ECOSYSTEME AQUATIQUE

L'écosystème aquatique est l'ensemble composé

• d'espèces animales et végétales(les biomasses)
• du milieu aquatique dans lequel elles vivent
• sans oublier le Soleil, qui fournit la lumière et la chaleur à cet écosystème

On peut classer les acteurs en 3 grands groupes :

•  Les producteurs

A partir des sels minéraux et de la photosynthèse, les phytoplanctons,les algues et plantes aquatiques fabriquent des feuilles, tiges...nourriture de premier ordre.

La photosynthèse met en jeu, le gaz carbonique dissous dans l'eau, les nutriments que sont surtout l'azote, le phosphore et la silice, et rejettent de l'oxygène.

•  Les consommateurs

Il s'agit de tous les annimaux aquatiques appelé faune aquatique.

Les Consommateurs primaire, vont se nourrir directement des plantes. On note dans cette catégorie aussi bien des micro organismes, des insectes ou des poissons.

Les Consommateurs secondaires, vont eux trouver dans les consommateurs primaires leur source d'énergie et d'éléments nutritifs dont ils ont besoin.

•  Les décomposeurs

Bactéries ou Champignons, ils vont redécomposer la matière morte en un subtrat de sels minéraux directement assimilable par la flore. Ainsi le cycle de la chaîne alimentaire est bouclé.

 

L'étude d'un écosystème aquatique rivière, va donc comporter de nombreux paramêtre à surveiller :

Le débit :

(voir Débit définition et calcul)

Le débit étant un agent d'érosion, de transport des matériaux et substances dissoutes ( phytoplancton, pollution,ect..) de l'amont vers l'aval, il est donc très important à connaître.

Les hauteurs d'eau :

Ayant un impact direct sur la pénétration de la lumière, la hauteur d'eau influence directement les milieux aquatiques par la variation de capacité de la photosynthèse.

La température de l'eau :

La température influence directement l'activité biologique et biochimiques des organismes aquatiques.

La quantité d'oxygène dissoute est en étroite relation avec la température de l'eau. Plus l'eau est froide, plus la dissolution est importante. A la base de tous les processus respiratoire, une hausse de la température importante peut porter la quantité d'oxygène a un seuil inférieur à 3mg/l, induisant des mortalités piscicoles.

Le métabolisme d'une grande quantité d'organismes aquatiques sont directement dépendant de la température. Etant pour la plupart poïkilothermes, leur développement, la reproduction, leur activité et leur alimentation est considérablement ralentie dans des eaux froides.

La turbidité :

C'est un des facteurs de la couleur de l'eau, de sa transparence, due à la présence de matière non dissoute. Elle se mesure en NTU( Nepthotélométric Turbidity Unit)

Celle-ci influe sur  la pénétration de la lumière ( donc de la photosynthèse), du développement des bactéries, de la température de l'eau et donc de sa concentration en oxygène, et les capacités d'évaporation de l'eau.

Le PH (Potentiel Hydrogène) :

Le Potentiel Hydrogène est utilisé pour mesurer le degré d'acidité, allant d'une valeur de 0 à 14, 7 étant la valeur de l'eau pure dite neutre. De 0 à 7 on parle d'eau acide, de 7 à 9 on parle d'eau alcaline.

Le PH dépend de la géologie, de la géochimie des roches et de l'activité biologique des sols du bassin versant. Le PH peut également subir de grande variation en présence de déversement d'éffluents industriels ou agricoles.

Le PH varie également  en suivant un cycle circadien, avec un maxima le jour et un minima la nuit, plus élevé l'hiver et diminuant en été en relation directe avec la pression athmosphérique et la température.

Il a une influence sur l'assimilation des nutriments et oligo éléments pour la faune et la flore.

Ainsi, pour une reproduction pisciclole , le pH doit êtrecompris entre 6,5 et 8,5.

L'oxygène dissout :

La concentration en oxygène dans l'eau est le bilan d'activités de production (photosynthèse) et de consommation (respiration). C'est donc un indicateur de l'activité biologique qui permet d'évaluer les capacités auto épuratoire de la rivière (oxydation). Il varie donc naturellement avec les pluies, les remous,la températur, les pressions, l'activité biologique...

