Impact des barrages sur les poissons migrateurs des Etats-Unis (Dean et al 2023)

Une recherche menée sur la répartition des poissons migrateurs dans les bassins versants des Etats-Unis montre que les barrages sont un facteur d’influence majeure dans quatre écorégions sur neuf. Mais même dans ces régions, les obstacles à la migration n’expliquent qu’une faible part des variations observées.

Beaucoup d’études concernant l’impact des barrages sur les poissons migrateurs concernent des sites ou des tronçons, parfois des bassins versants fluviaux. Mais peu analysent des écorégions entières. E.M. Dean et ses collègues ont souhaité comblé ce manque par une analyse menée à échelle des neuf écorégions divisant les Etats-Unis limitrophes (hors Alaska et Hawaï). 

Ces écorégions sont des zones présentant des caractéristiques similaires, notamment la géologie et le climat (cf image ci-dessus). Les rivières des Appalaches du Nord froides à tempérées (NAP) drainent des bassins versants glaciaires et vallonnés à travers une matrice de terres forestières et urbaines et se jettent dans l'océan Atlantique. Dans les Appalaches du Sud tempérées et humides (SAP), les rivières drainent des crêtes et des plateaux de terres boisées et minières se transformant en basses terres des Plaines côtières (CPL). Les rivières du CPL tempéré à subtropical drainent un tiers des zones humides des États-Unis, et cette écorégion est l'endroit où le Mississippi se jette dans le golfe du Mexique. En général, les précipitations tombent abondamment dans ces régions orientales. Les plaines du Nord (NPL), les plaines du Sud (SPL) et les plaines tempérées (TPL) ont des  étés chauds et hivers froids, avec des rivières drainant des bassins versants dominés par des terres agricoles avec  prairies, recevant d’importants apports de sédiments et de ruissellement. La géologie glaciaire du Haut-Midwest (UMW) abrite des rivières alimentées par les eaux souterraines qui se jettent dans le fleuve Mississippi et les Grands Lacs. Le Xeric (XER) est aride, avec des rivières qui connaissent naturellement de fréquentes périodes d'assec, drainant une topographie plate à vallonnée soutenant des arbustes et des prairies. Les rivières des Montagnes occidentales (WMT) coulent à travers les chaînes de montagnes boisées des États côtiers, des États du sud-ouest et de certains États du nord et du centre, avec la fonte des neiges et des précipitations extrêmes à des altitudes élevées alimentant des rivières.

Concernant les barrages, les auteurs reprennent les plus impactants selon leurs caractéristiques de hauteur (au moins 7,62 m de hauteur) ou de retenue (au moins 6,17 ha), ainsi que ceux identifiés comme à haut impact par un travail précédent (Cooper 2017, voir recension). Les données sur les poissons concernent 45989 rivières ayant des données collectées entre 1990 et 2019.

Dans toutes les écorégions, la richesse totale en espèces de poissons (y compris les poissons migrateurs) variait de 88 dans le NPL à 445 dans le SAP, et les pourcentages de poissons entièrement migrateurs variaient de 25,2 % (SAP) à 47,0 % (UMW). Parmi les espèces entièrement migratrices, le pourcentage d'espèces diadromes [nota : ayant un cycle migrateur en eau douce et eau salée] était plus élevé dans le WMT (21,4 %) et le XER (20,3 %) que dans les autres écorégions, et le pourcentage d'espèces diadromes et potamodromes [nota : ayant un cycle migrateur uniquement en eau douce] était plus élevé dans le CPL (24,4 %) que dans les autres écorégions. écorégions. La richesse en espèces potamodromes variait de 68,7 % (CPL) à 89,1 % (NPL) dans toutes les écorégions, et la richesse en poissons potamodromes était plus de 20 fois supérieure à celle des poissons diadromes dans les régions XER, SPL, TPL et UMW. 

