Les plans d'eau d'origine humaine, un outil de conservation de la biodiversité (Zamora-Marin et al 2021)

Des chercheurs ont étudié la faune de divers plans d'eau d'origine humaine en France, en Suisse et en Espagne, incluant des étangs et retenues piscicoles. Ils observent que ces écosystèmes anthropiques n'atteignent pas la biodiversité de leurs équivalents naturels encore présents, mais qu'on y trouve de 42 à 65% des pools régionaux de coléoptères, d'escargots et d'amphibiens. Les types de plans d'eau sont complémentaires, et leur nombre cumulé est un facteur de conservation biologique des espèces. Les chercheurs concluent que ces systèmes aujourd'hui négligés méritent l'attention des gestionnaires car ils peuvent apporter une contribution substantielle à la préservation des espèces de milieux aquatiques et humides. Il est déplorable qu'au lieu d'encourager à cette gestion écologique intelligente, la destruction et assèchement d'étangs et plans d'eau figurent encore dans la politique de certains bassins versants, au nom d'une vision trop étriquée de la biodiversité comme des services écosystémiques.

Les milieux d'eau douce sont considérés comme les écosystèmes les plus menacés dans le monde, malgré le niveau important de biodiversité qu'ils abritent et de services écosystémiques qu'ils apportent. Comme le remarquent Jose Manuel Zamora-Marín et ses collègues dans ce nouveau travail, "les préoccupations concernant la conservation et la gestion des écosystèmes d'eau douce se sont concentrées sur les eaux courantes, telles que les rivières et les ruisseaux, ou les grands lacs. Cependant, des plans d'eau plus petits tels que des mares ont été signalés comme représentant une proportion importante de la surface totale d'eau douce sur Terre, en raison de leurs densités élevées dans la plupart des paysages (Downing et al., 2006). Au cours des deux dernières décennies, un corpus croissant de littérature a démontré le potentiel élevé des plans d'eau à accroître la biodiversité d'eau douce et à agir comme habitats critiques pour la faune (Oertli et al., 2010 ; Céréghino et al., 2014 ; Biggs et al., 2016), en particulier pour les amphibiens (Gómez-Rodríguez et al., 2009 ; Arntzen et al., 2017), les macroinvertébrés (Florencio et al., 2014 ; Hill et al., 2016a, 2019 ; Wissinger et al., 2016) et macrophytes d'eau douce (Nicolet et al., 2004 ; Della Bella et al., 2008 ; Akasaka et Takamura, 2012)." 

Malgré leurs hautes valeurs écologiques et culturelles pour la société, les plans d'eau de diverse nature ont été pour la plupart négligés par les gestionnaires de l'eau et de la biodiversité, aucun cadre législatif n'existant pour les protéger.

Les chercheurs ont analysé la biodiversité de cinq types de plans d'eau artificiels (étang piscicole, gravière, réserve d'eau en montagne, réserve d'eau en milieu semi-aride, mares urbaines) dans trois zones en France, Suisse et Espagne. La carte ci-dessous montre les zones d'étude.

Extrait de Zamora-Marin et al 2021, art cit. 

Voici le résumé de leurs travaux :

"De plus en plus de plans d'eau artificiels sont créés pour les services qu'ils rendent à l'Homme. S'ils ont le potentiel d'offrir des habitats pour la biodiversité d'eau douce, leur contribution à la diversité régionale est peu quantifiée. Dans cette étude, nous évaluons la contribution relative de cinq types de plans d'eau artificiels à la biodiversité régionale de cinq régions différentes, en étudiant les amphibiens, les coléoptères d'eau et les escargots d'eau douce. Cette biodiversité est également comparée à celle observée dans les plans d'eau naturels de trois des régions étudiées. 

Nos résultats indiquent que plans d'eau artificiels abritent, en moyenne, environ 50 % du pool régional des espèces lentiques. Par rapport aux plans d'eau naturels, les plans d'eau artificiels ont toujours supporté une richesse alpha nettement inférieure (54 % de la richesse naturelle). Les communautés d'invertébrés présentaient des valeurs élevées de diversité bêta et étaient représentées par un ensemble restreint d'espèces largement distribuées et par de nombreuses espèces rares. Il y avait des écarts entre les groupes taxonomiques : dans l'ensemble, les amphibiens ont le plus bénéficié de la présence de plans d'eau artificiels, puisque 65% des pools régionaux d'espèces lentiques pour ce groupe s'y trouvaient, alors que 43% et 42% étaient observés dans le cas des coléoptères et des escargots, respectivement. Cependant, chaque groupe d'invertébrés tendait à être le groupe ayant le plus bénéficié d'un seul type de plans d'eau. Par conséquent, les types de plans d'eau artificiels étaient complémentaires entre eux en termes de contribution à la diversité régionale des trois groupes d'animaux. 

Sur la base de ces résultats, nous prévoyons que les futurs paysages dominés par l'Homme et dans lesquels la plupart des plans d'eau sont artificiels seront particulièrement appauvris en termes de biodiversité d'eau douce, soulignant la nécessité de conserver les plans d'eau naturels existants et de créer de plans d'eau «quasi naturels». Cependant, s'ils sont correctement conçus et gérés, les plans d'eau artificiels pourraient apporter une contribution substantielle au soutien de la biodiversité des eaux douces à l'échelle régionale. De plus, le nombre et la diversité des plans d'eau artificiels doivent être élevés dans chaque paysage considéré."

Ce tableau montre la contribution de chaque type de plans d'eau artificiels (FP: fish ponds; GP: gravel pit ponds; MWP: mountain watering ponds; SWP: semiarid watering ponds; and UP: urban ponds).

Extrait de Zamora-Marin et al 2021, art cit. 

On remarque que les mares urbaines (67%) et les étangs piscicoles (60%) ont tendance à abriter davantage de biodiversité régionale.

