Impact des retenues collinaires sur les cours d’eau

I- Différents types de retenues

II- Impact sur le fonctionnement des cours d’eau

III- Conséquences observées sur les écosystèmes de rivière

J-P. FAURE, Fédération du Rhône pour la Pêche et la Protection du Milieu Aquatique

Présentation du 13/12/2006 – actualisée 9/11/2011

I- Différents types de retenues

En travers des cours d’eau : endiguement direct

Environ 2000 dans le seul département du Rhône (recensement DDT)

Sur une source / ou alimentée via un forage

En dérivation des cours d’eau (plus rare : techniquement complexe, notamment dans les vallées encaissées)

Modes d’alimentation : exemple du bassin de l’Yzeron, sur 104 retenues recensées (données : [1])

Type d'alimentation des retenues

40%

15%

23%

22%

cours d'eau

puits/forage

source

ruissellement

Différents usages… [1]

Usage des retenues

52%

19%

29%

Irrigation

Abreuvage, pêche, loisirs

Sans usage

…et différentes dimensions : exemple [2]

Nombre de retenues selon leur superficieBV Rhins-Rhodon-Trambouzan

0

50

100

150

200

250

300

350

0-500 500-1500 1500-3000 3000-10 000 10 000-20 000 >20 000

Surface (m²)

No

mb

re d

e re

ten

ues

L’exutoire : principaux modes de restitution des eauxSchémas de principe

La surverse

=> Eau de surfacevue en coupe au niveau de la digue

Fond de l’étang

Fond de l’étang

Le moine

=> Eau de fond

vue en coupe au niveau de la digue

II- Impact sur le fonctionnement des cours d’eau

Impact hydrologique : pertes directes Plan d’eau = grande surface de contact eau/air, peu

protégée du vent.• => évaporation forte en été : 0.55 litre/s/ha en eau [3] voire

plus En général, impact modéré sur le débit en aval des

grands bassins versants mais

Conséquence : plus le cours d’eau possède un débit naturel faible en étiage, plus il est affecté par cette perte ; or beaucoup de petits ruisseaux ne conservent naturellement que quelques litres, voir décilitres secondes en période critique

=> Assèchements de ruisseaux / diminution importante des faibles débits

=> Perte d’habitat pour la faune aquatique

Quantification du déficit engendré par les plans d’eau : exemples [10]

Modification du régime naturel des eaux

Lors des épisodes pluvieux estivaux qui peuvent « gonfler » les ruisseaux en phase critique, une partie non négligeable des écoulements est captée, le bénéfice diminue d’autant pour le cours d’eau.

Retenues fréquemment construites sur des terrains humides à l’origine : = zones humides = excellent régulateurs naturels de débits (rôle « d’éponge ») => perte de cette fonctionnalité

Pompages, évaporation, infiltration : à l’automne, les retenues sont plus ou moins vides.

• Conséquence : les premières pluies d’automne sont stockées pour remplir le volume manquant => prolongation de la période d’étiage

Impact hydrologique :

Impact sur la physico-chimie de l’eau

En fonctionnement normal du plan d’eau Un plan d’eau est un milieu stagnant dont les caractéristiques contrastent fortement avec celles de la rivière. En ralentissant les écoulements, la retenue stocke des éléments entrants (sédiments, matière végétale en

décomposition, composés organiques issus du bassin versant, …) => phénomène d’eutrophisation, enrichissement du milieu

Conséquence : le plan d’eau peut stocker les matières en suspension (MES) de l’affluent s’il en véhicule des taux importants. Taux divisés par 2, voir plus

Il va aussi en relarguer : export de sédiments fins minéraux ou organiques, matières oxydables => colmatage et asphyxie du milieu

– Exemple [4]

Amont

Aval

Aval

Conséquence de l’accumulation de matière organique :

Stimulation des processus microbiens de décomposition En profondeur :

=> les bactéries et microorganismes consomment l’oxygène du milieu parfois jusqu’à épuisement total => désoxygénation des fonds sur plusieurs mètres possibles

Ex. : lac des Sapins (Cublize) : 7m sans O2 en sept. 2004 [5]

Fond de l’étang

En surface :Développements d’algues suite à l’enrichissement organique du plan d’eau => production d’oxygène le jour, consommation la nuit= Fortes variations des taux.