Ce tableau montre le poids des facteurs d’explication dans les 9 écorégions :

Les auteurs le commentent ainsi : « La répartition de la variance a indiqué que les facteurs naturels du paysage, l'utilisation des terres par l'homme, la fragmentation des rivières et leurs interactions expliquaient entre 11,7 % (SPL) et 32,7 % (WMT) de la variation totale de l'abondance relative des poissons migrateurs dans les écorégions. Parmi la variation expliquée, les facteurs naturels du paysage représentaient un minimum de 13,6 % (SPL) et un maximum de 64,1 % (UMW), les utilisations humaines des terres expliquées entre 0,2 % (UMW) et 27,6 % (SPL), et les paramètres de fragmentation des rivières expliqués. entre 1,9% (NPL) et 14,7% (UMW) de variation de l'abondance relative des poissons migrateurs. Les facteurs naturels du paysage expliquent davantage de variations que les perturbations anthropiques dans huit des neuf écorégions (SPL était l'exception). Les mesures de fragmentation du réseau fluvial expliquaient plus de variation dans les assemblages de poissons que l'utilisation des terres par l'homme dans les écorégions UMW, NAP, SAP et CPL situées dans l'est des États-Unis et expliquaient moins de variation dans les assemblages de poissons que l'utilisation des terres par l'homme dans d'autres écorégions. »

Discussion

Le premier point remarquable est que le modèle des chercheurs ne parvient à expliquer que 32,7% au mieux de la variance des poissons. Cela signifie que les facteurs pris en compte laissent, selon les bassins, 70 à 90% des variations de poissons sans explication causale décisive. Nous avions déjà souligné combien il est difficile de prendre en compte l’ensemble des  facteurs pouvant influer la biologie et l’écologie des poissons (voir cet article).  Le second point est que la part des barrages au sein de la variance expliquée est encore plus faible, même si elle significative dans quatre bassins sur neuf. Il est logique que certains grands barrages non équipés de dispositifs de franchissement dépriment des populations de poissons de migrateurs et favorisent des espèces non migratrices, notamment adaptées aux milieux lentiques ou semi-lotiques de retenues. A l’ère anthropocène marquée par la transformation diffuse et continue des déterminants du vivant, il existe rarement une cause simple  pouvant expliquer pourquoi les populations actuelles des espèces divergent de celles des époques précédentes. Enfin, on notera que les mesures faites (pour les poissons) commencent en 1990, c'est-à-dire après la construction de la plupart des barrages, et donc après que leur effet s'est exercé. Des analyses sur la plus longue durée apportent davantage d'enseignements, comme par exemple le travail de Merg et al 2020 en France sur 250 ans d'évolution des poissons migrateurs. 

Référence : Dean EM et al (2023), Cumulative effects of dams on migratory fishes across the conterminous United States: Regional patterns in fish responses to river network fragmentation, River Research and Applications, 39, 9, 1736-1748

Les biais des hauts fonctionnaires de l’eau et de la biodiversité

Responsable ressources en eau, milieux aquatiques et pêche en eau douce au ministère de l’écologie, Claire-Cécile Garnier est depuis 15 ans une des pilotes de la politique de continuité écologique en France. Cette politique s’est focalisée sur la volonté de détruire des ouvrages hydrauliques (barrages, seuils, digues) et leurs milieux (retenues, étangs, biefs et canaux). Dans une vidéo récente, la haute fonctionnaire expose les raisons justifiant ces choix. Une bonne occasion d’explorer les biais cognitifs à l’œuvre même dans les têtes de la technocratie publique. Et de comprendre pourquoi la continuité écologique est devenue l’une des politiques environnementales les plus contestées sur le terrain.

Lien vers la vidéo : le vrai/faux de la continuité écologique

Ce qui n'est pas dit dans la vidéo (et cette omission est le premier problème)