Cependant dans des zones d'accumulation de détritus carbonés en décomposition les eaux  peuvent devenir totalement anoxique ; la nitrification de l'azote ammoniacal est également une source importante de déficits en oxygène (pollution agricole). A l'inverse, dans des zones eutrophes, des développements importants de phytoplancton peuvent engendrer des sursaturations diurnes avant un anoxie lorsque le phytoplancton se décompose.

Dans tous les cas, des variations brusques de saturation en oxygène, une sous-saturation ou sur-saturation, sont des conditions létales pour les poissons.

L'azote :

On distingue 5 formes d'azote que l'on rencontre dans l'environnement :

• L'azote organique, constituant les cellules vivantes végétales ou animales.
• L'azote ammoniacal (NH₄)  provenant de la décomposition par des bactéries de l'azote organique ou des rejets directs d'animaux (urines, excréments).
• Les nitrites (NO₂)
• Les nitrates (NO₃),
• L'azote gazeux (N₂), très présent dans l'air (70% de N₂ pour seulement 20% d'oxygène), et peu soluble dans l'eau.

L'azote Kjeldahl noté NK ou NTK

Indice qui comporte l'azote présent sous les formes organiques et ammoniacales à l'exclusion des nitrates et nitrites. Son dosage reflète la décomposition des déchets organiques et des rejets anthropiques.

L'ammonium ou azote ammoniacal

L'ammonium, aux pH >9 couramment rencontrés dans les cours d'eau très eutrophes , se transforme en ammoniac, gaz dissous, très toxique pour les poissons. L'ammonium s'oxyde lentement en nitrates dans la rivière (bactéries nitrifiantes), et consomme de l'oxygène, pouvant conduire à l'anoxie en aval d'un cours d'eau.

La principale source de pollution à l'ammonium est le rejet des eaux usées urbaine non épurée.

Les nitrates

Les nitrates proviennent de la dégradation de l’azote ammoniacal (évolution en nitrites, puis en nitrates). 

Utilisés comme engrais agricole, on les retrouve dans les nappes souterraines en échange constant avec la rivière. L'apport de nitrates peut enfin aussi résulter du lessivage par la pluie des nitrates agricoles, particulièrement en hiver et à la suite d'orages importants peu après les épandages d'engrais, si le ruissellement (ou l'évacuation par les drains) apporte directement aux ruisseaux et rivières les eaux chargées en nitrates sans passer par les nappes.

L'effet majeur des nitrates sur les eaux de surface est de les conduire à l'eutrophisation. Ce processus se déclenche quand les eaux sont trop chargées en nitrates et en phosphates, ces deux nutriments qui permettent la croissance des algues. Quand ils sont tous les deux en grande quantité dans l'eau, les algues microscopiques (phytoplancton) et les végétaux fixés (macrophytes) se développent de façon  excessive. La matière organique présente dans le fleuve augmente démesurément (la rivière devient parfois verte tellement les algues y pullulent), et quand les algues meurent, cette matière organique se décompose en consommant tout l'oxygène de la colonne d'eau, induisant ainsi l'anoxie, c'est-à-dire l'absence d'oxygène dans l'eau, et donc la mort de tous les poissons et invertébrés du milieu.

Les teneurs en nitrates qui permettent d'éviter l'eutrophisation des cours d'eau sont beaucoup plus basses que les teneurs admissibles pour l'eau de boisson. Au lieu des 50 mg/l en NO3, pour l'eau de boisson, c'est dès 1 mg/l dans les eaux de rivière ou de lacs que le risque d'eutrophisation peut se déclencher, en commençant par les eaux stagnantes (lacs, réservoirs).

Le phosphore / phosphate

Le phosphore est un élément indispensable à la vie. En soi, il n’est pas toxique, mais associé aux nitrates il provoque l'eutrophisation lorsqu’il est en excès dans les eaux. Le phosphate est la forme sous laquelle le phosphore peut être assimilé par les êtres vivants, en particulier les algues. Chimiquement, le phosphate est une combinaison d’atomes de phosphore et d’oxygène.