O2

=> Influence du mode de restitution

Impact sur la faune

Fond de l’étangO2

Conséquences de la désoxygénation :

Production de nitrites et d’ammoniac NO2- et NH4, très toxiques pour la faune ; acidification

=> Transférés dans le cours d’eau en aval

Respiration des nitrates :

NO3- => NO2- => N2

NH4+/NH3

+ relargage de phosphore, eutrophisation du cours d’eau en aval

Impact sur la température de l’eau

Retenue = surface de contact air/eau importante Ensoleillement maximum (plus de rôle de la

ripisylve pour ombrager) Vitesse de transit faible, stagnation

=> réchauffement estival des cours d’eau affectés Exemples [3]

En raison de leur inertie thermique, certains petits plans d’eau peuvent avoir la même capacité de réchauffement que des grands mais surtout, deux très petits plans d’eau (< 0,3 ha) peuvent avoir plus d’impact qu’un très grand (20 ha).

Il est donc préférable à capacité de stockage égale de conserver un grand plan d’eau que plusieurs petits.

0

5

10

15

20

25

30

0

2

4

6

8

10

12

0,1 - 0,5ha (8) 0,5 - 1ha (5) 1 - 10ha (17) 10 - 50ha (7)

Réc

hau

ffem

ent

spéc

ifiq

ue

(°C

/ha)

réch

auff

emen

t d

u c

ou

rs d

'eau

ava

l (°

C)

superficie (nb de cas)

Influence de la surface des plans d'eau sur le réchauffement des rivières

Elévation moyenne de température

Réchauffement spécifique (°C/ha)

Notions de linéaire affecté – effets en aval

Impact sur la température de l’eau

En hiver : refroidissement du cours d’eau Études plus rares : -1 à -2°C signalé entre décembre et

mai sur une étude amont/aval plan d’eau (0.5 / 1ha) [3]

Inertie thermique de l’eau / refroidissement par la surface des retenues

Semble mineur mais : Occasionne des retards dans le développement des œufs

= stade critique, sensibilité aux mycoses/colmatages, … Chez la truite par exemple : + 43 jours de développement

en aval des plans d’eau dans le cas étudié, soit + 30% de durée totale de la phase critique…

Impact à ne pas négliger : les vidanges

• relargage des matériaux accumulés dans la retenue : MES, substances toxiques => mortalité de faune

• variations physico-chimiques brutales, choc thermique

• colmatage des fonds : homogénéisation du lit de la rivière, diminution de la diversité d’habitat

Nécessaires, Occurrence faible,

mais traumatisme majeur pour le milieu récepteur

Les rivières transportent naturellement des particules solides : équilibre entre zones d’érosion/zones de dépôt

Entrée de plan d’eau : ralentissement des écoulement => perte de l’énergie de la rivière, dépôt des matériaux véhiculés

=> rupture de l’équilibre naturel => En aval : érosions de berges, enfoncement du lit

pour récupérer et saturer les capacités de transport solide de la rivière

Impact sur le débit solide des cours d’eau

Dégradation de la qualité physique des cours d’eau

Sur la flore : Ennoiement de micro-tourbières, de landes humides, de

prairies humides acides, de pelouses silicicoles… Toutes ces formations végétales sont rares et fortement menacées

Remplacement par des espèces banales

III- Conséquences sur les écosystèmes de rivière

Sur les invertébrés aquatiques [3] :

Variation moyenne de la note IBGN /20 entre l'amont et l'aval des plans d'eau

en fonction de la qualité du ruisseau entrant

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

< 10 (8) 10 - 12 (9) 13-20 (43)

Qualité du ruisseau en amont, note/20 (nb de cas)

vari

atio

n d

e l'I

BG

N

< 10 (8)

10 - 12 (9)

13-20 (43)

Indice Biologique Global Normalisé : note sur 20 de la qualité des cours d’eau selon la polluosensibilité et la diversité des invertébrés

Fonctionnement de type « lagunage », épuration des rejets pour des cours d’eau très altérés

Impact sur les invertébrés aquatiques

Meilleure est la qualité du cours d’eau en amont, plus fort est l’impact du plan d’eau

Cas des écrevisses autochtones

-Espèces très sensibles à la qualité du milieu (eau fraîche, bien oxygénée, habitat de qualité : ex. écrevisse à pattes blanches)

- forte régression du domaine vital de l’espèce au 20ème siècle : s’étendait initialement jusqu’à la zone à barbeaux (Huet), réfugiée actuellement en têtes de bassin encore préservées, avec de petites populations isolées

=> très impactée par la création de retenues collinaires

Exemples typiques dans le département du Rhône

Parc Naturel Régional du Pilat, cours d’eau : le Bassenon (2005) [6]

Densité très élevée, 3 à 4 ind./m² observés

15 spécimens observés/ 800m, dont 3 morts

500m

Bassin versant de l’AzerguesCours d’eau : ruisseau de Nizy [7]