Biais de cadrage n°1 : ignorance de la dimension sociale et historique de l’eau

Le biais de cadrage consiste à parler d’un phénomène de manière partielle ou partiale car on prend soin d’évacuer les dimensions qui gênent dans le phénomène en question. Ici, la vidéo adopte une approche naturaliste : l’ouvrage hydraulique ne devrait être envisagé que par rapport à des questions écologiques, en particulier par rapport à la naturalité vue comme fonctionnement physique et biologique d’un cours d’eau sans influence humaine. Or, les cours d’eau sont aussi de constructions sociales, historiques, usagères et paysagères, les ouvrages hydrauliques en sont précisément un témoignage (voir Edgeworth 2011, Linton et Krueger 2020). Plusieurs livres universitaires ont constaté la négligence de la diversité des enjeux et de l'écoute des riverains (Barraud et Germaine 2017, Bravard et Lévêque 2020). En évacuant ce sujet, et en évacuant du même coup tout ce que les riverains pensent des rivières aménagées où ils vivent, on rend invisible un pan entier de la réalité. Ce qui n’existe pas dans l’esprit du haut fonctionnaire et des clientèles qui accomplissent sa politique ne mérite finalement pas d’exister dans la réalité. Du coup évidement, on prive le citoyen de divers apports de l’archéologie, de l’histoire, de la géographie, de sociologie, de la politologie, de l’économie, du droit ou de l’anthropologie. On prive aussi le citoyen de la possibilité de donner un avis sur les ouvrages qui ne soit pas dicté par l’obligation naturaliste de n’en parler qu’à travers des impacts sur ceci ou cela. 

Biais de cadrage n°2 : ignorance des aspects écologiques positifs des milieux, fonctions, services liés aux ouvrages hydrauliques

Autre biais de cadrage dans cette vidéo : ne surtout pas parler des travaux qui attestent que les milieux créés par les ouvrages hydrauliques (retenues, étangs, lacs, biefs, canaux, etc.) ont aussi des avantages selon des critères écologiques (ceux retenus comme seul prisme de l’explication). Pourtant, un passage en revue de la littérature scientifique  a par exemple montré que les petits plans d’eau assurent jusqu’à 39 services écosystémiques (Janssen et al 2020). Il est de tout même incroyable de parler du sujet aux citoyens sans être capable de citer un seul de ces services (épuration de l’eau, îlot de fraîcheur, havre de biodiversité, agréments divers en lien à la nature, etc.) ! En outre, les habitats aquatiques et humides d’origine anthropique accueillent aussi de la biodiversité, dont l’étude est très négligée : voir par exemple pour des analyses multi-sites Chester et Robson 2013  ou Zamora-Marin et al 2021, pour des compartiments particuliers de la faune  Sousa et al 2021  sur les moules d’eau douce, Kolar et al 2021 sur les libellules, Labat et al 2021 sur les végétaux. A nouveau, tout cela est nié, gommé, invisibilisé : quand on défend un dogme, on tait ce qui le contredit.

Biais de cadrage n°3 : ignorance du « schéma global » de l’Anthropocène

L’économie générale du discours sur les ouvrages hydrauliques consiste à focaliser l’attention sur des effets locaux (ils ralentissent et réchauffent un peu l’eau, ils modifient les assemblages du vivant, etc.) et à laisser entendre que ces altérations au sens propre (c’est-à-dire ces créations d’un autre état écologique local de la rivière) sont très importantes. Mais en fait, la recherche scientifique montre qu’à l’âge anthropocène (âge de l’influence humaine majeure sur l’environnement), tous les paramètres qualitatifs et quantitatifs de l’eau, des sédiments et des populations associées sont fortement modifiés.  On peut lire par exemple des études sur les poissons d’eau douce (Su et al 2021), sur le cycle des sédiments (Syvitski et al 2022) et les dynamiques sédimentaires (Verstraeten et al 2017), sur les zones humides (Fluet-Chouinard et al 2023), sur l’histoire longue des modification de rivières et fleuves à échelle millénaire (Brown et al 2018). Des chercheurs ont souligné que les plans d'eau sont absents de la nomenclature administrative alors qu'ils représentent sans doute en France un demi-million de biotopes, pour la plupart créés par les humains (Touchart et Bartout 2020). Les ouvrages hydrauliques anciens ne représentent qu’un élément dans ce flux continu de modification du fonctionnement des bassins versants. Ils sont sans commune mesure avec les effets très récents (à échelle historique et géologique) de la mécanisation et des travaux mécanisés en lit majeur / mineur, des pollutions par produits de synthèse, des hausses de prélèvements liées au boom démographique et à la croissance économique

