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Géraldine LOOT Module 3M7EL7M [email protected] UPS, Bât 4R3, 1 ier étage, porte 110 ECOLOGIE DES EAUX COURANTES

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Géraldine LOOT

Module 3M7EL7M

[email protected]

UPS, Bât 4R3, 1ier étage, porte 110

ECOLOGIE DES EAUX COURANTES

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I- HYDROLOGIE- CYCLE DE L’EAU

Evaporation sol

Transpiration végétaux

Précipitation

Infiltration

Ruissellement

Neige et glace

Lac

Atmosphère terrestre Transfert

Ecoulement souterrain

EvaporationRuissellement

Eau souterraineOcéan

Eau de surface

Précipitation

Condensation

Atmosphèremarine

1- Evaporation - Evapotranspiration

3- Précipitation

2- Condensation

4- Transfert

5- Ruissellement

6- Infiltration

7- Ecoulement

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II- HYDROMORPHOLOGIE

1- La rivière, un système dynamique

Angelier 2000

Profil d’équilibre théorique

Profil longitudinal réel d’une rivière

Profil originel

NIVEAU DE BASE

(mer, lac, vallée)

Zone d’érosion

Zone de dépôtProfil d’équilibre

SOURCE

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Charriage des galets

Mode de transport des matériaux par charriage

Le transport des matériaux

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Courbes de Hjulström

argiles et silt sable gravier et galets

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Phénomène de turbulence sur la section mouillée d’un cours d’eau

Ligne de courant

Écoulement

Écoulement turbulent

Écoulement laminaire

Ligne de courant

uniformenon uniforme

Rouleau en aval d’un obstacle

Zone d’eau morte

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Le profil en long

2- Morphologie du cours d’eau

CascadeChutes

Montagne Pentes fortes

RectiligneBloc

ZONE DE PRODUCTION

DES ALLUVIONS ZONE DE TRANSFERT

ZONE DE STOCKAGE

Altitude faible Pentes faibles

Méandres, anastomosesSable, limons

Plaine, Delta

Gorges

Altitude moyenne Pentes moyennesTresses, méandres

Cailloux

Vallée à fond platVallée en V

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Erosion verticale

Gorges

Vallée en V

Vallée en U (glacière)

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Le profil en travers

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Les différents tracés ou styles fluviaux

- Méandres

- Rectiligne

- Tresse

- Anastomose

- Bras mort

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III- HYDROGEOLOGIE

Les différentes forme d’eau souterraine

Eau adsorbée

Grain de sable

Eau interstitielle ou de percolation

Cristal d’argile avec eau absorbée

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Le milieu hyporhéique - Aquifère

Eaux superficielles

Milieu hyporhéique

Eaux souterraines

Couche imperméable

Nappe phréatique

Habitats benthiques

Non saturé

SaturéAQUIFERE

Eau d’infiltrationEau de remontée« upwelling »

Zone de courant

Milieu hyporhéiqueAQUIFERE

Nappe

Nappe

Hiver Eté

Cours d’eau

GHV > 0Nappe alimente

cours d’eau

GHV < 0Cours d’eau

alimente nappe

Gradient hydraulique vertical

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Nappe d’eau souterraine

Nappe libre vs. Nappe captive

Nappe captive

Calcaire

Nappe libre

Argile

Granit

imperméable

imperméable

ruissellement

Surface topographiqueRecharge par lespluies efficaces

Epaisseur dela couverture

Niveaupiézométrique

Pièzométre

Toit imperméable

Nappe captive

Nappe libre

Substratum imperméable

Situation d’un piézomètre dans une nappe captive

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L'eau emprisonnée dans une nappe captive est sous pression.

Puits artésiens

Le forage du toit imperméable de la roche réservoir, provoque le jaillissement de l'eau.

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Faune stygobie d’origine souterraine

NiphargusProtée

(Stygo = souterrain)

Stygobie = qui vit strictement dans les milieux souterrains

Stygophile = qui vit préférentiellement dans les milieux souterrains

Stygoxène (épigée) = qui vit occasionnellement en milieu souterrain

Faune du milieu hyporhéique

Bathynella natans Stenasellus

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IV- PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUE DE L’EAU

Température

T°C seuil maximale

Mét

abol

ism

e re

spira

toire

Tem

péra

ture

s lé

tale

sActivité maximale

T°C seuil minimale

Temps moyende survie (jours)

Température

Crenobia alpina

Polycelis felina

Dugesia gonocephala

400

100

10

10 15 20 25 30Angelier 2000

Magnuson et al. 1979

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Sels dissous

6.520236184.41.23572.90.810.53105

8.5666574.827.222603.41.167.340016

pHRésistivité (Ωcm²/cm)Alcalinité (mg/lCO3Ca)Calcium (mg/l)Magnésium (mg/l)Fer (mg/l)Sodium (mg/l)Potassium (mg/l)Silice (mg/l)NO3 (µg/l)PO4 (µg/l)

