotique aval (Touchart et Bartout, 2010, Choffel, 2019, Choffel et al., 2020). Le bilan thermique des étangs en dérivation est singulier, il est également important de le coupler avec le type de sortie d’eau au sein de l’étang (Millot, 2014, Touchart et al., 2020). La question du type de sortie d’eau est surtout intéressante à prendre en compte pour les stratifications qui ont lieu, sur des périodes de plusieurs jours à plusieurs semaines, en période estivale, sur des étangs, même de faible profondeur (entre 1 et 3M) (Touchart, 2007, Markfort et al., 2010, Choffel et al., 2017, Choffel, 2019). En fonction du terrain d’étude, nous invitons le gestionnaire à identifier les impacts d’au moins un étang par type de sortie (par profondeur de soutirage) présent sur le territoire. Soit un capteur amont et un capteur aval.
15La récupération thermique, soit la capacité du cours d’eau à revenir à des températures en amont de la perturbation (également nommée « distance d’influence » ou « distance de retour »), est un indicateur intéressant pour la gestion du risque thermique dans le bassin versant. Cette récupération thermique varie selon les indicateurs physico-chimiques utilisés. Elle est de quelques dizaines de mètres pour l’oxygène, tandis qu’elle peut se mesurer en kilomètres pour la température. La disposition de plusieurs thermomètres à l’aval de la retenue d’eau permet de connaître le linéaire impacté par la retenue ainsi que la récupération thermique moyenne du cours d’eau. La définition de stations à l’aval de retenues doit permettre d’être le plus représentatif possible du linéaire impacté potentiel. Nous proposons des ordres d’idées de distances minimales et maximales théoriques d’implantation des stations (Tableau 1), en considérant que le maximum d’impact thermique a lieu sur les premières dizaines à centaines de mètres en aval de la retenue. Sur des étangs à grand volume, cette récupération thermique est d’environ 0,6 °C/km en moyenne, avec une récupération moyenne de 2 °C/km sur le premier kilomètre (Touchart, 2007, Choffel, 2019). Pour ces étangs nous proposons d’équiper deux stations à l’aval. Ces données varient en fonction des débits entrants, des temps de rétention des eaux dans la retenue et d’autres perturbations le long du linéaire aval. Elles donnent cependant une indication des implantations les plus propices sur sites.
Tableau 1. Références de la distance minimale estimée d’implantation en aval d’une retenue
16S’il est possible de disposer plusieurs stations à l’aval des étangs (tous les kilomètres, jusqu’à 10 km à l’aval), il est possible de calculer un linéaire de récupération thermique et avoir ainsi une meilleure représentativité spatiale de l’hétérogénéité thermique du linéaire de cours d’eau à l’aval. La difficulté se pose pour les secteurs où la densité de retenue est trop importante, celles-ci sont tellement proches que le cours d’eau n’a pas un linéaire suffisant pour avoir une récupération thermique. Dans ce cas, seules les mesures amont/aval du système de retenues cumulées peuvent être appliquées.
17Retour d’expérience : sur un grand étang comme celui de Baerenthal (commune de Baerenthal, Moselle) avec 150 000 m3 de volume et une profondeur maximale de 2,5 m, la récupération thermique moyenne annuelle s’effectue sur les 2 premiers kilomètres. En moyenne, le cours d’eau retrouve sa température d’avant la retenue après 2 km de linéaire. Au maximum en revanche, le linéaire impacté a été de 9 km (Figure 6, Choffel, 2019) lors de fortes chaleurs estivales.
18L’implantation doit toujours être pensée en fonction de l’objectif suivi de l’étude et prendre en compte les choix de définition des stations. La température est un traceur efficace de la pollution de l’eau (Birkinshaw et Webb, 2010) et elle est donc sensible à la moindre perturbation. A l’échelle du site, de nombreux éléments doivent être pris en compte pour une installation efficace et durable. Il convient de dresser un état des lieux des potentielles perturbations locales : rejet de fossé, drain agricole, sortie de STEU, assainissement non collectif, confluence en amont immédiat, etc. Tant que possible, pour chaque site, choisir un ombrage maximal et éviter une rupture de la ripisylve juste à l’amont pouvant augmenter la température durant la période estivale (Bartholow, 2000). De manière générale il est proposé d’essayer d’installer les enregistreurs dans des conditions d’ombrage, de profondeur et de vitesse de courant similaires pour chaque station.