Discussion

Cette nouvelle recherche confirme de nombreux travaux antérieurs déjà recensés sur ce site : les plans d'eau d'origine humaine sont loin d'être des déserts biologiques! Ils n'atteignent pas la biodiversité des plans d'eau naturels, ce qui confirme la nécessité de protéger ces derniers de risques d'artificialisation ou d'assèchement. Cela d'autant que les zones humides des lits majeurs ont été largement détruites depuis 3 siècles. Mais pris ensemble, les plans d'eau artificiels représentent  une forte contribution à la biodiversité locale et régionale. Le fait que chaque plan d'eau peut avoir des peuplements dominants qui sont différents des autres indique la nécessité de les considérer comme un ensemble et de les gérer avec une réflexion au niveau de chaque éco-région. D'autres chercheurs français avaient appelé "limnosystème" ce réseau des masses d'eau lentiques aux propriétés et fonctionnalités particulières (Touchart et Bartout 2018). Il est hélas largement orphelin d'attention et de réflexion en France chez les gestionnaires publics, qui se concentrent sur la rivière ou sur des sites isolés remarquables, mais n'ont pas de vision globale sur l'apport des plans d'eau. 

Référence : Zamora-Marín et al. (2021), Contribution of artificial waterbodies to biodiversity: A glass half empty or half full?, Science of the Total Environment, 753, 141987

L'interprétation française de la directive européenne sur l'eau a fait disparaître un demi-million de plans d'eau des nomenclatures (Touchart et Bartout 2020)

Deux limnologues de l'université d'Orléans viennent de publier un article intéressant sur la notion de "masse d'eau", un concept administratif issu de la traduction française et mise en oeuvre de la directive cadre sur l'eau. La directive européenne parlait de "water body". Les auteurs montrent que la masse d'eau a été détournée du sens qu'elle avait à l'origine en océanographie et limnologie, pour devenir un quasi-synonyme de fleuve ou rivière concernant les eaux de surface. Mais dans ce processus, l'administration française a fait disparaître la singularité du demi-million de plans d'eau que comporte notre pays, au profit d'une approche fluviocentrée. Une erreur que l'on peut juger dramatique tant la recherche européenne et internationale insiste désormais sur la valeur environnementale de ces plans d'eau, dans la parfaite indifférence de ceux qui ont fait de "l'eau courante sans obstacle" le seul horizon de leur gestion, et qui ne veulent pas sortir aujourd'hui de leur confort intellectuel.

Laurent Touchart et Pascal Bartout, chercheurs-enseignants à l'université d'Orléans, experts des lacs et milieux lentiques (limnologie), livrent une intéressante réflexion sur l'apparition en France du concept de "masse d'eau", dans le cadre de l'application de la directive européenne sur l'eau (DCE) adoptée en 2000 et transposée en 2004 dans le droit français.

La masse d'eau désigne, dans la littérature scientifique pré-DCE 2000, un volume en trois dimensions que l'on isole pour l'analyser, en général dans un océan ou un lac, à partir de discontinuités qui donnent sens à l'analyse :

"la masse d’eau (water mass, Wassermasse, водная масса, masa de agua), grâce à une longue histoire pluriséculaire marquée par sa stabilité épistémologique, est un concept qui a fait l’unanimité de la communauté scientifique internationale jusqu’en l’an 2000. Terme rigoureusement défini et communément utilisé par les océanographes et les limnologues, il concernait aussi, par extension, les cours d’eau, du moins au niveau de leur embouchure dans la mer ou dans un lac. Dans toutes les acceptions scientifiques classiques, l’important reste la notion de volume en trois dimensions formant une subdivision d’un volume plus grand, délimitée par des discontinuités internes à celui-ci. L’emboîtement d’échelles est inhérent au concept, une masse d’eau étant une portion d’un objet hydrologique, en général l’océan, une mer ou un lac. Dans le cadre des trois dimensions, les discontinuités séparant les masses d’eau ont tout de même, le plus souvent, une composante verticale plus marquée, les plans d’eau, qu’ils soient marins ou lacustres, étant, par essence même, stratifiés en couches de différentes densités. La composante horizontale n’est cependant jamais absente, et, quand elle devient prédominante, exerce une grande influence sur la productivité biologique, le long de fronts. Du fait de l’action des courants, et aussi de certaines ondes comme les seiches internes, les discontinuités séparant les masses d’eau sont mouvantes. En tant que discontinuités aqueuses, leur représentation cartographique est dynamique et ne peut être figée par des points de repère terrestres fixes."

Le DCE a créé le concept gestionnaire de "water body", différent de "water mass" en anglais, que la France a choisi de traduire par "masse d'eau" :

"Dans son sens administratif français actuel, la masse d’eau apparaît comme une expression nouvelle, issue de la Directive-cadre européenne sur l’eau de 2000, ainsi définie : « ‘masse d’eau de surface’: une partie distincte et significative des eaux de surface telles qu’un lac, un réservoir, une rivière, un fleuve ou un canal, une partie de rivière, de fleuve ou de canal, une eau de transition ou une portion d’eaux côtières » (Le Parlement Européen, 2000, article 2, définition 10). (...) Il est remarquable que, en anglais, ce soit le terme de « body of water » qui soit nouvellement défini (The European Parliament, 2000). Celui de « water mass » n’est pas employé par la DCE, qui laisse les océanographes et limnologues anglo-saxons continuer à l’utiliser dans son sens originel. La plupart des traductions effectuées dans les autres langues de la Commission européenne sont littéralement calquées sur l’anglais : la version allemande de la DCE écrit « Wasserkörper », la version italienne « corpo idrico », roumaine « corp de apă », ou encore slovène « telo vode ».  (...) la version en langue française de la Directive-cadre européenne sur l’eau a fait le choix de la « masse d’eau », un terme qui renvoie aux mers et aux lacs, alors qu’il ne sera question dans l’immense majorité des cas que d’eaux courantes, qui renvoie à un volume d’eau, alors qu’il ne sera question que de discontinuités en plan, qui renvoie à des limites de densité d’eau, alors qu’il ne sera question que de segmentation par des confluents."

