Lacs et rivières : un environnement riche mais fragile qu'il faut (...)

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Lacs et rivières : un environnement riche mais fragile qu'il faut (...)

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I Présentation générale de la thématique :

1. La dynamique hydro-sédimentaire des rivières

a. D’où vient l’eau des rivières ?
La circulation de l’eau entre les océans, l’atmosphère et les continents est appelée cycle de l’eau. Le cycle de l’eau débute par l’évaporation de celle-ci principalement des océans mais aussi des continents. Cette eau transite dans l’atmosphère où elle réside en moyenne 8 à 10 jours et retombe sous forme de pluie sur les océans et sous forme de pluie ou de neige sur les continents. Sur ces derniers, l’eau s’évapore directement à partir des lacs, des rivières... des sols humides mais à cette évaporation directe s’associe la transpiration des végétaux qui renvoie vers l’atmosphère l’eau de pluie qui s’est infiltrée dans le sol. Les fortes précipitations des périodes hivernales engendrent une infiltration profonde qui alimente les nappes souterraines. Sur les continents, les quantités d’eau qui s’évaporent sont inférieures aux quantités d’eau reçues par les précipitations, à l’inverse pour les océans l’évaporation est supérieure aux précipitations. L’excédent en eau des continents retourne aux océans par les rivières, les résurgences de nappes souterraines et le ruissellement côtier. Le cycle de l’eau est ainsi équilibré.

b. La géomorphologie d’une rivière
L’eau ruisselle donc sur les continents en formant un réseau de ramifications complexe allant du simple cours d’eau au fleuve. La nature étant paresseuse, l’eau va suivre le relief en passant par les chemins les plus faciles d’accès et creuser ainsi son lit. La surface drainée par tous les affluents d’une rivière est appelée bassin versant.
Il existe ainsi plusieurs types de rivières selon l’inclinaison de la pente ou le type de roches traversées. En effet, lorsque la pente est faible, le courant est lent et favorise la formation de longs méandres et de levées, on dit alors que la rivière est peu compétente au contraire d’une rivière compétente qui présente une pente forte où le courant est rapide et érosif formant alors des chenaux anastomosés.
Il existe également différents types de lacs classés selon leurs origines tels que les lacs d’origine tectonique, glaciaire, volcanique ou encore artificielle.

Il existe donc pour chaque rivière et pour chaque lac des conditions environnementales différentes et donc un écosystème différent.

2. La vie dans les lacs et les rivières, petite histoire au fil de l’eau...

a. La chaîne trophique, qu’est ce que c’est ?
Tous les organismes vivants ou morts peuvent être des sources potentielles de nourriture pour les autres organismes. La séquence des organismes selon laquelle chacun d’eux est une source de nourriture pour le suivant est appelée la chaîne trophique. Elle est différente selon chaque écosystème étudié au niveau des espèces animales rencontrées mais le schéma général est le même. Chaque écosystème peut être divisé en deux parties : tout ce qui est biotique (tous les composants vivants) et tout ce qui est abiotique (tous les composants non vivants).
Les composants vivants se divisent en plusieurs catégories selon leur mode de nutrition :
-  les producteurs ou autotrophes, forment de la matière organique par photosynthèse à partir de nutriments essentiels inorganique (N, P) qu’ils trouvent dans leur environnement. Dans le milieu terrestre, ce sont surtout les plantes vertes alors que dans le milieu aquatique c’est le phytoplancton qui se sert des éléments dissous tels que les sels minéraux et le gaz carbonique présents dans l’ eau ou apportés par des facteurs extérieurs (agriculture, ruissellement...).
-  Les consommateurs ou hétérotrophes se nourrissent des producteurs. Au 1er niveau des consommateurs nous avons les herbivores ou brouteurs comme le zooplancton (daphnés par exemple) dans les rivières ou les lacs. Les carnivores sont considérés comme des consommateurs secondaires (car ils se nourrissent des consommateurs primaires), comme une carpe par exemple. Et ainsi de suite jusqu’à l’animal qui n’est plus mangé par aucun autre prédateur et qu’on appelle alors un super prédateur comme le brochet ou le silure glane.
-  Les décomposeurs (bactéries, champignons, vers de terre) se nourrissent des restes d’animaux et de matière organique. Ils permettent alors un recyclage de la matière organique par sa dégradation laissant ainsi que les nutriments inorganiques.