Figure 4. La technique de fixation d’un thermomètre dans le lit d’un cours d’eau
Source : F. Donati, 2017
- 2 Rapport de stage de master II, Donati F. 2017, Evaluation des effets cumulés d’étangs sur la biolog (...)
19Retour d’expérience : pour mettre en place des sondes thermiques dans des petits cours d’eau, une technique qui a démontré son efficacité sur des rivières à fonds sableux est celle dite du « corps mort », testée par F. Donati (2017)2. Elle s’inspire des techniques d’assurage utilisées couramment dans les travaux sur corde ou dans l’alpinisme. Cette méthode consiste à fixer un thermomètre à deux points d’ancrage : un à l’intérieur du cours d’eau et l’autre à l’extérieur. Le premier point de fixation est constitué de deux sardines en acier inoxydable complètement enfoncées dans le lit du cours d’eau, disposées de sorte à former une « V » avec le thermomètre (Figure 3) ; les sardines et la sonde sont reliées à travers du fil de fer inoxydable. Le deuxième point de fixation est constitué d’un morceau de fil de pêche qui relie le thermomètre à une racine ou à un autre élément de la berge. Ce second point permet de récupérer le dispositif si le premier point cède ; il a également l’avantage de faciliter la récupération du capteur de température au moment du passage pour récupérer les données.
- 3 Prévoir des chaînes galvanisées en 6 ou 8 mm de préférence pour permettre un poids suffisant. Il es (...)
20Afin d’augmenter les connaissances sur le fonctionnement du milieu, il peut être envisagé d’installer un système de suivi de la température au sein de la retenue. Souvent considérées comme la boîte noire dans les relations amont/aval (Touchart, 2007, Choffel, 2019) et donc peu étudiées, les connaissances du fonctionnement thermique de l’étang peuvent s’avérer utiles. Une chaîne de thermomètres enregistreurs dont la flottaison est assurée par une bouée, et sa stabilité grâce au poids de la chaîne3, peut être installée. Le nombre de thermomètres enregistreurs est fonction de la profondeur maximale et de la précision souhaitée. Les sauts thermiques ont lieu sur de très faibles profondeurs, dès les premiers centimètres. Il faut donc équiper les thermomètres à une résolution suffisante pour mesurer et quantifier la thermocline mère et celles secondaires (un capteur tous les 20 à 30 cm dans les premiers 2 m, au-delà la distance entre deux capteurs peut être augmentée tous les 50 cm). La connaissance du fonctionnement thermique permet du plan d’eau permet d’évaluer l’incidence de l’alternance des phases de stratification et de brassages estivales. Ces éléments sont importants dans la connaissance précise des flux de chaleur déversés vers l’aval.
21Les enregistreurs de température (Hobo© Water Temp V2 dans notre cas) ont été calibrés pour enregistrer la température toutes les heures. Le calage des données à un pas de temps horaire offre un bon compromis entre la durée, le nombre d’enregistrements et la capacité à mesurer les évènements hydrologiques (Webb et Walling, 1986, Touchart, 2007). Cela permet également la comparaison sans manipulations supplémentaires avec les données météorologiques d’une station MétéoFrance ou indépendante. La résolution du capteur doit être comprise entre 0° et +50 °C, avec une précision à minima de ±0,3 °C.
22Retour d’expérience : chaque matériel est soumis à une dérive instrumentale, la valeur mesurée par l’appareil à tendance à s’éloigner progressivement de la valeur réelle en milieu. Pour limiter son impact nous proposons de travailler au maximum avec du matériel ayant le même âge (acheté au même moment), de mettre en place deux enregistreurs par station, de réaliser une mesure avec un matériel exogène lors de la récupération progressive des données (cf. § 1.g) et de compiler cette information dans la fiche de suivi (cf. § 1.f).
23Il est proposé de porter une attention particulière à la toponymie de la station. Celle-ci va également prêter son nom aux enregistreurs de température.
24Cela pour plusieurs raisons : s’obliger à interroger la pertinence de l’installation de chaque capteur, avoir une connaissance fine de la disposition des rivières et des affluents, conserver une trace des questions qui se sont posées lors de l’installation et bien identifier les stations sur le réseau hydrographique. Ce travail préalable facilite le travail d’analyse à postériori (cf. § 2.b).