Ce faisant, l'administration française a été conduite à faire disparaître un demi-million de plans d'eau de la nomenclature, pour centrer son approche sur la seule logique fluviale :

"Dans la pratique, l’administration française a construit 9748 MECE « masses d’eau cours d’eau » et seulement 429 MEPE « masses d’eau plan d’eau » (décompte effectué le 5 septembre 2019 à partir de la plateforme ouverte des don- nées publiques françaises, transmis par E. Hulot, DDT-87). Les MECE représentent donc 96 % du total et les MEPE 4 %. Cette élimination de 99,92 % des plans d’eau de notre pays, puisque, dans la réalité, il y a en France 554 566 plans d’eau de plus d’un are (Bartout et Touchart, 2013), a été rendue possible par l’invention de la limite de superficie de 50 ha, au-delà de laquelle un plan d’eau peut être défini et reconnu en tant que tel. Cette limite, qui n’est fondée sur aucune rupture du fonctionnement limnologique d’un plan d’eau qui aurait un fondement scientifique, est celle qui a été administrativement imposée pour faire une exception au fluvio-centrage de la DCE et des circulaires françaises. Parmi de nombreux exemples de ce fluvio-centrage, on peut citer la circulaire de 2005 précisant la typologie des masses d’eau, dont les schémas indiquent clairement qu’un plan d’eau d’origine fluviatile doit obligatoirement, qu’elle que soit sa taille, appartenir à une MECE (République Française, 2005)."

Ce fluvio-centrisme, formé autour du paradigme du libre écoulement de l'amont vers l'aval, a conduit à gommer les échanges se tenant autour des stockages et déstockages d'eau dans les bassins:

"La perte de la notion de volume en trois dimensions, ainsi que, à l’intérieur de la dimension horizontale, la très nette survalorisation de la direction longitudinale, dans le sens fluvial d’amont en aval, si possible sans rupture, sans ralentissement, sans emmagasinement d’eau, va à l’encontre de l’essence même de l’hydrosystème. Ainsi, curieusement, depuis une quinzaine d’années que le terme d’hydrosystème est régulièrement cité et revendiqué dans les documents officiels, comme les SDAGE, son vrai fondement scientifique, celui de redonner leur place aux échanges latitudinaux et verticaux, ainsi qu’aux alternances de stockage et déstockage, est moins suivi. Par le sens nouveau donné à la masse d’eau, le jargon administratif s’est éloigné de la signification scientifique originelle. Incontestablement, de nouveaux groupements scientifiques se sont formés, dominés par une mise en avant de l’aspect technique des Systèmes d’Informations Géographiques, qui cartographie des limites fixes aux nouvelles masses d’eau, aux dépens de la continuité épistémologique et des réflexions ancrées dans une évolution progressive tendant à prendre la mesure de la complexité de fonctionnement des objets hydrologiques, dont le caractère fluctuant des limites et seuils internes en fonction des échelles de temps est une manifestation majeure."

Il en résulte des aberrations hydrogéologiques, où par exemple une grande cascade naturelle ne produira pas selon l'administration deux masses d'eau distincts amont et aval, mais aussi des incompréhensions citoyennes voire des conflits sociaux, où la pratique familiale et locale autour d'un plan d'eau devient une anomalie du continuum de la masse d'eau idéalisée :

"La critique que nous faisons de cette nouvelle masse d’eau devra donner lieu à d’autres recherches, qui ouvriront vers des réflexions plus poussées sur les non-dits qui sous-tendent l’opposition trop simple entre ladite continuité d’un cours d’eau et les ruptures. La manière actuelle d’envisager cette opposition tend, selon nous, à éloigner la législation européenne et sa déclinaison en France de certaines réalités de terrain. Ainsi, selon les documents officiels, une cascade naturelle formée d’abrupts infranchissables de plus d’une centaine de mètres de hauteur ne forme pas de rupture hydrogéomorphologique nécessitant de distinguer deux masses d’eau. En revanche, plus de 99,9 % des propriétaires d’étangs français, y compris médiévaux, voient leur plan d’eau n’être qu’une « masse d’eau cours d’eau ».  Or la perception de ces gestionnaires locaux de leur territoire, dont les enquêtes scientifiques montrent qu’ils caractérisent les étangs par des qualificatifs comme «familial, amical, convivial» (Ardillier-Carras, 2007), est loin de se réduire à un ensemble d’impacts sur un cours d’eau. Ce genre de décalage rend sans doute difficile l’appropriation du discours européen par certaines catégories de la population, alors même que la concertation et la participation de l’ensemble du public sont censées être l’un des fers de lance de la politique de l’eau depuis 2000."

Discussion
Un autre effet dommageable de la posture de l'administration française est la négation du plan d'eau comme zone de biodiversité et hydro-disponibilité pour le vivant. Pour nombre de chercheurs étudiant ces milieux (voir par exemple Davies et al 2008, Chester et Robson 2013, Clifford et Hefferman 2018, Hill et al 2018), l'indifférence des gestionnaires est un problème pour la conservation, et la DCE 2000 en particulier était peu attentive à cette question. Le cas a été aggravé en France car les nouvelles orientations publiques ont opté dans les années 2000 pour un paradigme de "renaturation" du "continuum fluvial" ignorant totalement ces réalités, ne débloquant pas de moyens pour analyser spécifiquement leur écologie et leur hydrologie, appelant parfois à les faire disparaître sans la moindre prudence sur les milieux asséchés et sur les évolutions locales futures en situation de changement climatique.

Références : Touchart L, Bartout P (2020), La masse d’eau : le détournement administratif d’un concept géographique, BSGLg, 74, 65-78

Les moulins aident à retenir l'eau dans les bassins versants (Podgórski et Szatten 2020)

Deux chercheurs polonais ayant étudié l'effet morphologique, sédimentaire et hydrologique de moulins présents depuis 7 siècles sur une rivière notent que leur abandon s'est traduit par une perte de la capacité de rétention locale d'eau dans les nappes et de la rétention globale d'eau de surface dans le bassin versant. Quand ils ne sont pas étudiés à charge, les milieux des moulins montrent donc de l'intérêt. Des rivières françaises où la continuité dite "écologique" s'est traduite par la quasi disparition de toutes les retenues souffrent aujourd'hui de niveau très bas en été, avec des filets d'eau chaude et souvent polluée. Il faut oublier ces choix douteux, pris sur la base d'informations incomplètes et d'analyses biaisées par des angles plus administratifs et politiques que scientifiques: nous demandons aux gestionnaires de l'eau de respecter les ouvrages et de faire un travail d'analyse hydrologique complète des sites et bassins versants, surtout en vue des changements hydroclimatiques majeurs annoncés pour les prochaines décennies. 