TruyèreLot

Angelier 2000

Conductivité en fonction de la concentration des ions majeurs

Caractéristiques chimiques des eaux du Lot et de la Truyère

Allan 1995

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Reliefs karstiques

Rivière souterraine de Labouiche (09)Parc des causses du Quercy

Calcaire, craie, marbre

SiO2 (silice) + 2H2O => H4SiO4

H2O + CO2 => H2CO3H2CO3 + CO3Ca => Ca (HCO3)2Ca (HCO3)2 => Ca++ + 2HCO3- => Ca++ + 2H+ + 2CO3--

Silice

Altération des roches

Grès : grains sableux + cimentCiment => silice (peu altération)Ciment => calcaire (bicarbonate et carbonate)

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Cycle 24h : Concentration en oxygène dissous (mg/l), température (T°C) et du taux de saturation (%) dans 3 sites d’étude de la rivière Saint-Charles (Québec, Canada)

Villeneuve et al. 2005

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Solubilité de l’oxygène en fonction de la température

8.420

9.215

7.725

7.130

10.110

11.35

12.81

[O2] mg/lT°C

Concentration en oxygène en fonction de la température (1013hPa)

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0.56Ephemera danica (Ephémoroptères)

7Ephemerella ignita (Ephémoroptères)

9Anabolia nervosa (Trichoptères)

11Hydropsyche angustipennis (Trichoptères)

35Rhitrogena semicolorata (Ephéméroptères)

70.2Rhyacophila oblitera (Trichoptères)

82.5Baetis alpinus (Ephéméroptères)

5.7Tinca tinca (Tanche)

14.1Perca fluviatilis (Perche)

18.3Cyprinus carpio (Carpe)

31.4Oncorhynchus mikiss (Truite arc-en-ciel)

% de saturation O2

% saturation O2 minimal chez des espèces de poissons et invertébrés

Échelle de valeurs de DBO5

20 < c <40 Rejet station d'épuration efficace 100 < c < 400 Egout

1 < c < 3 Rivière légèrement polluée < 1 Eau naturelle pure et vive

DBO5 (mg/l d'O2)

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V- CARACTERES GENERAUX DES RESEAUX HYDROGRAPHIQUES

1- Le bassin versant

D'après Roche - Hydrologie de surface, Ed. Gauthier-Villars, Paris 1963.

Bassin versant réel vs. bassin versant topographique

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2- Intensité de drainage

Méthode de Strahler

Méthode de Shreve

Angelier 2000

Dobson et Frid 2009

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3- TypologieMicrohabitat

Modifié de Malavoi et Souchon 2002

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Granulométrie

Modifié de Malavoi et Souchon 2002

< 0.0039Argiles

0.0039 – 0.0625Limons

0.0625 – 0.5Sables fins

0.5 – 2Sables grossiers

2 – 8Graviers fins

8 – 16Graviers grossiers

16 – 32Cailloux fins

32 - 64Cailloux grossiers

64 – 128Galets fins

128 – 256Galets grossiers

256 – 1024Blocs

> 1024Rochers

Classes de taille (diamètre en mm perpendiculaire au

plus grand axe)

Nom de la classe granulométrique

Sables

Graviers

Galets

Cailloux

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Zonation amont-aval

1

2

3

4

5

6

Truite

Ombre

Barbeau

Brème

Amont

Aval

Huet (1949) Illies et Botosaneanu (1963) Strahler (1952)

Erosion

Transport

Dépôt

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Zonation écologique de l’amont vers l’aval

Distribution longitudinale de larves Hydropsychidés

a) Rivière Usk (Pays de Galle)

b) Rivière Rhône (France)

Hildrew et Edington 1979

Bravard et al. 1992

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4- Régime des eaux

Angelier 2000

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Hydrogramme de crue

Pointe de crue

Courbe de décrue

Courbe de tarissement

Courbe de crue

Hyétogramme / Hydrogramme

Temps (h)

Débit (m3/s)

0

Intensité(mm/h)

Débit (m3/s)

Temps (h)

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Simulidae

Heptageniidae

Broyeurs détritivores

Les consommateurs invertébrés

Collecteurs filtreurs

Brouteurs Prédateurs stricts

Odonates

Asellus aquaticus

VI- STRUCTURE TROPHIQUE

PhysaBaetisSialis

Hydropsychidae

Collecteurs ramasseurs

Chironomidae

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Les consommateurs invertébrés

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Le concept de continuum fluvial (Vannote et al. 1980)

P/R <1

P/R <1

P/R >1

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Le concept de continuum fluvial (Vannote et al. 1980)

Modifiée par Minshall et al. (1985)

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VII- PERTURBATIONS

1- Perturbation d’origine naturelle

Crues

Crue de la Seine à Paris en Janvier 1910

Témoin de crue

Témoin de crue : zouave du pont de l’Alma

Témoin de crues

Crue de la rivière Têt, Pyrénées Orientales, 2002

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Quartier inondables par une crue centennale à Paris

Carte de vigilance nationale www.vigicrues.ecologie.gouv.fr

Carte de zones à risque

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2- Perturbation d’origine anthropique

2-1 Pollution trophique

Rejet d’effluents domestiques

AZOTE : provient pour 1/3 domestique + industriel et 2/3 de l’agriculturePHOSPHORE : provient pour 9/10 domestique + industriel et 1/10 de l’agriculture

Agriculture: épandage d’engrais

Rejets industriels

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Production végétale autochtone

Diatomées

Phytoplancton

Macrophytes: lentilles d’eau Algues filamenteuses

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Autonettoyage en eau courante

Eaux usées

polysaprobe ß-mésosaprobeα- mésosaprobe oligoprobe

O2

Mat. Org.