25Voici notre proposition :
Toponymie : [1.2.1]_[2]_[dénomination de la rivière]_[commune_lieu-dit]_[AMONT-AVAL] [Pression suivi (1)]_[AMONT-AVAL] [Pression suivi (2)]_…_[descriptif]_ [numéro de série du thermomètre].
[Numéro drain principal. Numéro affluent 1 (de l’aval vers l’amont). Numéro affluent 2 (de l’aval vers l’amont)]_[numéro de l’enregistreur de température sur une même rivière (de l’aval vers l’amont – possibilité d’ajouter un chiffre après la virgule si implantation d’un ou plusieurs enregistreurs de température à postériori ex. : 1,4 ; 1,3 voir un second chiffre : 1,35 thermomètre en amont du 1, en amont du 1.3 mais en aval du 1.4 et du 2)]_[dénomination SANDRE de la rivière]_dénomination vernaculaire de la rivière (si différent du SANDRE)]_[commune d’implantation du capteur]_[Lieu-dit]_[principale pression suivi par ce capteur]_[Pression secondaire (confondante) suivi par ce capteur]_[Descriptif libre]_[numéro de série du capteur].
Retour d’expérience : 1.2_1_Rebach_Baerenthal_Obermuhlthal_AVAL étangs_AVAL Obermuhlthal_40 m avant confluence_198351617.
26Sur chaque site, nous conseillons de doubler le nombre d’enregistreurs. Cela permet d’augmenter les chances de récupération des données en limitant les pertes liées au fonctionnement hydrologique, à la morphogénèse, au vol ou à un biais d’un des instruments (cf. § 1.b). Il suffit de placer les enregistreurs à proximité mais avec des repères différents. L’installation de rubans colorés sur un arbre à proximité du site ou d’un piquet avec un marqueur peut permettre de limiter le risque de perte. Si l’accès est contraint et difficile à trouver, n’hésitez pas à multiplier les marqueurs. Le point GPS est un complément fiable, bien que nombre de GPS ne permettent pas la saisie de points en forêt ou dans un fond de vallée encaissé. Un descriptif stationnel écrit, des prises de photos du chemin d’accès et de l’implantation des capteurs avec symbole et repères physiques vont faciliter ensuite le travail de l’équipe qui viendra relever les données ou récupérer les capteurs. A ce titre l’Office Français pour la Biodiversité propose une fiche terrain détaillée dont il est utile de s’inspirer4.
27Retour d’expérience : le fil de pêche accroché en berge est un moyen efficace pour retrouver le capteur (cf. § 1.i).
28Lorsque le calendrier le permet, l’installation des thermomètres enregistreurs lors de l’étiage semble la plus propice. Ainsi, les fonds du lit mineur sont lisibles, ils renseignent sur les hauteurs d’eau permettant d’éviter l’installation d’un capteur en zone exondée une partie de l’année.
29Nous préconisons la création d’une fiche de suivi des enregistreurs thermiques sous la forme d’un tableur avec a minima le numéro de série de l’enregistreur, le nom associé (cf. § 1.c) et la description du lieu d’implantation et une photo de l’accès au site et de la localisation du capteur de température. Il faut garder en tête lors de sa création qu’il doit être, si possible, lisible pour différents acteurs. C’est notamment vrai lors de l’intervention de différentes structures ou différentes personnes au sein d’une même structure sur le relevé des thermomètres. Cette fiche permet un suivi des manipulations.
- 5 Données constructeur pour des Hobo Water temp pro V2.
30Avec des mesures de température toutes les heures, les thermomètres enregistreurs ont une durée de batterie et stockage allant jusqu’à 5 années de mesure5. Le passage du bétail, l’arrachage d’arbres, l’exondation ou d’autres éléments naturels ou anthropiques sont autant d’éléments pouvant causer la perte de données. Il n’est cependant pas recommandé d’attendre la fin de la phase de mesure pour collecter les données. Sur nos terrains, nous préférons, tant que possible, collecter les données tous les 2 à 3 mois, afin de limiter le risque de perte. Il est préconisé de compléter une fiche avec les paramètres climatiques et environnementaux à chaque passage (cf. § 1.f).