Le bassin étudié et son profil en long.

La Struga Rychnowska est une rivière polonaise creusée dans une zone du dégel précoce post-glaciaire, ayant émergé voici 17-18 000 ans.  Neuf moulins s'y sont installés, le plus ancien datant du 14e siècle.

Zbigniew Podgórski et Dawid Szatten ont analysé l'héritage sédimentaire et morphologique de ces siècles écoulés, pour comprendre l'influence des moulins et de leurs retenues.

Voici le résumé de leur recherche :

"L'article présente les changements d'un réseau hydrographique résultant de la construction et du fonctionnement de neuf moulins à eau situés dans le bassin versant de la Struga Rychnowska (Pologne). Deux retenues (Bierzgieł et Oleszek) ont été choisies pour une étude détaillée - à la fois avec des origines de bassin et des paramètres morphologiques similaires, mais avec des morphométries, des voies d'acheminement et de rejet d'eau du moulin et des temps de rétention de l'eau différents. Nous avons tenté de reconstruire le cours du processus de sédimentation des dépôts dans les bassins des retenues de moulin sur la base de sources historiques, de documents cartographiques archivés, de travaux sur le terrain et d'analyses en laboratoire (sédimentologie, palynologie et datation au 14 C). 

Les études ont permis de déterminer l'ampleur de l'impact anthropique sur l'environnement à partir de l'exemple d'un petit bassin versant, à la fois lorsque les retenues étaient en service et après. Le déclassement des moulins à eau a entraîné un certain nombre de changements importants dans les ressources en eau. Les plus importants d'entre eux sont: la perte de capacité de rétention d'eau dans le bassin versant de la Struga Rychnowska et la baisse du niveau des eaux souterraines à proximité immédiate des anciens réservoirs d'eau. Actuellement, un intérêt renouvelé pour les anciens emplacements des moulins à eau existe, afin de restaurer la rétention d'eau et de les utiliser à des fins de petites centrales hydroélectriques modernes."

La conclusion du travail en précise quelques enseignements :

"Sur la base des résultats des études menées sur les changements de la dynamique et de la nature de la sédimentation dans les retenues de moulin de la Struga Rychnowska (district du lac Chełmno, Pologne), les conclusions suivantes ont été tirées:

1. Les documents d'archives (depuis 1796) et les documents cartographiques modernes - sources historiques contenant des données sur le fonctionnement des moulins à eau - nous ont permis de déterminer les changements dans l'activité économique dans le bassin versant étudié. Ainsi, il a révélé que les modèles d'utilisation des terres agricoles et forestières dans le bassin versant de la Struga Rychnowska étaient insignifiants. L'agriculture domine toujours sur le plateau de la moraine, tandis que la superficie forestière a augmenté dans la zone de sable. Tous les moulins à eau ont été fermés.

2. Les sédiments accumulés dans les retenues de moulin (opérant dans la zone de recherche depuis le 14e siècle) documentent les changements dans le bassin versant pendant le fonctionnement des moulins et après leur fermeture, à condition que les réservoirs conservent la fonction de rétention d'eau. De précieuses sources d'information sur les sédiments déposés sont leurs caractéristiques: composition granulométrique, teneur en carbonate, etc.

3. Les analyses palinologiques et au 14C sont utiles pour étudier la genèse des retenues de moulin. Il a été constaté, entre autres, que les retenues des moulins étaient placés dans des dépressions naturelles du terrain, généralement situées au-dessus des marches se produisant dans les rétrécissements du canal sous-glaciaire, dans lequel coule actuellement la Struga Rychnowska. Dans de tels cas, la formation de retenues était une restitution d'un réservoir d'eau naturel (par exemple, le réservoir d'Oleszek). Cela a été confirmé par l'âge des sédiments les plus jeunes déterminé par la méthode au 14C (530 +/- 45 cal BP – 1420 AD), qui ont été déposés dans le réservoir d'eau naturel en voie de disparition sur le site d'Oleszek. Il s'ensuit que ces sédiments se sont formés environ 300 ans plus tôt, avant que les eaux de la Struga Rychnowska ne soient endiguées à cet endroit pour les besoins du moulin à eau.

4. Des temps de rétention d'eau différents indiquent des conditions de fonctionnement des retenues différentes, bien que leurs emplacements soient dans la même zone de captage.

5. Le rythme et l'avancement du processus de remplissage du bassin avec des sédiments de fond ont été affectés par: le volume de la masse d'eau alimentant les retenues et sa proportion par rapport à la capacité totale du réservoir; les paramètres morphométriques des réservoirs, en particulier la profondeur et la longueur du bassin; l'emplacement par rapport à d'autres éléments du réseau hydrographique directement connectés au moulin à eau (par exemple, canal de dérivation); les fluctuations du niveau d'eau dans la retenue".

Discussion
Les ouvrages hydrauliques humains modifient les rivières et créent des milieux à part entière, qui disposent de leur propre dynamique. Des chercheurs ont pu parler d'états écologiques alternatifs pour désigner le fait qu'une rivière aménagée possède une nouvelle hydrologie, une nouvelle morphologie et une nouvelle biologie. Le cas des moulins et des étangs est particulièrement intéressant, puisque nombre d'entre eux sont encore présents sur les cours d'eau européens — les plus anciens depuis 1000 ans, la plupart depuis 150 à 500 ans. Les bassins versants ont donc ré-ajusté en permanence leur fonctionnement à cette nouvelle donne.