Le phosphate est présent naturellement dans tous les biotopes y compris les rivières, via les excréments de la faune, de la décomposition de la faune, de l'érosion des sols... Mais on en trouve maintenant en grande quantité ce que le milieu aquatique ne peut plus gérer.

Le phosphore est à 90% d'origine urbaine, et 10% seulement d'origine agricole.

Le Carbone organique total ( COT) 

Critère de pollution organique mesurant tous les composés organiques fixés ou volatils présents dans les eaux résiduaires : cellulose, huiles, sucres, suie, etc.

la mesure du carbone organique total donne une indication directe de la charge organique d'une eau. Ce paramètre permet de suivre l'évolution d'une pollution organique et participe au contrôle qualité de l'eau. La présence de C.O.T. dans l'eau peut engendrer une prolifération de micro-organismes.

Les pesticides

Le nom générique de pesticides désigne différents produits de traitement tels que les herbicides, les insecticides, les acaricides, les fongicides, les algicides, les nématocides, les raticides et les rodenticides.

Les produits phytosanitaires ruisselants ou véhiculés par les réseaux d'assainisement se retrouvent présents à la fois dans l’eau et dans l’air et finalement dans toutes les chaînes trophiques concernées et in fine l’homme, consommateur omnivore. Le phénomène de bioaccumulation sur les maillons des chaînes alimentaires provoque bien souvent la disparition des espèces supérieures (ou super-prédateurs) dûe notamment à la diminution des défenses immunitaires et de la fertilité. Si un maillon de la chaîne est éliminé, c’est l’ensemble de l’écosystème qui est menacé. Ainsi, dans certains cours d’eau, la disparition de certaines espèces peut être observée, comme par exemple : la truite, le brochet, la loutre ou des espèces d’oiseaux pêcheurs.

La conductivité élèctrique

Il s'agit de la capacité de l’eau à conduire le courant. Elle renseigne sur le degré de minéralisation d’une eau.

Plus l'eau est riche en sels minéraux ionisés, plus la conductivité est élevée. La conductivité varie également en fonction de la température.

La conductivité a, la plus part du temps, une origine naturelle due au lessivage des terrains lorsqu'il pleut. Ce lessivage entraîne naturellement la dissolution d'un certain nombre de sels minéraux. Elle peut également avoir pour origine l'activité humaine causée par les effluents agricoles, industriels ou domestiques qui contiennent des sels contribuant eux aussi à l'accroissement de la conductivité.

Les sulfates

Les sulfates présents naturellement dans les eaux (concentration inférieure à 1 g/l) peuvent se lier avec de nombreux cations (calcium, magnésium, sodium, plomb, baryum, strontium, aluminium...). Cependant, l'origine de ces sulfates est souvent humaine : pollution d'industries papetières, textiles, minières ou traitement pour la potabillisation de l'eau (sulfates d'aluminium et de fer utilisés pour la floculation). 

Le sulfate peut être attaqué par une bactérie qui le réduit en sulfure d'hydrogène (H2S) pouvant se transformer aisément en acide sulfurique

Les matières en suspension (MES)

Résidus secs représentent les éléments solides non dissous dans l’eau. Elles ont une incidence sur la composition chimique des eaux car leur surface peut concentrer certains produits dissous par des phénomènes d’adsorption ou d’échange d’ions. De plus, la plupart des micro-organismes de l’eau (bactéries, virus) peuvent se fixer sur leur surface.
Une forte concentration de MES peut engendrer des impacts négatifs sur le milieu :

• augmentation de la turbidité,
• colmatage des fonds par leur dépôt,
• développement bactérien et viral engendrant mortalité piscicole
  

En régime hydrologique moyen, les MES proviennent principalement des eaux usées urbaines et industrielles et du plancton. En revanche, en période de crue, l’érosion des sols du bassin versant est souvent à l’origine d’une grande part des MES.