Figure. 5 - Exemple de température moyenne d’un étang à partir de 3 points de mesures dans l’étang, et des mesures verticales tous les 25 cm
La température moyenne est comparée avec les seuils de température létale (rouge), plage de confort (vert) et température critique (orange) de la Truite Fario. Le pourcentage de temps est indiqué pour la période la plus critique de mai à septembre 2020.
Figure 6. Exemple de typologie possible des cours d’eau avec étangs sur cours, en dérivation et sans étang
31Retour d’expérience : l’intervention régulière sur site est également un bon moyen d’augmenter sa connaissance du milieu étudié et ainsi de mieux comprendre sa dynamique annuelle. C’est également un moment de possible médiation et rencontres pouvant optimiser le déroulé du projet.
32La récupération des données précède la phase de traitement et d’analyse. Le monitoring environnemental demande de gérer un grand nombre de données. La gestion peut être effectuée via des logiciels de gestions appropriés (PostGre, Acces©) ou en utilisant des tableurs communs (Excel©). Cependant, lorsque le nombre de mesures dépasse le million, il est préférable d’utiliser un gestionnaire de base de données pour faciliter l’exploitation. Dans la mesure du possible nous invitons les acteurs à utiliser un format facilement convertible au format SANDRE qui pourrait permettre au propriétaire des données de les mettre à disposition de l’ensemble des acteurs.
33Les enregistreurs peuvent avoir des valeurs anormales, liées à des erreurs de mesures ou simplement des singularités (par exemple lorsque celui-ci est en dehors de l’eau). Il faut donc définir des plages de valeurs au-delà desquelles la valeur sera automatiquement supprimée car synonyme d’erreur. Cette première vérification est essentielle afin d’éviter d’utiliser dans les calculs des singularités qui peuvent engendrer de mauvaises analyses. Pour l’étude des milieux aquatiques, les valeurs comprises à l’extérieur de l’intervalle -1 / +40 peuvent être supprimées sans risque. Pour détecter des périodes problématiques, une solution reste d’analyser graphiquement la plage de données. Il est aussi possible de réaliser des solutions automatiques d’exclusion de données anormales.
34Une fois les données vérifiées et validées, l’analyse peut être effectuée en prenant la période maximale commune entre l’ensemble des stations monitorées. Des analyses statistiques ne peuvent être effectuées que sur des périodes similaires.
Tableau 2. Exemple de première analyse des données thermiques
Réalisation : Q. Choffel, 2019.
35L’analyse de données thermiques des différents systèmes hydrologiques peut être complexe. Nous souhaitons ici donner quelques-unes des clés d’analyses qui nous semblent relativement faciles à mettre en œuvre. Pour plus de détails et pour approfondir ces analyses, il est conseillé de se référer à des articles spécialisés.
36Le premier élément d’analyse peut être basé sur les valeurs moyennes, médianes et extrêmes (min, max, percentile 90, 10, …) des différentes stations. Ainsi, les retenues avec déversoir de surface devraient augmenter les valeurs de maxima thermique, tandis que celles équipées de prise de fond vont augmenter les minima (Touchart, 2007 ; Maheu, 2016 ; Choffel, 2019). Il est probable que les cours d’eau avec retenues aient des moyennes estivales supérieures à ceux qui en sont dépourvus.
37Une première échelle temporelle peut être celle de la saison, en effet la saison critique souvent retenue est la période estivale de juin à août (ou de mai à septembre). Une seconde échelle peut être annuelle voir interannuelle. Suivant que l’année étudiée est sèche ou humide les effets sur la température ne seront pas les mêmes. Une année sèche est marquée par un impact sur la température plus important.
38Retour d’expérience : sur le bassin versant de la Zinsel du Nord, les cours d’eau avec retenues ont des moyennes estivales de 16,4 à 18,1 °C, tandis que ceux sans cours d’eau n’excèdent pas les 14,6 °C (Choffel et al., 2020).