Citation : « Les altérations physiques à cette continuité, obstacles à l'écoulement seuil, barrage endiguement les rectifications sont avec les pollutions diffuses, la pression principale responsable du mauvais état des cours d'eau. »

Biais de focale : ignorance du poids relatif des altérations de l’eau

Cette citation laisse penser que l’obstacle à l’écoulement est un facteur de dégradation de la qualité chimique et biologique de l’eau aussi important que la pollution. Il n’en est rien. Du propre aveu des indicateurs actuellement utilisés pour mesurer la qualité (de l’eau (dont il faudrait discuter par ailleurs la validité), les obstacles à l’écoulement ont un rôle très faible par rapport aux pollutions et aux occupations du sol des bassins versants. C’est ce qui ressort des études quantitatives ayant pris soin de comparer des rivières pour pondérer chaque impact : voir par exemple cette synthèse, ou encore Villeneuve et al 2015, Cooper 2016, Lemm et Feld 2017, Lemm et al 2021. On trompe le public et on détourne l'attention à laisser croire que l’eau s’est beaucoup dégradée à cause de ces obstacles. 

Citation: « Il est vrai que de nombreux ouvrages en rivière, comme les seuils de moulins à eau, ont été construits il y a plusieurs centaines d'années. En revanche, il est faux de dire qu'ils n'ont jamais eu d'impact sur la biodiversité. Selon une étude scientifique de 2016, la généralisation à partir du 11e siècle des Moulins à roues verticales en Europe a causé un premier effondrement des populations de saumon. »

Biais de halo : une étude devient une généralité

En science d’expérimentation et d’observation, une étude isolée n’a jamais fait une connaissance solide. Il faut que cette étude soit répliquée plusieurs fois. La publication citée a été commentée sur notre site (voir Lenders et al 2016), et nous avons formalisé des objections sur les sources françaises, où les auteurs ne distinguent pas le poids de la morphologie et le poids des pêcheries dans la raréfaction locale du saumon. Par ailleurs, une autre recherche en histoire environnementale ne valide pas l'idée d'un déclin des poissons d'eau douce comme cause de changement des régimes alimentaires, mais plutôt l'arrivée de produits des pêches océaniques (Orton et al 2017). D’autres travaux sur les migrateurs français ont montré que ceux-ci restaient globalement attestés jusqu’aux sources des grands bassins versant à la fin du 18e siècle, quand l’essentiel du patrimoine historique des moulins, forges, étangs était présent, voir Merg et al 2020. Cela étant dit, il est évident que la biodiversité d’un cours d’eau va évoluer selon que ce cours est barré ou non. Même des barrages (tout à fait naturels) de castors produisent une cascade d’effets physiques, chimiques, biologiques, ce qui conduit d'ailleurs des chercheurs à admettre qu'il faut repenser l'idée de continuum fluvial (Larsen et al 2021). La biodiversité évolue, avoir une approche fixiste ou espérer retrouver les mêmes profils du vivant que voici 5 siècles ou 5 millénaires n’a aucun sens. 

Citation : « [La continuité] C'est aussi ce qui permet des inondations dans le lit majeur qui vont recharger les zones humides, les sols et les nappes souterraines, qui vont éroder les terres et amener des matériaux à la rivière. » / « Au contraire, les seuils aggravent plutôt localement les inondations parce qu'ils rehaussent la ligne d'eau en permanence et facilitent ainsi les débordements en amont. »

Biais de contradiction : une qualité devient un défaut quand il faut justifier le dogme…

Quand il s’agit de vanter les bienfaits de la continuité écologique, Claire-Cécile Garnier explique que celle-ci se traduit par des inondations et débordements qui remplissent d’eau les nappes et les sols. Quand il s’agit de vanter la destruction des ouvrages en rivières, la même explique que ceux-ci tendent à provoquer des inondations et débordements en amont, ce qui cette fois devient un problème ! Ce raisonnement ad hoc où des acrobaties intellectuelles justifient une chose et son contraire est le signe assez fiable d’une idéologie sous-jacente qui fait feu de tout bois pour asséner ses croyances. 