L'information que nous retenons de ce travail de recherche en Pologne concerne la rétention de l'eau. C'est un  sujet essentiel pour l'adaptation de l'Europe au changement hydroclimatique. C'est aussi un sujet débattu dans la communauté des experts, avec peu de données, souvent contradictoires et parfois des préjugés (par exemple Al Domany et al 2020). Ce sujet de la préservation de l'eau étant assez critique pour le cadre de vie local, la société et le vivant, les riverains ne sont pas disposés à accepter des politiques publiques fondées sur des approximations. L'observation faite par Zbigniew Podgórski et Dawid Szatten d'une meilleure rétention d'eau et recharge de nappe quand les moulins sont actifs et leur retenue remplie correspond à ce que l'on observe un peu partout.

Dans la mesure où des petits bassins versants peuvent compter des dizaines de retenues et de bras de dérivation, la question doit être étudiée par des mesures de terrain, pas des principes généraux de manuels. Il est assez évident que l'idéal actuel de continuité écologique en long, défendue par le gestionnaire français, consiste à obtenir des lits à écoulement plus rapides. C'est contradictoire avec l'idée qu'il faut essayer de retenir et diffuser l'eau dans les saisons pluvieuses afin de préparer le cap de l'étiage ou les périodes de sécheresse. C'est d'autant plus problématique que d'autres recherches récentes, allemandes cette fois, avaient montré un phénomène d'incision des lits et de moindres débordements quand on détruit des ouvrages de moulins (voir Maaß et Schüttrumpf 2019). Nous avons déjà relayé les plaintes de riverains consternés par l'effet des destructions d'ouvrages (Vicoin) ou d'ouvertures forcées de vannes (Sèvre nantaise)

Il est donc souhaitable de stopper immédiatement la préconisations d'effacement des ouvrages (qui reste encore prioritaire en 2020 dans les programmations des financeurs publics) et de préférer au contraire un principe de conservation, avec analyse au cas par cas des effets hydrologiques. Les associations de moulins, étangs et riverains veilleront à ce qu'aucun chantier mettant en péril les capacités locales de rétention d'eau ne soit effectué sans mesure et, si besoin, sans compensation au moins équivalente. La loi française engage à la préservation de la ressource en eau, son ignorance peut être un motif de contentieux.

Enfin, il est indigne que la France soit dotée depuis 2006 d'une politique active sur les ouvrages hydrauliques anciens sans la moindre programmation scientifique de leur étude dans les bassins versants, hors le cas quelque peu obsessionnel, et en tout cas assez limité en périmètre d'étude, des seuls poissons migrateurs. Nous dépensons beaucoup d'argent en bureaux d'études privés, à la méthodologie répétitive se bornant à constater que le milieu n'est pas "naturel" ou que l'ouvrage n'est pas franchissable à telle espèce, mais très peu de fonds en recherche académique sur les moulins, étangs, canaux et autres ouvrages anciens. Il est bon de cesser ces programmes administratifs sous-informés et déjà d'acquérir des connaissances robustes, dans une logique multidiscipliniare qui ne se résume au paradigme assez pauvre et aporétique d'une restauration de la rivière du passé.

Référence : Podgórski Z et Szatten D (2020), Changes in the dynamics and nature of sedimentation in mill ponds as an indicator of environmental changes in a selected lake catchment (Chełmińskie Lake District, Poland), Water, 12, 1, 268

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Les retenues des moulins sont-elles lentiques, lotiques ou mixtes? (Donati et al 2019)

Une masse d'eau lentique a pour caractéristique que sa température est stratifiée, c'est-à-dire différente au sommet et à la base de la colonne d'eau. Cette signature thermique tient au fait que l'eau n'y est pas turbulente, dès lors pas mélangée, contrairement à un cours d'eau lotique (à courant vif): la surface et le fond divergent donc. Trois chercheurs ont analysé des retenues de moulins dans deux rivières à conditions hydroclimatiques différentes, dans le Centre et l'Est du pays. Leur conclusion: la stratification thermique y est généralement faible à nulle, limitée à quelques périodes de l'année et heures de la journée. On ne peut donc pas dire selon eux que le comportement thermique de ces retenues de moulin est de nature lentique. Ce travail rappelle que la politique publique des retenues, étangs, réservoirs et lacs en France repose trop souvent sur des approximations non fondées sur des faits et des mesures.

Francesco Donati, Laurent Touchart et Pascal Bartout (Université d’Orléans, Département de Géographie) ont analysé le comportement thermique de quatre retenues de seuils de moulin.

Voici comment les auteurs exposent la motivation de leurs travaux :

"Les cours d'eau de France métropolitaine sont potentiellement exposés à la dégradation causée par les ouvrages hydrauliques, du fait de leur diffusion sur les rivières du pays. Parmi ces structures, on trouve des seuils, omniprésents au sein du réseau hydrographique français. Dans un cours d'eau, la présence d'un seuil entraîne une modification de ses conditions hydrauliques, dont l'effet le plus remarquable est la formation d'une zone de vitesse d'écoulement lent en amont (Csiki & Rhoads, 2010). Cette réduction de vitesse pourrait être de nature à provoquer une sorte d'effet barrage, favorisant la formation de zones d'écoulement lentique (Malavoi & Salgues, 2011) et la substitution des caractéristiques lotiques du cours d'eau par des caractéristiques lentiques (Souchon & Nicolas, 2011), mais les études pour le confirmer ou l'invalider manquent pour les contextes français.
Les cours d'eau en amont sont-ils convertis en plans d'eau stagnants ou conservent-ils leurs caractéristiques actuelles? A travers des études de cas françaises, utilisant le paramètre de température de l'eau, qui est la principale cause de stratification de la densité de l'eau, l'objectif de cette étude est d'essayer de répondre à cette question pour mieux comprendre les effets des déversoirs sur les milieux aquatiques."