39L’analyse peut être complétée par celle des rythmes, notamment le rythme nycthéméral fondamental pour cerner l’effet de certaines retenues sur la vie piscicole. Si les rythmes nycthéméraux en aval d’une retenue sont proches de ceux de la zone amont (zone lotique non influencée), il est probable que la retenue barrant le cours d’eau est équipée d’un déversoir de surface. Ces systèmes modifient peu les rythmes journaliers influencés par la température de l’air et la radiation solaire. Ils vont entraîner une possible augmentation des valeurs maximales sans pour autant en modifier le rythme. A l’inverse, pour les prises de fond, généralement supérieures à 1 à 1,5 m, ou sur les déversoirs des retenues suffisamment profondes et volumiques, la variation thermique journalière risque d’être modifiée et dépend avant tout de la conduction forcée au sein de la retenue (Touchart, 2007 ; Choffel, 2019). Ces couches de fond de l’étang, même peu profondes, reçoivent moins de radiation solaire et sont isolées de l’effet direct de la température de l’air. L’amplitude thermique est atténuée avec une réduction des températures maximales et une augmentation des températures minimales. Bien que les valeurs brutes de températures maximales en soient réduites, la modification des cycles et la possible diminution de l’oxygène à l’aval peuvent avoir des impacts sur la faune piscicole du cours d’eau récepteur.
40Cette partie doit permettre de hiérarchiser, suivant les critères calculés, les stations entre elles.
41La température dicte et rythme les habitats disponibles et leur répartition pour la vie piscicole au sein de l’hydrosystème. La prise en compte de ces espèces cibles, choisies pour être représentatives de la tolérance thermique des cours d’eau étudiés, permet d’effectuer des calculs à partir des données thermiques. La formule régulièrement utilisée est : DeltaT = (Valeurref – Valeurterrain) / Valeurref. Des pourcentages de temps supérieurs aux seuils létaux peuvent être calculés, tout comme une analyse géographique des zones les plus favorables (d’un point de vue thermique uniquement) aux espèces salmonicoles par exemple (Figure 4). Il peut être pris en compte l’exploitation des hétérogénéités thermiques au sein du réseau hydrographique par les poissons juvéniles. Arsmstrong et al. (2013) a montré que les juvéniles exploitaient les zones plus fraîches et riches pour se nourrir, et les zones plus chaudes et pauvres pour accélérer leur métabolisme. Une autre analyse utilisée est celle correspondant à la période de reproduction et au nombre de degré/jour d’incubation des œufs (on parle classiquement de 420 degrés/jour pour la truite fario Salmo trutta fario).
42Cette proposition travaillant en distance relative par rapport à une référence répondant aux objectifs initiaux doit discriminer les stations avec le plus grand écart (par critère et en nombre de critères) de celles répondant déjà aux critères prédéfinis.
43Il est intéressant de comparer les valeurs glanées par station (cf. § 2.b). Une première échelle peut être celle de comparaison des valeurs des stations amont avec les valeurs des stations aval (Tableau 2). Il est possible de calculer des ratios en fonction de la distance entre la station amont et la station aval ou en fonction du débit (flux calorifique).
44La deuxième échelle est celle du grand bassin versant, soit l’ensemble des cours d’eau mesurés. A cette échelle, il est possible de comparer les cours d’eau entre eux. Cette analyse peut permettre, à l’aide d’outils statistiques, de créer des typologies des cours d’eau en fonction de leurs particularités thermiques (Figure 5).
Figure 7. Scénario de restauration de cours d’eau selon la localisation des retenues au sein du sous-bassin versant
La croix rouge indique la suppression de l’étang, le cercle rouge son aménagement (moine, dérivation…). En vert le linéaire restauré thermiquement avec en pointillé la zone influencée par la retenue en amont.
45A partir de l’ensemble des données récoltées, analysées et interprétées, une hiérarchisation des impacts des sous-bassins versants est établie. Ainsi les sous-bassins versants pourront être classés en trois catégories : sans impact, impact faible et impact fort. Libre au gestionnaire de créer plus de catégories ou d’adapter les espèces cibles à ses objectifs.
46C’est à partir de cette discrimination issue des données récoltées sur le terrain et du travail en relatif de hiérarchisation au sein du bassin versant principal que nous proposons une priorisation des sous-bassins versants pour réaliser des travaux de restauration écologique.
47Cette clé de gestion s’applique aux retenues où les impacts ont déjà été identifiés et mesurés comme « forts » (Figure 8). Les retenues sans impact ou à effet très réduit ne rentrent pas dans le processus de la clef de gestion.