NH4

PO4

NO2NO3

Bact.Champ.

Protozoaires

Algues

Plantes subaquatiques

Asellus

TubificidésChironomus

Benthos d’eau non polluée

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2-2 Aménagement

38 m

Ouvrages hydroélectriques dans le monde

Barrage hydroélectrique des trois gorges (Chine)

Barrage hydroélectrique Pont de Salars (Aveyron, France)

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Chaussées

2 m

Chaussée sur le Viaur (France) XIIIème siècle

Chaussée sur le Célé (France)

Passe à poisson

Moulin

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Impact des barrages hydroélectriques

Lâcher d’eauMarnage: lac de Pareloup

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Vidange

Amont

Aval

Chaussée sur le Viaur (France) Retenue de Pareloup (France)

Aval chaussée sur le Viaur (France)

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Populations initiales

A1

A4A3

A2 A1 A2

A3 A4

Plusieurs petites populations

Conversion d’un habitat initialement continu en une mosaïque d’habitats

Fragmentation des rivières

AmontAval

Patch 1 Patch 2 Patch 3

- Taille effective Ne

- Dérive génétique

- Perte de diversité génétique

patch 2

- Divergence génétique Fst

- Isolement par la distance

patch 1 patch 2 patch 3

Modèle pas à pasflux de gènes bidirectionnel« stepping stone model »(Kimura & Weiss 1964)

Courant

Barrières

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Démantèlement de barrage

Barrage avant démantèlement: été 2003

Démantèlement: septembre 2003

Un an après: Juin 2004

Barrage Brives, Charensac

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Passe à poissons

Rivière ColumbiaGlissièrePoutès Haute-Loire

Passe à poissons sur une chaussée

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2-4 Pollution toxique

Epandage de pesticide au USA

Métaux lourds

Pollution mercure Guyane

Pluie acide

Pollution minière

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Causes:- Industrie du bois- Augmentation de la surface des terres agricoles

1943 1975-76 1982

Couvertforestier

Ex: Vietnam

2-5 Déforestation

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Déforestation

hétérogénéitéspatiale

Disparition des bois morts dans le cours d’eau

Habitats

Couvert végétal

Luminosité

MOPG

Détritivores

Production primaire

Ruissellement

Nutriments

Eutrophisation

Risque d’anoxie

Biodiversité

Erosion des sols

Envasement

Crues

+

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

-

-

--

-

-

-

+

-

-

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2-6 Occupation des sols

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VII- BIOINDICATION

1- Indice de saprobie

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2- IBGN

1- Fixer le cadre au sol ouverture face au courant

2- Frotter délicatement les subtrats situés dans la zone délimitée par le cadre

3-Retourner le filet dans un bac rempli d'eau

4- Dans un flacon fixer au formol 4%

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12345678910111213141Chironomidae (1) Asellidae (1) Achètes Oligochètes (1)

234567891011121314152Baetidae (1) Caenidae( 1) Elmidae (1) Gammaridae (1) Mollusques

3456789101112131415163Limnephilidae (1) Ephemerellidae (1) HydropsychidaeAphelocheiridae

45678910111213141516174LeptoceridaePolycentropodidaePsychomyidaeRhyacophilidae

567891011121314151617185HydroptilidaeHeptageniidaePolymitarcidaePotamanthidae

567891012131415161718196NemouridaeLepidostomatidaeSericostomatidaeEphemeridae

78910111213141516171819207LeuctridaeGlossosomatidaeBeraeidaeGoeridaeLeptophlébiidae

891011121314151617181920208CapniidaeBrachycentridaeOdontocéridaePhilopotamidae

9101112131415161718192020209ChloroperlidaePerlidaePerlodidaeTaeniopterygidae

3 1

6 4

9 7

12 10

16 13

20 17

24 21

28 25

32 29

36 33

40 37

44 41

49 45

> 50

ΣtGi

Taxons indicateurs

1234567891011121314Classe de variété

Tableau de détermination

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3- IBD

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4- Indice poisson

Variables env.:Largeur DAST°C…

Prédiction:Abondance truiteEspèces rhéophilesEspèces lithophilesEspèces omnivores…

COMPARAISONEcart: « Indice Poisson »

modèle

Pêche électrique:Abondance truiteEspèces rhéophilesEspèces lithophilesEspèces omnivores…