Les composants non vivants sont les facteurs chimiques et physiques qui influencent la vie des organismes vivants. Dans l’environnement aquatique, ces facteurs peuvent être la température de l’eau, la profondeur et la lumière, la vitesse des courants, la quantité d’oxygène et de nutriments à disposition sans oublier l’acidité.

b. Les écosystèmes des rivières
Le système de rivière est une série de différents écosystèmes qui va de la source à l’océan. Notre voyage au fil de l’eau s’arrêtera au fleuve avant l’influence de la salinité apportée par l’océan.
La zone de source est claire et calme habitée par des espèces qui n’aiment pas les différences de températures et où il n’y a pas de poissons. Juste ensuite suit une zone souvent torrentielle avec des espèces adaptées aux eaux froides et qui ont des besoins élevés en oxygène. Les plantes sont accrochées aux rochers et l’on a ce que l’on appelle les zones à truite (avec chabot, vairon, loche), larves d’insectes, et crustacés. Lorsque le lit s’élargit on passe à la zone à ombre (chevaine, goujon).
Les zones suivantes (zone de transition et de plaine d’inondation) sont des zones où le courant est moins fort (rivières fleuves de plaine) avec parfois un déficit en oxygène et des températures plus élevées. Beaucoup de vers de vase, une zone à barbeau (rotengle, vandoise, brochet) et une zone à brème (avec tanche, carpe, gardon, perche), il s’agit d’espèces que l’on peut retrouver dans les lacs également.
En fonction du courant et de la quantité en oxygène les espèces sont différentes. De plus, le courant peut façonner les berges en provoquant la formation de méandres et en diversifiant le profil longitudinal de la rivière permettant ainsi la formation d’abris et de lieux de pont favorisant ainsi la diversité du peuplement. En effet, dans le coude externe du méandre le courant sera plus fort, emportant les particules fines et ne laissant qu’un fond pierreux. Ces fonds ont une faune plus riche que les fonds vaseux avec des écrevisses, des larves de libellules, de truite et de chabot. Dans le coude interne du méandre, nous trouverons donc des fonds vaseux habités par les épinoches et des mollusques bivalves.

c. Les écosystèmes lacustres
Les lacs sont des réserves d’eau fraîche alimentées par des précipitations, du ruissellement ou de l’apport de nappe phréatique. Le lac est constitué de différentes zones permettant des habitats pour différentes espèces.
- La zone littorale comprend la côte et les eaux peu profondes riches en nutriments jusqu’à la zone de disparition des plantes à racines. La zone côtière est marqués par la présence de joncs et de saules qui abritent une foule d’animaux permanents : oiseaux limnicoles (grèbes, foulques), petits rongeurs (campagnols, rats musqués), couleuvres et non permanents tels que les renards, cerfs (zone d’abreuvoir), cigognes (zone de chasse) et crapaud commun (zone de reproduction). La zone aquatique contient une forte variété de phytoplancton (diatomées), de plantes à racines (phragmite, nénuphar, renoncule aquatique, roseaux), des décomposeurs et autres consommateurs (amphibiens, escargots, oiseaux, insectes).
- la zone limnique est une surface d’eau ouverte avec production photosynthétique qui comprend donc beaucoup de phytoplancton, zooplancton et poissons planctophages (perches, brochets...).
- la zone profonde où il fait trop sombre pour de la photosynthèse mais où habite des poissons adaptés aux eaux sombres et froides (silure par exemple).
- la zone benthique au fond du lac est habitée surtout par les décomposeurs (bactéries, vers).

Et les saisons dans tout ça ?
Une des caractéristiques particulières de l’eau est qu’elle est plus dense à 4°C sous forme liquide que sous forme solide (ce qui fait que les icebergs flottent...). C’est une bonne nouvelle pour les poissons de lac qui gèleraient en hiver. Il y a donc une stratification des eaux du lac (en hiver et en été) avec une couche inférieure restant à 4°C et une couche supérieure recouverte par la glace. Au printemps (et en automne), les eaux effectuent un échange entre le haut et le bas par réchauffement de la partie supérieure jusqu’à 4°C donc avec une densité maximum et qui coulent jusqu’au fond tout en étant remplacé par les eaux inférieures. Ce processus qui se répète deux fois par an permet le transfert de l’oxygène dissous de la surface vers le fond et des nutriments (issus de la décomposition) dans le sens inverse.

3. L’impact de l’homme sur les lacs et les rivières

a. Les barrages
L’eau a été très tôt perçue comme un facteur essentiel du développement (construction de barrages et de canaux d’irrigation, il y a sept millénaires, sur les bords du Tigre et de l’Euphrate). Cependant, la construction de ces ouvrages comporte des risques importants pour la survie des écosystèmes. En effet, la construction d’un barrage entraîne une diminution importante du débit limitant ainsi la ventilation des eaux. Cette diminution du renouvellement des eaux peut entraîner des problèmes d’anoxie due à un épuisement de l’oxygène dissous dans l’eau par la respiration des organismes. De plus la présence de barrages rend l’accès aux zones de reproduction très difficile entraînant la mort de nombreux poissons par épuisement.

b. La pollution chimique
Les plantes aquatiques et les algues produisent de l’oxygène par la photosynthèse. Une grande quantité de fertilisants dans l’eau (nitrates et phosphates) peut cependant entraîner une surabondance de ces plantes et de ces algues. Leur décomposition par les bactéries réduit l’oxygène présent dans l’eau et peut faire baisser le taux d’oxygène dissous à un point qui devient dangereux pour les poissons et les autres organismes aquatiques : c’est le phénomène d’eutrophisation.