Figure 8. Clé de gestion de la restauration des milieux aquatiques à partir de la hiérarchisation des impacts thermiques issus de données in-situ
48Elle a été élaborée et pensée afin de trouver le meilleur compromis possible entre une réduction des effets de la retenue et sa préservation pour ses usages, ses intérêts patrimoniaux et écologiques. Les propositions de restauration sont présentées suivant la séquence Abroger – Optimiser - Corriger les impacts sur le milieu lotique, la rivière.
49Pour expliciter les priorisations de travaux : certains résultats obtenus suggèrent que restaurer les petites rivières de rang 1 pour leurs eaux fraîches tout au long de l’année fournit le plus de bénéfices pour la truite fario native. Confirmé par NULL et al., (2009) pour un autre salmonidé, le saumon.
50Dans une chaîne d’étangs, la retenue la plus à l’amont a toujours le plus fort impact sur le cours d’eau, les autres retenues entraînant un cumul (un ordre d’idée peut-être de +0,5 °C par retenue) selon leur distance (Touchart et Bartout, 2010). La suppression de la retenue amont permet de déplacer les impacts à la retenue plus aval et donc de restaurer les milieux liés à la distance entre les deux retenues (Figure 7, scénario 1). Dans le cas d’une restauration des habitats de la truite fario et en cas de présence de celle-ci sur le secteur amont, ce scénario est intéressant. Il est limité dans le cadre d’une continuité piscicole complète de la rivière puisque des obstacles sont toujours présents à l’aval. La suppression ou l’aménagement d’une seule retenue, située entre l’amont et l’aval, permet un gain faible de linéaire de cours d’eau restauré (Figure 7, scénario 2). Dans une vision plus large, supprimer la retenue la plus en aval permet une restauration thermique sur l’affluent et peut avoir des gains sur le drain principal. De plus, si la sortie du plan d’eau juste en amont est aménagée pour limiter l’impact aval, le linéaire restauré est d’autant plus important (Figure 7, scénario 3). Pour limiter l’impact d’un affluent sur le drain principal il est intéressant de se pencher sur l’étang le plus en aval. L’aménagement d’un moine, une gestion dynamique des ouvrages ou une dérivation peuvent mitiger, voire inverser, l’effet thermique de la chaîne d’étang amont sur le drain principal (Figure 7, scénario 4). Limiter l’impact d’un affluent peut être intéressant pour les salmonidés qui, pendant les périodes très chaudes, vont se réfugier dans les espaces plus frais ou des tributaires aux eaux fraîches. Les patches aux eaux fraîches sont très importants dans un bassin versant, Ebersole et al. (2003) ont considéré les eaux fraîches d’affluents comme les plus intéressantes pour les espèces salmonicoles. Ainsi focaliser l’effort de restauration sur un affluent pour retrouver des eaux fraîches accessibles et limiter l’impact d’un second en conservant les retenues d’eau mais en modifiant le type de sortie de l’étang le plus aval est une typologie multifonctionnelle et géographique de travaux de restauration.
51L’analyse thermique permet d’avoir une connaissance des impacts des retenues d’eau sur les rivières. Elle est un moyen simple, synthétique et complémentaire pour déterminer et sélectionner les bassins versants à prioriser dans le cadre d’un programme de restauration des rivières. Cette clé de gestion est une première réflexion, basée sur la seule prise en compte de la température qui, bien qu’étant un indicateur synthétique, ne peut se substituer à l’ensemble des paramètres écologiques. La méthodologie présentée n’émancipe pas le gestionnaire d’une connaissance fine à partir de l’ensemble des autres compartiments du fonctionnement du bassin versant dont il a la gestion. L’analyse thermique doit être couplée à l’analyse physique. C’est en ce sens que nous pensons que l’utilisation d’une méthodologie liée à la thermie est un complément intéressant à la méthodologie utilisée pour définir les programmes d’aménagement et d’entretien de rivière (particulièrement pour les questions d’accessibilité des espèces piscicoles).
52La mise en place d’une réflexion et d’une stratégie prenant en compte la géographie thermique des bassins versants et des retenues ainsi que leur typologie et usages semble une opportunité bénéfique pour le fonctionnement des anthropo-hydro-éco-systèmes, les services rendus par les milieux aquatiques et l’optimisation des investissements publics.
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