Indice Biologique

Indice Biologique Diatomique :

Les diatomées appartiennent à la microflore benthique. Il s’agit d’algues microscopiques fixées aux différents substrats aquatiques La composition du peuplement de ces algues reflète la qualité biologique d’un cours d’eau. La sensibilité de ces organismes aux diverses pollutions en font de bons bioindicateurs exploités dans le cadre d’indice de qualité.
Parmi les différents indices diatomiques existants, l’IBD (Indice Biologique Diatomique) est actuellement adopté par les Agences de l’Eau et fait l’objet d’une norme (NF T90-354) depuis juin 2000.

Indice de qualité de la frai

Les alevins reflètent précisément la dynamique des populations, notamment leur capacité de renouvellement, renseignent sur les espèces qui se reproduisent sur un site et permettent de localiser et de décrire finement les zones de frai.

De plus, les alevins sont de bons intégrateurs de la qualité du milieu aquatique car ils sont beaucoup plus sensibles que les adultes à une dégradation des habitats ou de la qualité de l’eau.

 

Enfin, ils répondent immédiatement, et très nettement, à toute perturbation du milieu par des modifications de diversité et d’abondance. Leur étude permet donc de mieux mesurer les différentes formes d’altération des écosystèmes riverains.

La pêche aux alevins est une nouvelle forme de pêche scientifique. Comme son nom l’indique, elle vise principalement à capturer les jeunes poissons de l’année. La pêche électrique se pratique à l’électricité à l’aide d’un matériel portable spécifique et d’une embarcation légère.

Cette approche particulière permet d’obtenir des informations nouvelles sur le peuplement en place et sur les caractéristiques du milieu aquatique.

Cette nouvelle forme de pêche en EPA (Echantillon ponctuel d’abondance), développée en France par le Cemagref, se pratique de plus en plus sur les berges des grands cours d’eau dont dépend presque exclusivement le recrutement piscicole de ces milieux.
Cette technique de pêche est assez simple à mettre en oeuvre sur le terrain doit être appliquée deux à trois mois après le frai (juin/juillet/août) et nécessite un complément d’analyses en laboratoire (détermination des alevins de l’année).
Indépendamment de toute altération du milieu, la reproduction n’a pas toujours le même succès d’une année sur l’autre et nécessite de choisir des sites de référence dans le cadre du suivi de stations.
Cette technique est de plus en plus employée dans le cadre du suivi des projets d’aménagement de rivière. Elle permet d’évaluer les potentialités initiales du site, de suivre la reconquête d’un milieu par les populations piscicoles et d’évaluer globalement l’incidence d’un projet.

Indice poisson rivière ( IPR)

La mise en oeuvre de l'IPR consiste glogalement à mesurer l'écart entre la composition du peuplement sur une station donnée observée à partir d'un échantillonnage par pêche électrique, et la composition du peuplement attendue en situation de référence, c'est-à-dire dans des conditions pas ou très peu modifiées par l'homme.

IPR Onema 

Tous les documents pour comprendre l'IPR sur le site de l'onema

Indice Biologique Macrophytique en Rivière

L’analyse du peuplement macrophytique est réalisé suivant le protocole de l’Indice Biologique Macrophytique en Rivière (IBMR). Cette méthode d’évaluation de la qualité écologique des cours d’eau basée sur l’étude du peuplement végétal aquatique a été développée dans le cadre de la DCE pour estimer le niveau trophique des cours d’eau. Il est normalisé en France depuis octobre 2003 (AFNOR - NF T 90-395).
Cet indice a été élaboré par le Groupe d’Intérêt Scientifique Macrophytes des Eaux Continentales, en collaboration avec le CEMAGREF de Bordeaux et sa mise en oeuvre est récente. Il a été largement appliqué dans le bassin Adour-Garonne .
Il s’agit d’une observation in situ des peuplements macrophytiques, avec identification des taxons, puis d’une estimation de leurs recouvrements, avec prélèvement éventuel pour vérification taxonomique. La détermination des végétaux permet d'évaluer le niveau trophique de la composition de la qualité d'eau de la rivière et donc ses caractéritiques d'eutrophisation.

Un petit film pour terminer ... des solutions existent peut être pour faire cesser la destruction de nos rivières.

Tant qu'aux problèmes de pollution d'origine agricole et industrielle, le chapitre est tellement vaste que je ne vois pas comment l'aborder.

Claudie

Documentation trouvée sur internet notament sur Marne vive