En conclusion
Nous pourrions reprendre chaque phrase ou presque de la vidéo pour la nuancer, préciser ou parfois contredire. La lecture de notre rubrique idées reçues ou de notre rubrique science permettra aux lecteurs intéressés de comprendre pourquoi.  Ce n'est probablement pas très utile : le personnel public qui s'est engagé dans la mise en oeuvre de la continuité écologique sous sa dimension destructrice des ouvrages et milieux anthropisés connaît ces arguments, mais préfère les ignorer ou les nier. Pour que cette politique change vraiment, il faudra probablement attendre le poids des réalités (besoins de la transition énergétique, nécessités de l'adaptation climatique, réponses aux événements extrêmes sécheresses, feux de forêt et crues) ainsi que le renouvellement d'une génération de décideurs et experts qui a mal posé le problème, mais peine à la reconnaitre. 

Ecologie, évolution et étude des socio-écosystèmes hybrides

Dans son dernier exercice de prospective scientifique sur l'écologie et l'environnement, le CNRS souligne parmi les pistes de recherche à soutenir l'analyse des écosystèmes créés par les humains, afin de mieux comprendre les interactions rapides entre évolution et écologie. Une préconisation qui devrait concerner au premier chef le grand orphelin des travaux sur l'eau en France, à savoir le riche réseau des milieux aquatiques anthropisés (mares, étangs, fossés, biefs, canaux, retenues, lacs), à ce jour souvent considéré par le gestionnaire public comme sans intérêt car de toute façon "dégradé" par rapport à un milieu "naturel" sans humain. Cette cécité, assez absurde étant donné l'importance de ces milieux sur tous les territoires, nous prive de connaissances et de pratiques utiles pour une meilleure gestion des environnements hybrides formant la réalité des bassins versants. 

Tous les quatre ans, CNRS Écologie & Environnement organise des journées de réflexion commune, avec sa communauté scientifique, afin de présenter les grandes avancées des recherches menées au sein de ses laboratoires et d'identifier les nouvelles disciplines et thématiques à soutenir dans les cinq années à venir. La synthèse du dernier exercice vient de paraître (lien en bas d'article). 

Nous publions un extrait d'un des chapitres de cette prospective (dédié à la nécessité de rapprocher davantage écologie et évolution), prenant comme exemple l'analyse des milieux créés par les humains comme source d'éco-évolution rapide. 

Applications de l’éco-évolution aux environnements anthropisés

Les systèmes anthropisés peuvent représenter des modèles d’étude pertinents pour comprendre les interactions éco-évolutives rapides sous forte pression environnementale, et donc fortes pressions de sélection (...). En effet, leur dynamique se fait à l’échelle de quelques (à quelques dizaines de) générations, ce qui permet de les suivre « en temps réel », avec des caractéristiques communes et un grand nombre de réplicas. En outre, ils offrent des contextes suffisamment différents pour mener des études comparatives. Trois cas d’étude ont été discutés au cours de l’atelier : la domestication et culture d’espèces sauvages, les invasions biologiques et les milieux artificiels ou urbanisés.

 

Cas d’étude

Dans le premier cas, le principal processus évolutif est la domestication impliquant souvent une forte sélection sur quelques traits d’intérêt comme le taux de croissance ou la biomasse produite. La sélection est soit centrée sur la production de lignées ou cultivars, soit relâchée (dite « inconsciente »), basée sur la sélection de géniteurs en fonction de leur phénotype lors de leur mise en culture. D’autres forces évolutives peuvent jouer comme les flux de gènes entre populations cultivées et sauvages, ou l’évolution des souches de pathogènes dans les fermes et élevages. Les populations cultivées vont affecter les caractéristiques physico-chimiques de l’environnement ou les chaînes trophiques, mais peuvent aussi constituer des réservoirs importants de maladies. Dans ce contexte, les interactions éco-évolutives concernent notamment le rôle de la diversité génétique et des traits phénotypiques sélectionnés des populations cultivées sur la diversité du microbiome associé, et sur la diversité de ses fonctions (ex. cycles biogéochimiques au sein des cultures et habitats naturels voisins).