Pour répondre à cette problématique, les chercheurs ont étudié deux rivières de types hydro-climatiques différent : trois retenues de moulin sur les Mauves, affluents de la Loire qui coulent sur 45 km dans le département du Loiret, à l'ouest de l'agglomération d'Orléans ; une retenue de moulin sur la rivière Zinsel du Nord, affluent de la Moder qui coule sur 43 km entre les départements de la Moselle (57) et du Bas-Rhin (67), dans le nord-est de la France.

Comment différencier une eau lentique et lotique? Par la stratification thermique de la colonne d'eau.

"Pour comprendre si les cours d'eau en amont des seuils conservent leurs caractéristiques lotiques ou s'ils ont des caractéristiques lentiques, la méthodologie déployée est basée sur l'étude des propriétés thermiques de l'eau. En effet, le principal discriminant entre les eaux courantes et les eaux stagnantes est la stratification thermique de la colonne d'eau (Wilhem 1960; Touchart 2002). Bien qu'elle présente des moments d'uniformité, la normalité d'une eau stagnante est sa stratification selon un gradient vertical de densité de température, tandis que la normalité d'une eau courante est l'homogénéité physico-chimique de la colonne d'eau, car la turbulence empêche la distinction des couches d'eau et leur superposition (Touchart 2007, a)."

Les chercheurs ont donc mesuré la température en haut et en bas de la colonne d'eau dans les retenues, de février à décembre, pour un total de 35.529 données brutes analysables.

Les résultats indiquent d'abord que le delta de température (hétérothermie) n'est présent qu'une petite partie de l'année sur les sites (plus souvent en été), avec des signatures différentes, le plus souvent faible (moins de 0,5°C) hors un site (moulin Nivelle sur les Mauves, en haut).

Evolution de la stratification sur 10 mois, extrait de Donati et al 2019, art cit.

Les résultats indiquent ensuite que ce delta  n'est présent que dans certaines heures de la journée, essentiellement entre 11:00 et 16:00

Heures de la journée où une stratification de l'eau est observable, extrait de Donati et al 2019, art cit.

Conclusion des chercheurs :

"Les résultats montrent que la présence d'un seuil n'est pas synonyme de substitution des caractéristiques lotiques d'un cours d'eau. En effet, dans une seule des zones d'étude parmi les quatre analysées, celle du moulin de Nivelle, une signature thermique similaire à celle de certains plans d'eau a été observée, et même alors exclusivement pendant les mois centraux de l'été. Pendant la partie la plus chaude de l'année, dans les autres zones d'étude, l'homogénéité physique de la colonne d'eau a également été "perturbée", mais la nature épisodique de ces moments d'hétérogénéité conduit à les classer comme stratification thermique normale observable dans les cours d'eau. L'apparition de caractéristiques lentiques ne semble pas dépendre de facteurs climatiques, mais plutôt de facteurs locaux. En effet, elles n'ont été observées que lorsque certaines conditions environnementales étaient réunies sur le tronçon, notamment une bonne exposition au soleil et un débit particulièrement lent."

Discussion
La politique publique des ouvrages hydrauliques en France a été construite au fil des décennies sur des trajectoires institutionnelles empruntant diverses motivations. L'une d'elle est que la substitution d'un style lotique par un style lentique contreviendrait à certaines propriétés supposées d'intérêt du tronçon (au gré des arguments avancés, parfois de manière disparate et souvent de manière non mesurée: ses fonctionnalités, sa naturalité, sa diversité, son auto-épuration, etc.). Le travail mené par Francesco Donati et ses collègues suggère que dans le cas des chaussées de moulin, cette hypothèse n'est pas forcément vérifiée quand on adopte une approche limnologique, car le caractère lentique des retenues doit être préalablement défini et ensuite caractérisé au droit des sites, pas présumé.

Nous ne pouvons que nous féliciter de l'émergence de ces travaux de plus en plus précis sur les ouvrages anciens des cours d'eau, qui sont de véritables orphelins de la recherche académique. Les politiques publiques sont construites sur des savoirs partiels, et parfois biaisés par le choix des phénomènes que l'on va mesurer et ceux que l'on va ignorer. Notre association demande que des programmes de recherche soient dédiés à l'examen de la biodiversité et de la fonctionnalité des hydrosystèmes anthropisées, en particulier les plus anciens et les plus nombreux, ceux des retenues et des biefs de moulins, des étangs, des lacs de barrage. Le sujet est d'autant plus critique que des choix sont faits pour détruire ces milieux sur argent public au nom de la "continuité écologique". Les acteurs institutionnels (ministère de l'écologie, agence de la biodiversité, conseils scientifiques des agences de l'eau) sont pour le moment dans une attitude de déni d'intérêt et d'ignorance volontaire vis-à-vis de cette question. Pourtant, les avancées de la recherche suggèrent que nous connaissons mal ces milieux sur lesquels nous intervenons.

Référence : Donati F et al (2019), Do rivers upstream weirs have lotics or lentics characteristics?, Geographia Technica, 14, 2, 1-9

Mares, étangs et plans d'eau doivent être intégrés dans la gestion des bassins hydrographiques (Hill et al 2018)

Une équipe de 11 chercheurs appelle à une prise en compte urgente des mares, étangs et petits plans d'eau dans la politique des milieux aquatiques. Au cours des années 2000, la recherche a montré que ces milieux, souvent moins présents à l'esprit des gestionnaires et décideurs que les rivières et les lacs, abritent pourtant une biodiversité plus importante par unité de surface. Ce message doit être entendu en France où des destructions d'étangs et plans d'eau sont trop souvent menées au nom d'une approche rigide et mal informée de la continuité en long, sans aucune étude de leur biodiversité et de leur connexion aux milieux environnants, sans compensation lorsque l'on fait disparaître des surfaces en eau et des milieux humides profitant localement au vivant. 

Le terme anglais "pond" désigne la mare, l'étang et par extension la zone lentique de faible superficie et de faible profondeur. Elle se distingue du lac par l'absence de zone profonde aphotique (fond privé de lumière) et thermiquement stratifiée. Au Royaume-Uni, où ces habitats sont suivis de manière poussée par rapport à d'autres pays d'Europe, le rapport d'inventaire de Williams et al 2010 avait apporté des informations intéressantes pour le cas anglais :  478000 sites (entre 1,8 et 2,2 par km2), 205 espèces de plantes représentant la moitié de toutes les espèces spécialisées en milieux humides et aquatiques (dont 5 protégées et 40 rares), 63% des mares, étangs et plans d'eau directement reliés à la rivière (dont les 2/3 en lit avec exutoire).