c. Exemple de pollution : le Cd de l’usine de Decazeville
Les métaux sont des micronutriments pour les plantes et les animaux aquatiques. Leur absorption en petite quantité est nécessaire à la constitution de membranes et de parois cellulaires solides et elle contribue à la croissance des cellules, à la photosynthèse et à la respiration. Les métaux sont naturellement présents dans les systèmes aquatiques, où ils sont transportés sous l’effet de l’érosion des roches et du lessivage des sols et des dépôts de fond. Toutefois, une concentration trop élevée de ces métaux peut être un danger pour les organismes. Une usine d’extraction de Zinc située au niveau du bassin de Decazeville a rejeté pendant de nombreuses années (et continue encore aujourd’hui par lessivage des terrils !) du cadmium. Les eaux de lessivage, enrichies en matières en suspension chargées en cadmium, arrivent dans le Riou-Mort, sont collectées par le Lot puis la Garonne et, finalement, le polluant se retrouve dans la Gironde Les mollusques bivalves, ou lamellibranches, (Huître, Moule...) qui se développent naturellement à l’embouchure, se nourrissent en filtrant l’eau. Leurs branchies retiennent les particules alimentaires mais aussi les ions métalliques. Or un seul lamellibranche filtre plusieurs litres d’eau de mer par heure. C’est dans les huîtres sauvages de la Gironde que la teneur en cadmium est la plus élevée de tout le littoral atlantique français (50 à 100 µg par gramme de chair). La récolte de ces huîtres est désormais interdite mais cette pollution menace encore les ostréiculteurs de Marennes Oléron.

II Les Enjeux pour l’homme, écosystèmes, économie

1. Enjeux pour les écosystèmes aquatiques

L’homme par ses multiples activités a un impact non négligeable sur les écosystèmes aquatiques tels que les rejets d’eaux chaudes des centrales nucléaires qui modifient la solubilité de l’oxygène et la biodiversité, les différences de débits et les problèmes d’accès aux zones de reproduction provoqués par la présence de barrages, la pollution organique et chimique par l’agriculture et l’industrie. Tous ces facteurs peuvent avoir des conséquences irréversibles menant à une diminution de la biodiversité et à la disparition de certaines espèces.

2. Enjeux pour les écosystèmes terrestres

L’eau est une source de vie pour les animaux et avant tout d’approvisionnement en eau pour les animaux de la forêt, une zone de reproduction pour beaucoup de batraciens et de serpents, une zone d’alimentation pour beaucoup d’oiseaux et finalement une zone d’habitat pour le martin pêcheur par exemple ou les castors.

3. Enjeux pour l’homme

La rivière et les lacs peuvent être des zones potentielles d’approvisionnement en eau dans certaines zones ou dans le futur. Pour considérer cela, il faut protéger ces zones d’une pollution grandissante aux métaux lourds et pesticides. De plus, l’agriculture est une grande consommatrice d’eau et parfois ne dépend que de sa présence comme nous pouvons le voir dans la région du Nil.

4. Enjeux pour les systèmes économiques

Les systèmes économiques sont liés aux activités humaines par définition et comprennent la production d’électricité par les barrages, l’augmentation de la demande en eau pour une agriculture plus étendue. L’eau est utilisée dans le refroidissement des centrales comme nous l’avons déjà vu. Finalement, le tourisme et les loisirs (baignades, pêche et promenades) au fil de l’eau ont encore de beaux jours devant eux.

III Démarches pédagogiques

1. La dynamique hydro-sédimentaire des rivières

a. Le cycle de l’eau
- Expérimentation simple du principe d’évaporation/condensation

b. Géomorphologie des rivières
- observations sur le terrain de figures sédimentaires, chenaux/levées.
- carottage pour montrer l’évolution de la rivière : crues, migration de levée etc...
- maquette PVC d’une rivière en méandres.

2. La vie dans les lacs et les rivières, petite histoire au fil de l’eau...

- Prélèvements de faune et de flore : observations à l’œil nu des espèces capturées (phylogénie) et à la loupe binoculaire (phytoplancton...).

3. L’impact de l’homme sur les lacs et les rivières

a. Barrages
- Visite d’un barrage
- Expériences en aquarium avec renouvellement de l’eau prélevée en rivière (bulleur) et sans renouvellement en mesurant l’évolution de la concentration en O2 -> anoxie

b. Pollutions chimiques
- Expérience en aquarium avec ajout d’engrais ou de lessives phosphatées en mesurant l’évolution d’O2 illustrant le principe de l’eutrophisation.
- Expériences illustrant le principe de bioaccumulation d’un organisme filtreur (à définir).

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