Le deuxième cas d’étude concerne les invasions biologiques. Sur le court terme, de fortes pressions de sélection peuvent s’exercer sur les espèces exotiques envahissantes pour tout ce qui touche à leur dispersion et à la compétition dans les communautés réceptrices, impliquant des effets fondateurs ou de « allele surfing », dépendant en particulier de la pression de propagules dispersantes. Les caractéristiques génétiques de la population introduite peuvent moduler l’effet sur l’écosystème, tandis que les caractéristiques de l’écosystème récepteur peuvent affecter la performance de la population introduite. Sur le long terme, les changements sont plus complexes, avec différents scénarios possibles comme l’émergence de l’atténuation de ces effets après la phase initiale (par exemple, des extinctions de populations bien installées). Les processus sous-jacents peuvent être multiples, comme des changements démographiques endogènes qui modifient l’intensité de la compétition ou des modifications des communautés locales ou des réorganisations des réseaux trophiques. Un enjeu considérable est alors de capter la complexité des rétroactions éco-évolutives, tant sur le plan fondamental que pour la gestion des impacts des espèces introduites (pour éviter d’aboutir à des conséquences plutôt négatives, ou en tout cas mal contrôlées).

 

De manière analogue aux invasions biologiques, les milieux urbanisés ou artificialisés constituent des modèles intéressants pour l’étude des interactions éco-évolutives, parce qu’il s’y exerce de très fortes pressions de sélection dans des gradients environnementaux forts. De nombreuses études ont documenté des changements de traits d’histoire de vie (ex. comportements, reproduction, alimentation), des adaptations spécifiques et des processus de rétroactions éco-évolutives dans ces habitats particuliers (par ex., des boucles démo-environnementales positives conduisant à des explosions de populations et de nouvelles adaptations spécifiques aux milieux anthropisés). Se pose aussi la question de l’influence de ces milieux sur les populations et communautés présentes dans les écosystèmes plus « naturels » avoisinants, par exemple via des processus de maladaptation génétique induits par des flux de gènes asymétriques, depuis les milieux anthropisés.

Enjeux et perspectives

Ces cas d’étude interrogent sur la construction de nouveaux écosystèmes, ou d’écosystèmes hybrides comprenant une proportion importante d’espèces ou de génotypes, importés ou modifiés par les activités humaines, dans lesquels de nouveaux réseaux d’interactions interspécifiques se créent. Par exemple, quelle sera leur résilience vis-à-vis de perturbations, quels services écosystémiques maintenus ou nouveaux pourront-ils fournir, ou encore, quelles adaptations particulières peuvent émerger et avec quelles rétroactions sur les dynamiques des populations et des communautés qui les occupent ?

Les systèmes anthropisés conduisent donc à de nouveaux écosystèmes, incluant des espèces/ communautés qui peuvent être largement modifiées par les activités humaines. Cela pose de nombreuses questions éco-évolutives, en particulier pour ce qui concerne la résilience de ces systèmes ou les services écosystémiques rendus, et donc plus généralement des propriétés qui peuvent émerger de l’anthropisation. Au-delà des cas d’études considérés ci-dessus, il semble important d’identifier ces propriétés de manière générique, et de croiser les facteurs d’anthropisation. Cela paraît critique si l’on souhaite développer une bonne capacité de prédiction et d’intervention (ou de laisser-faire). Il est donc nécessaire d’inclure une vision éco-évolutive dans le domaine des « solutions fondées sur la nature » ou d’ingénierie écologique, de façon à renforcer la durabilité des solutions mises en place comme réponses à l’anthropisation. Une approche socio-écosystémique devient alors plus que nécessaire, et donc un recours à des approches d'intérêt transdisciplinaires. Un point de vigilance doit être soulevé : cette gestion de l’anthropisation attire naturellement des financements, en particulier liés aux politiques publiques, soutenant des projets qui peuvent vite être très finalisés et ne permettant alors pas d’aborder suffisamment les questions de dynamiques éco-évolutives plus éloignées des objectifs des financeurs.

Source : CNRS, Prospectives CNRS Écologie & Environnement 2023, 292 pages 

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