Ces habitats lentiques de taille modeste ont longtemps été négligés, l'attention des pouvoirs publics mais aussi des gestionnaires et chercheurs se tournant vers les rivières, les grands lacs ou les eaux côtières. Mais à compter des années 2000, une moisson de travaux a changé la donne. On s'aperçoit que des ensembles de petits habitats offrent généralement une valeur de conservation aussi élevée (ou plus élevée) qu'un seul grand habitat de même superficie.

Matthew J Hill et dix collègues spécialistes de ces milieux rappellent ainsi:

"Des preuves récentes indiquent que les paysages d'étangs et mares soutiennent une biodiversité élevée (voir The Pond Manifesto: EPCN 2008) et contribuent de manière proportionnellement bien plus forte à la biodiversité aquatique des bassins hydrographiques que les masses d'eau douce plus vastes et plus étudiées comme les rivières et les lacs (Davies et al 2008). En outre, les mares et étangs fournissent un habitat essentiel à de nombreuses espèces rares et menacées à l'échelle nationale et internationale, et constituent des refuges importants dans les paysages urbains et agricoles (Davies et al 2008, Chester et Robson 2013). La contribution significative des trame de mares et étangs à la biodiversité aquatique locale et régionale peut être attribuée à (i) les petits bassins individuels de chaque système, produisant des conditions environnementales idiosyncratiques et une complexité de l'habitat, conduisant à l'hétérogénéité de l'habitat à l'échelle du paysage (Davies et al 2008), (ii) la valeur des plans d'eau anthropiques (par exemple mares de fermes) pour augmenter la superficie d'habitats aquatiques disponible pour la vie sauvage, (iii) la fourniture d'habitats de refuge pour les communautés aquatiques, en particulier quand les zones humides naturelles ont été largement converties en fermes ou rizières (Takamura 2012, Chester & Robson 2013). Les mares et étangs jouent également un rôle important dans le soutien de la faune et de la flore semi-aquatique et terrestre, par exemple les zones agricoles qui contiennent des mares et étangs détiennent une richesse et une abondance d'espèces terrestres supérieures aux zones agricoles sans ces plans d'eau (Stewart et al 2017; : Davies et al 2016)."

Ces observations n'ont cependant pas encore été traduites en choix publics. Les chercheurs observent:

"Les politiques internationales de conservation de l'environnement et de la nature (telles que la Convention de Ramsar, la Convention sur la diversité biologique et la Directive-cadre européenne sur l'eau) sont importantes pour protéger les espèces et les habitats face aux pressions anthropiques croissantes (Dudgeon et al. 2006). Malgré cela, le nombre d'espèces menacées figurant sur la Liste rouge de l'UICN continue d'augmenter, les terres modifiées par les humains (urbaines, agricoles) continuent de remplacer les terres naturelles (Decker et al., 2016) et un certain nombre d'habitats terrestres et d'eau douce continuent à être négligés par les décideurs. Les mares et étangs, définis au Royaume-Uni et dans la majeure partie de l'Europe comme des plans d'eau lentiques de moins de 2 ha (Williams et al., 2010), et la trame des plans d'eau [pondscape], définie comme un réseau de mares et étangs avec leur matrice terrestre environnante, sont l'un de ces habitats historiquement négligés. Récemment, il y a eu une hausse significative de la reconnaissance par les communautés scientifiques et non scientifiques de l'importance des mares, étangs et de leur trame pour la biodiversité et les services écosystémiques. Pourtant, ces petits plans d'eau restent largement en dehors des attributions de la législation internationale, et dans de nombreux cas nationale, de la conservation et de l'environnement."

Une série de recommandations est produite, à commencer par un approfondissement de la recherche scientifique et des inventaires de biodiversité dans ces hydrosystèmes négligés. Ce que notre association réclame aujourd'hui, alors que l'AFB est défaillante à produire des exigences de bonnes pratiques écologiques, notamment avant toute destruction des ouvrages et de milieux lentiques.

Référence : Hill MJ et al (2018), New policy directions for global pond conservation, Conservation Letters, doi.org/10.1111/conl.12447

A lire sur ce thème
Vers une étude du limnosystème (Touchart et Bartout 2018) 
Etudier et protéger la biodiversité des étangs piscicoles (Wezel et al 2014)
La biodiversité négligée des fossés, mares, étangs et lacs (Davies et al 2008)

Un exemple en Morvan
Etangs de Marrault: quand le patrimoine historique enrichit la biodiversité 

Illustration : étang de Montigny en Côte d'Or. Un exemple de gestion administrative déplorable des milieux aquatiques. Alors que ce plan d'eau a été créé comme retenue collinaire, que le fossé de quelques centaines de mètres avant la source (supposée) est intermittent dans sa mise en eau (absente 4 à 6 mois de l'année), qu'aucune espèce migratrice de poisson n'est évidemment attestée à l'amont, la DDT et l'AFB focalisent sur la soi-disant nécessité de restaurer une continuité en long (revenant à vider la retenue) tout en ne témoignant aucun intérêt pour la biodiversité aquatique et rivulaire du site. De telles approches dogmatiques et haliocentrées nuisent aux milieux et représentent le même type d'erreur que l'arasement des haies dans les années 1960-1970. Ces petits plans d'eau et zones humides en contexte agricole ont de l'intérêt pour le vivant, il faut s'en féliciter au lieu de chercher à les faire disparaître ou d'exiger des fonctionnalités coûteuses, sans enjeu dans le contexte.