Secteur colonisé par l’écrevisse à pattes blanches

Secteur colonisé par l’écrevisse américaine

Retenues

= sources de propagation d’espèces invasives

500m

Même cas, très fréquent, avec l’écrevisse Signal

+ propagation amont…

Bassin versant de l’Yzeron :Cours d’eau : le Ribes [8]

Propagation de l’écrevisse de Louisiane à partir de deux retenues

espèces susceptibles de provoquer des déséquilibres biologiques Compétitrices, porteuses saines de la « peste des écrevisses »

Impact sur la faune piscicole

Étude Conseil Supérieur de la Pêche

Apports d’espèces de plan d’eau inadaptées au cours d’eau : exemple sur le ruisseau de Fondagny (Bassin versant du Mornantet, 69) : 9000 ind./ha, 120kg/ha. Cas extrême, populations de poissons uniquement issues de l’étang 1500m en amont, absence d’espèce autochtone ; équivalent des quantités naturellement présentes [9].

0

1

2

3

4

5

Cla

sse

d'a

bo

nd

ance

CHE GOU LOF TRF VAI LPP CHA BLN ROT PES CAA ABH PER TAN

11/07/2006

Référentiel B3

Etat du peuplement

Espèces (abréviation des noms)

Principaux impacts :

Perte d’habitat (zone noyée par la retenue, débits affaiblis, colmatage, érosion du lit)

Réchauffement des eaux incompatible avec les exigences biologiques des espèces

Dégradation de la qualité physico-chimique : taux d’oxygène, substances toxiques

Reproduction compromise : colmatage des sites de frai, asphyxie des œufs (exemple de la truite qui se reproduit en tête de bassin sur les graviers)

Barrière aux flux biologiques : plus d’échanges entre l’amont et l’aval ex : dérive naturelle des invertébrés stoppée, appauvrissement en aval ex : migrations des poissons stoppée vers l’amont (reproduction, refuge,

…)

Synergie de ces différentes perturbations : les organismes supportent moins le réchauffement de l’eau lorsque sa qualité est altérée, lorsqu’il y a moins d’oxygène ; et vis-versa.

En résumé :

Les ruisseaux de tête de bassin sont des écosystèmes riches et fragiles, hébergeant des espèces rares.

L’impact des plans d’eau sur les rivières est majeur sur les plans physiques, chimiques et biologiques.

Les plans d’eau en travers des cours d’eau sont les plus impactants ; mises en dérivation en général plus complexe, donc plus rare, difficiles à entretenir, ne réduisant que partiellement les impacts.

Les impacts des retenues s’intensifient dans le contexte actuel de changement climatique : réchauffement, évaporation accrus.

Références [1] BRL ingénierie, 2005 : Étude de faisabilité pour une meilleure gestion des étiages du bassin

de l’Yzeron. Rapport d’étude au SAGYRC, 64p [2] BURGEAP, 2005 : Étude des débits et des prélèvements et mise en place d’un observatoire.

Bassin versant du Rhins, Rhodon et Trambouzan. Rapport d’étude aux Communautés de Communes, 50p.

[3] ECOSPHERE-HYDROSPHERE, 2001 : Impacts des plans d’eau. Rapport d’étude à la DIREN Champagne-Ardenne, 126p.

[4] DAUDEY T., 2005 : Incidence des étangs sur un cours d’eau apical. Exemple du bassin versant du Combois. Rapport de Master I SST, université de Franche-Comté, 56p

[5] GREBE, 2006 : Suivi de la qualité du Lac des Sapins. Campagne de mesure 2004/2005 pour le compte du Syndicat Mixte pour l’Aménagement du Lac des Sapins.

[6] CROUZET P., 2005 : Protection des ravins rhodaniens du P.N.R. du Pilat : diagnostic et propositions d’actions par l’étude d’une espèce bioindicatrice : l’écrevisse à pieds blancs. Rapport de Master II, université Lyon II – FRPPMA, 56p

[7] FRPPMA, 2001 : Contrat de Rivière Azergues - Étude Piscicole et Astacicole, rapport final. 79p

[8] FAURE J-P., 2006 : Caractérisation d’une population d’écrevisses de Louisiane (Procambarus clarkii) dans le département du Rhône (69) Bassin versant de l’Yzeron, Ruisseau de Ribes et Combe aux Vers (Cornatel). Rapport d’étude, 10p.

[9] FAURE J-P., 2006 : Suivi piscicole et astacicole du Garon et de ses affluents, bilan 1997-2006. Rapport d’étude au SMAVG, 125p.

[10] DURELET, 2007 : Exemples d'actions pour limiter l'impact des étangs sur les ruisseaux. Acte des journées techniques nationales "Gestion des ruisseaux de têtes de bassin et des zones humides associées". 5p.