Vers une étude du limnosystème (Touchart et Bartout 2018)

Les lacs ont longtemps été l'objet d'étude central de la limnologie, terme forgé par François-Alphonse Forel dans son analyse du lac Léman au XIXe siècle et discipline considérée par certains comme le réel précurseur de l'écologie moderne. Deux géographes de l'Université d'Orléans constatent que, depuis un siècle, l'analyse des milieux lentiques peine à trouver son identité épistémologique. Ils proposent de conceptualiser le limnosystème comme l'ensemble des interactions à l'oeuvre dans l'émergence, le fonctionnement et le comportement des lacs, mares, étangs et autres eaux plus stagnantes que courantes. Au passage, les deux chercheurs égratignent une certaine hégémonie des enjeux lotiques dans l'analyse actuelle des systèmes fluviaux, notamment pour la mise en oeuvre de la DCE 2000 et de la LEMA 2006, ainsi que la tendance à séparer épistémologiquement des plans d'eau selon leur origine naturelle ou artificielle, au lieu d'étudier leur dynamique sans considération de valeur sur leur provenance. Une perspective que nous encourageons, à l'heure où grandissent partout les incompréhensions sur le sens, la motivation et l'intérêt de la destruction des plans d'eau.

Laurent Touchart et Pascal Bartout, géographes à l'Université d'Orléans (laboratoire CEDETE), dressent d'abord une rapide histoire de la limnologie, longtemps définie comme la science des systèmes lacustres. Les lacs ont tôt attiré l'attention des naturalistes, des géographes et des premiers écologues, au même titre que les îles dont ils sont en quelque sorte l'équivalent inversé (un ensemble "isolé" d'eau cerné de terre, ensemble ayant sa cohérence d'étude, avec une forte interdépendance des éléments internes, de nombreuses espèces endémiques pour les lacs anciens). Les limnologues sont aussi parmi les premiers contributeurs à la construction de l'écologique scientifique au début du XXe siècle : S. Forbes, R. Lindemann, G. Hutchinson, par l'influence de ce dernier E. Odum.

L'étude des lacs va très vite se trouver à la confluence des différentes écoles de recherche, avec la mise en avant du caractère systémique et intégrée, aux Etats-Unis, en Europe et en Russie. Au fil des travaux, les géographes y valorisent le biotope au sein d'un système fluvial, les biologistes y mettent en avant les biocénoses (ou biogéocénoses en Russie) au sein d'un écosystème lentique. Selon l'angle choisi, le caractère ouvert ou fermé est souligné. L'action humaine y est beaucoup étudiée sous l'angle de l'eutrophisation et de la pollution, plus sensible dans les lacs que dans les rivières en raison du moindre mouvement et du temps de résidence. Le schéma ci-dessous montrent les différentes inscriptions possibles du "limnosystème en tant que concept de géographie limnologique".

Cliquer pour agrandir. In Touchart et Bartout 2018, art cit, droit de courte citation. 

Pour les auteurs, il manque finalement une pensée du limnosystème en tant que tel (la plus ancienne mention du terme est celle du géologue suisse Jean-Michel Jaquet en 1989). Une définition formant programme de recherche est proposée :

"Le limnosystème est l’ensemble des interactions naturelles (en tant qu’écosystème lentique interagissant avec les écosystèmes lotiques d’amont et d’aval et en tant qu’isolat favorisant l’endémisme interagissant avec l’ensemble du réseau hydrographique) et socioculturelles (comme rendant des services socio-économiques et possédant une identité culturelle) se produisant sur un territoire centré sur un plan d’eau, ce dernier se conduisant à la fois comme un aval collecteur et un amont moteur. Le limnosystème se décline en plusieurs échelles spatio-temporelles : le lac forme un limnosystème saisonnier de bassin, l’étang un limnosystème interdiurne de versant, la mare un limnosystème diurne dépendant. L’origine du limnosystème peut être indifféremment naturelle ou artificielle. Ainsi redéfini, le limnosystème devient un concept géographique par (i) son centrage, à la fois épistémologique et opérationnel, sur un objet géographique, le plan d’eau, (ii) ses caractéristiques multiscalaires, (iii) sa prise en compte sans hiérarchisation de valeur des faits de nature et de société."

Au passage, soulignant l'intérêt du concept d'anthroposystème apparu au début des années 2000 (Lévêque et al 2000, Lévêque et al 2003), Laurent Touchart et Pascal Bartout égratignent quelque peu la mise en oeuvre de la DCE 2000 et de la loi sur l'eau 2006 en France, constatant à la fois une hégémonie des systèmes lotiques (où l'ensemble lentique est perçu comme anomalie du continuum) et une dépréciation sans fondement des plans d'eau d'origine humaine :

"Si le limnosystème était conçu comme un anthroposystème limnique, il formerait un cadre plus opérationnel que l’actuel (…). Fortifié par les considérations épistémologiques précédentes, il aiderait sans doute, de façon pratique, à résoudre certaines contradictions de l’application française de la DCE que nous pourrions illustrer ainsi. Pourquoi un glissement de terrain qui barre une vallée et construit un lac est-il présenté comme une bénédiction permettant au réseau hydrographique d’enrichir sa biodiversité et la variété de ses habitats, par le simple fait qu’un segment du système lotique a été transformé en système lentique, même si ce bouleversement a eu lieu récemment ? Pourquoi une digue construite pour barrer un vallon il y a mille ans, qui a donné naissance à un étang ennoyant une prairie humide inculte, dont les plantes marécageuses évapo-transpiraient de façon considérable, qui a laissé au cours d’eau le temps de rééquilibrer son profil en long, qui est intégré au système agro-pastoral traditionnel et a acquis une valeur culturelle et patrimoniale aux côtés d’un moulin, est-il présenté comme une atteinte intolérable à la nature, par le simple fait qu’un segment du système lotique a été transformé en système lentique ?"

Référence : Touchart L, P Bartout (2018), Le limnosystème est-il un concept géographique ?, Ann. Géo., 719, 29-58.

A lire également : Touchart L (2002), Limnologie physique et dynamique, une géographie des lacs et des étangs, Paris, L’Harmattan, 395 p. ; Touchart L (2002), Géographie de l'étang: des théories globales aux pratiques locales, L'Harmattan, 230 p.